智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)常見問題及對(duì)策分析

王培秀

（南京南瑞繼保電氣有限公司）

0 引言

隨著我國科技的不斷進(jìn)步與創(chuàng)新，我國電網(wǎng)領(lǐng)域的工程設(shè)計(jì)與建設(shè)越來越走向智能化。智能變電站作為智能電網(wǎng)中的核心組成部分，其生產(chǎn)安全關(guān)乎到整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性［1］。而智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)，乃是整個(gè)智能變電站設(shè)計(jì)中十分重要的組成部分。在實(shí)際電氣二次設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中需要涉及大量的理論知識(shí)，僅僅只通過傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念和手段已無法滿足智能變電站智能化發(fā)展的要求。然而，受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等因素的影響，我國智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中仍存在諸多問題。因此，需要結(jié)合智能變電站的具體運(yùn)行要求，切實(shí)優(yōu)化變電站內(nèi)部的設(shè)計(jì)方案。

與普通變電站相比，智能變電站具有明顯的信息數(shù)字化特征。智能變電站是采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站［2］。

此外，智能變電站還具備有通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)。通過完善的網(wǎng)絡(luò)通訊體系，選擇適合的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全站內(nèi)的信息網(wǎng)絡(luò)傳輸和通訊，能夠增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性［3］。同時(shí)，利用光纜替代傳統(tǒng)電纜結(jié)構(gòu)，減少連接線數(shù)量，能夠提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定和準(zhǔn)確性。

1 智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)意義

電氣二次設(shè)計(jì)是智能變電站建設(shè)過程中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，直接影響著變電站的運(yùn)行效率、安全性和可靠性。電氣二次設(shè)計(jì)主要針對(duì)的就是變電站建設(shè)最后的施工部分，因此在這一環(huán)節(jié)工作效率會(huì)直接影響到變電站運(yùn)行質(zhì)量［4］。在智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)中，各種電力設(shè)備的布置、接線連接、通信協(xié)議的配置以及數(shù)據(jù)交換與處理等方面都扮演著至關(guān)重要的角色。隨著設(shè)備的優(yōu)化升級(jí)，電氣二次設(shè)計(jì)也需要持續(xù)改進(jìn)優(yōu)化。通過計(jì)算機(jī)對(duì)施工數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，可以提升數(shù)據(jù)計(jì)算的精準(zhǔn)度，確保設(shè)備始終處于安全高效運(yùn)行狀態(tài)。

智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)質(zhì)量直接影響變電站的運(yùn)行效果。電氣設(shè)備的安裝和線路鋪設(shè)等環(huán)節(jié)在建設(shè)智能變電站過程中是至關(guān)重要的。同時(shí)，電氣設(shè)備的功能發(fā)揮效果對(duì)智能變電站的整體運(yùn)行效果也起著決定性的作用。

2 智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)常見問題

智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中扮演著重要的角色，因此設(shè)計(jì)人員需要特別關(guān)注該環(huán)節(jié)。然而，目前的二次設(shè)計(jì)仍存在一些問題，如果不對(duì)這些問題進(jìn)行分析和解決，智能變電站的設(shè)計(jì)工作將無法順利進(jìn)行。

2.1 通信協(xié)議選擇的不足

在過去的智能變電站中，電氣二次設(shè)計(jì)涉及到通信協(xié)議和通信架構(gòu)這兩種不同的概念。該協(xié)議采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)形式。但通信協(xié)議存在一些不足之處，特別是在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其缺點(diǎn)更加明顯。盡管103通信協(xié)議適用于成本較低的變電站系統(tǒng)，但其完善性有待提高。此外，還有其他選擇，如IEC61850協(xié)議，其在實(shí)現(xiàn)方面具有明顯的優(yōu)勢，但想要實(shí)施該協(xié)議則需投入大量的人力資源。其次，進(jìn)程層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議更加適合于第二層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因?yàn)楹笳卟捎玫腇T3幀格式，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如易于實(shí)現(xiàn)且具有固定的傳輸時(shí)延。此外，IEC60044-8是另一種通信協(xié)議形式，它著重于對(duì)象的設(shè)計(jì)，使智能變電站更加完善。然而，這種協(xié)議的缺點(diǎn)包括無法固定的傳輸時(shí)延、不夠穩(wěn)定以及高成本等問題，從而在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。

