变电站电气二次系统自动化设计分析

徐顺贵

摘 要：通过分析自动化变电站的特点，探讨了变电站电气二次系统的自动化设计，以期为变电站二次系统的设计人员提供参考。

关键词：变电站；电气二次系统；自动化设计；主结线

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0051-02

随着电网规模的不断扩大，电网的结构也越来越复杂。其中，电气二次系统的设计和布置方案直接影响着整个变电站运行的可靠性和稳定性。通过自动化设计电气二次系统，可使变电运行无人值班变为现实。

1 自动化变电站的特点

自动化变电站应用现代网络技术重新组合了变电站的功能，实现了信息资源的共享和对变电站运行状况的实时监控。自动化变电站有机融合了通信、控制和保护等功能，并按照功能的分类重组了设备机构，实现了自动化管理电力系统中的所有设备和统一管理所有的数据资料，从而有效控制了电力设备的投资，减少了电力系统的占地面积。

2 变电站电气二次系统的自动化设计

2.1 电气计算

为了确保电气结线选型工作的顺利进行，应详细分析电气主结线的可靠性定量指标，以此为变电站电气二次系统的自动化设计提供有效的设计方案。电气主接线是由可修复的元件组成的系统，通常包括2种状态，一种是故障状态，另一种是正常状态。根据两态马尔柯夫过程，能得出相应的近似算式：

Fc=∑λij. （1）

式（1）中：Fc——主结线系统发生故障时，主变压器发生停运的次数；

λij——有关结线元件出现的故障率，i=1，2，……n。

主结线故障时元件强迫停运时间Tjgi的计算公式为：

Tjgi=FcTcg. （2）

式（2）中：Tjgi——元件强迫停运时间；

Fc——主结线系统发生故障时，主变压器发生停运的次数；

Tcg——故障元件的修复时间，h/次。

没有设备电源时，自动投入装置出现事故限电量ΔAkqi的计算公式为：

ΔAkqi=Sqin1Tkqi. （3）

式（3）中：ΔAkqi——没有设备电源时，自动投入装置出现事故的限电量；

Sqi——主变的负载率，%；

n1——同时出现故障停运的主变台数；

Tkqi——主变事故强迫停运的时间，h。

在选择主结线时，只有根据上述可靠性定量指标，并按照上述公式计算后，才能确定合理、正确的主结线。

2.2 电气信息采集

变电站的电气二次系统需要配置1套电气信息采集装置，并提供当地监控系统的结构，以实时监控变电站内的所有电气设备，完成对站内电气信息资源的高精度采集，处理所有的数据资源，并按照指定密度安全、可靠地储存带时标的电气数据，最终按照指定的内容、时间向主站发送信息。

2.3 继电保护和安全自动装置

主变压器的微机保护布置于继电保护室，其中，主保护为主变本体非电量保护和1套采用二次谐波制动原理的微机型纵差保护；后备保护为零序过流保护和复合电压过流保护。通常状况下，主保护和后备保护设置在同一个机箱中，以实现保护动作可同时跳开变压器各侧的断路器。

2.4 站内监控系统

变电站电气二次系统的监控系统通常采用分层、分布式的结构，根据监控对象以间隔为单位设计，监控系统的总控制单元采用双机配置。站内监控系统采用双网网络将整个系统分为间隔层和站级层，并采用光纤或双绞线通信介质。其中，间隔层适宜采用总线型网络，根据间隔配置，主变测控和保护各自独立，置于主控制室，其他设备可通过智能型设备或通信口接入监控系统，并置于高压开关柜中；站级层通常采用总线型结构，包括打印机、远程控制终端、当地监控等设备。

2.5 直流系统

变电站电气二次系统自动化设计通常设置有1整套直流系统，该系统能为变电站自动化控制系统在照明、通信、断路器、数据采集、信号接收和控制等工作中提供直流用电。因此，变电站直流系统的断路器合闸通常采用电动弹簧。通常状况下，变电站内不会出现较大的冲击电流，在考虑电流的余量时，仅仅需要满足站内出现事故后2 h的用电量即可，例如，将蓄电池的容量设计为300 Ah就能够满足变电站故障用电的需求。以某变电站电气二次系统自动化设计中的直流系统为例，其容量为300 Ah，母线配置4个20 A/DC100 V的模块，高频开关电流模块热备份模式为N+1.

2.6 自备投系统

变电站电气二次系统的自备投可以分为2种形式：①双进线单母线供电方式。双进线指一条母线正常工作，另一条备用，也称为明备用线方式。②通过母联分段供电。在分段开关断开的情况下，采用工作电源供电，如果其中一个供电电源发生故障，另一个供电电源会自动启动，为系统提供电源。这种供电方式也称为暗备用方式。变电站电气二次系统中自备投系统的自备投方式是极为重要的，应根据变电站的实际运行状况，综合考虑各种因素设置该方式，从而保证变电站正常运行。

2.7 消防应急系统

因变电站电气二次系统具有特殊性，导致其存在一定的火