2.2 變電站傳感器容易損壞

在智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)中，傳感器的損壞是一個(gè)常見的問題。傳感器在變電站中起著監(jiān)測和測量電力系統(tǒng)參數(shù)的重要作用，但容易受到損壞的影響。

首先，環(huán)境因素是一個(gè)重要因素。變電站通常處于惡劣的環(huán)境條件下，如高溫、潮濕、塵埃等。這些環(huán)境因素會(huì)對(duì)傳感器的正常運(yùn)行造成不利影響。為了應(yīng)對(duì)這個(gè)問題，可以選擇符合環(huán)境要求的高質(zhì)量傳感器，并采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，如密封、防塵罩等。

其次，過電壓和過電流也可能導(dǎo)致傳感器損壞。在變電站中，突發(fā)的過電壓和過電流可能對(duì)傳感器造成不可逆的損壞。為了解決這個(gè)問題，可以采取過電壓保護(hù)裝置和過電流保護(hù)裝置等措施，以保護(hù)傳感器免受過載和電壓沖擊。

最后，設(shè)備老化也是一個(gè)問題。隨著時(shí)間的推移，傳感器可能會(huì)因?yàn)槔匣バ阅?。定期的設(shè)備檢查和維護(hù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)老化問題，并及時(shí)更換傳感器，以確保系統(tǒng)的可靠性。

2.3 二次系統(tǒng)模型的運(yùn)行維修問題

智能變電站的電氣二次系統(tǒng)在建模階段和模型運(yùn)行后期都具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在沒有制定可行的設(shè)計(jì)方案的情況下，可能導(dǎo)致模型的準(zhǔn)確性受到影響，從而使維修工作難以順利進(jìn)行。

在智能變電站電氣二次系統(tǒng)建模時(shí)期，需要充分考慮系統(tǒng)的復(fù)雜性和實(shí)際運(yùn)行需求，確保模型的準(zhǔn)確性和可操作性。此外，建模過程中需要與各個(gè)供應(yīng)商和設(shè)備制造商密切合作，以確保設(shè)備的參數(shù)和接口規(guī)范的一致性，從而避免后續(xù)運(yùn)行和維修中出現(xiàn)不匹配的問題。

在模型運(yùn)行后期，由于智能變電站的二次系統(tǒng)模型的復(fù)雜性，需要制定可行的設(shè)計(jì)方案和運(yùn)行維修流程，以應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的故障和問題。這包括建立完善的運(yùn)行維修流程、提供專業(yè)培訓(xùn)和支持、定期檢查和維護(hù)模型等措施。同時(shí)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)管理和維護(hù)工作，確保模型中的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確更新，為運(yùn)行維修工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

2.4 電氣二次設(shè)計(jì)管控力度不足

電氣二次設(shè)計(jì)管控力度不足是智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)中常見的問題之一。這意味著在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)電氣二次系統(tǒng)的管控和監(jiān)督不夠嚴(yán)格，導(dǎo)致設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量和可靠性受到影響。

其中的主要原因可能是對(duì)電氣二次設(shè)計(jì)的重要性認(rèn)識(shí)不足或?qū)ο嚓P(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的理解不深。這導(dǎo)致在設(shè)計(jì)過程中沒有充分考慮電氣二次系統(tǒng)的安全性、可靠性和可操作性方面的要求，缺乏詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案和控制措施。

3 智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)解決對(duì)策

3.1 通信協(xié)議選擇的不足解決對(duì)策

首先，評(píng)估變電站的需求和特點(diǎn)，確保所選通信協(xié)議能夠滿足系統(tǒng)的功能要求和性能指標(biāo)。其次，進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)比較和評(píng)估，綜合考慮協(xié)議的特點(diǎn)、實(shí)施難度、成本和性能等方面的因素，選擇最適合的通信協(xié)議。此外，定制化和優(yōu)化通信協(xié)議也是一種可行的方式，根據(jù)變電站的具體需求，對(duì)通信協(xié)議進(jìn)行定制和改進(jìn)，提高其穩(wěn)定性、可靠性。另外，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和技術(shù)支持，提高工作人員對(duì)通信協(xié)議的理解和操作能力，確保協(xié)議的正確配置和維護(hù)。最后，密切關(guān)注通信協(xié)議的發(fā)展趨勢和技術(shù)創(chuàng)新，及時(shí)更新和升級(jí)協(xié)議，以適應(yīng)變電站的發(fā)展和需求。

通過采取這些對(duì)策，可以有效解決智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)中通信協(xié)議選擇的問題，提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和性能，確保變電站的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)捻槙尺M(jìn)行。

3.2 虛回路和虛端子的運(yùn)用

在智能變電站的電氣二次設(shè)計(jì)中，采用虛端子（Floating Terminal）可以減少變電站傳感器易損壞的問題，通過對(duì)智能變電站電氣設(shè)備的及時(shí)監(jiān)測，利用二次設(shè)備的優(yōu)化可以節(jié)省相應(yīng)的人工成本［5］。通過對(duì)智能變電站電氣系統(tǒng)的準(zhǔn)確監(jiān)測，可以保證智能變電站的運(yùn)營安全性。因此，在對(duì)智能變電站電氣系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)時(shí)，需要利用虛回路和虛端子對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制和監(jiān)測，保證智能變電站電氣設(shè)備的使用壽命能夠得到有效的測量，避免智能變電站電氣數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。

常規(guī)變電站與智能變電站電氣二次回路關(guān)于虛端子的比較見下表：

表 常規(guī)變電站與智能變電站電氣二次回路比較

以下是確保虛端子的正確接線以及有效抑制地電流的干擾地方法：

在接線時(shí)，將虛端子與傳感器的測量端口或信號(hào)輸入端連接，這可以通過正確選擇接線點(diǎn)和連接方式來實(shí)現(xiàn)。確保連接牢固、穩(wěn)定，并遵循相關(guān)的接線標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。將虛端子連接到變電站系統(tǒng)中不產(chǎn)生地電流的位置，例如隔離變壓器的中性點(diǎn)或其他地電流環(huán)路較弱的位置。通過連接到這些地電流較小的位置，可以降低地電流對(duì)傳感器的干擾。

確保虛端子線路具有良好的絕緣性能，以防止虛端子線路與其他線路或地電流環(huán)路之間的電流互聯(lián)。使用高質(zhì)量的絕緣電纜和絕緣接頭，并進(jìn)行正確的安裝和絕緣測試，以確保虛端子線路與其他電路之間的電氣隔離。

有效地抑制地電流是降低傳感器損壞風(fēng)險(xiǎn)的重要措施。采取有效的措施來抑制變電站系統(tǒng)中的地電流，例如使用補(bǔ)償電流傳感器來衡量地電流的大小，安裝地電流抑制裝置，或者調(diào)整接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和布置等。這些措施可以幫助降低地電流對(duì)傳感器的干擾，并減少損壞風(fēng)險(xiǎn)。

需要注意的是，虛端子技術(shù)可以降低傳感器損壞的風(fēng)險(xiǎn)，但并不能完全消除問題。因此，綜合考慮其他保護(hù)措施和工程設(shè)計(jì)方案是至關(guān)重要的，以確保變電站系統(tǒng)的可靠性和安全性。根據(jù)具體的變電站要求和情況，與專業(yè)人員進(jìn)行詳細(xì)討論和評(píng)估，以制定適合的虛端子應(yīng)用策略。

3.3 建立健全設(shè)計(jì)管控機(jī)制

為提高智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)的管控力度，應(yīng)確保設(shè)計(jì)方案的有效性，并建立嚴(yán)格的設(shè)計(jì)審查流程。通過多層次的設(shè)計(jì)評(píng)審和驗(yàn)證，可以及早發(fā)現(xiàn)潛在問題并進(jìn)行及時(shí)修正，確保設(shè)計(jì)方案符合要求，并能夠達(dá)到智能變電站的運(yùn)行目標(biāo)。

現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)工具和技術(shù)的應(yīng)用可以極大地提升電氣二次設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性。利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件、仿真工具和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行模擬和優(yōu)化，識(shí)別潛在問題并提供更準(zhǔn)確、可靠的設(shè)計(jì)方案。

最后，建立有效的監(jiān)督和質(zhì)量管理機(jī)制是確保電氣二次設(shè)計(jì)可靠性的關(guān)鍵。通過現(xiàn)場巡檢、質(zhì)量把關(guān)和驗(yàn)收程序等措施，可以對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行有效監(jiān)控和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，確保電氣二次設(shè)計(jì)的質(zhì)量得到有效控制和管理。

3.4 加強(qiáng)人員的培養(yǎng)與制定計(jì)劃

智能變電站的二次設(shè)計(jì)在運(yùn)行后期可能面臨各種問題和故障。這些問題可能源自于設(shè)計(jì)階段的不完善、設(shè)備老化、操作誤操作或其他因素，這些問題和故障對(duì)于工作人員來說是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

所以首先，應(yīng)該重點(diǎn)加強(qiáng)人員培訓(xùn)并提供技術(shù)支持，確保維修人員熟練掌握操作和維修二次系統(tǒng)模型的技能。此外，建立有效的知識(shí)管理和經(jīng)驗(yàn)分享機(jī)制，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)之間的合作和交流，共同解決運(yùn)行維修問題。通過不斷提升維修人員的專業(yè)水平和技術(shù)能力，能夠更加高效地處理模型故障和維護(hù)工作。

其次，建立完善的模型維護(hù)計(jì)劃。制定詳細(xì)的維護(hù)計(jì)劃，包括定期檢查、校準(zhǔn)和更新二次系統(tǒng)模型。通過定期的維護(hù)工作，確保模型始終保持準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，引入模型監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測模型運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的維修措施，以減少模型故障對(duì)智能變電站運(yùn)行的影響。

最后，持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化模型設(shè)計(jì)。密切關(guān)注模型運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和改進(jìn)，以提高模型的穩(wěn)定性和可維護(hù)性。同時(shí)，借助現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)工具和技術(shù)，進(jìn)行模擬和優(yōu)化，識(shí)別潛在問題，并提供更準(zhǔn)確、可靠的設(shè)計(jì)方案。

通過增強(qiáng)人員培訓(xùn)和技術(shù)支持、建立完善的模型維護(hù)計(jì)劃，以及持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化模型設(shè)計(jì)，可以有效解決智能變電站二次系統(tǒng)模型后期的運(yùn)行維修問題。這些措施將有助于確保模型的穩(wěn)定運(yùn)行和可靠性維護(hù)，從而保障智能變電站的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前科技快速發(fā)展的背景下，智能變電站工程建設(shè)變得至關(guān)重要。為了確保工程的整體運(yùn)行效率，在設(shè)計(jì)過程中需要重視電氣二次設(shè)計(jì)問題。同時(shí)，建設(shè)單位應(yīng)該高度重視電氣二次設(shè)計(jì)，并加強(qiáng)對(duì)工作人員的專業(yè)能力培養(yǎng)。這樣可以確保工作人員能夠運(yùn)用專業(yè)的工程理念進(jìn)行電氣二次設(shè)計(jì)，并在工作中解決潛在問題，進(jìn)一步推動(dòng)智能變電站的現(xiàn)代化發(fā)展。只有這樣，智能變電站才能為我國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過加強(qiáng)專業(yè)培訓(xùn)、優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、選擇適宜的通信協(xié)議以及加強(qiáng)設(shè)計(jì)審查流程等措施，我們可以有效應(yīng)對(duì)智能變電站電氣二次設(shè)計(jì)中的常見問題，并推動(dòng)其朝著科學(xué)、智能、綠色和節(jié)能的方向發(fā)展。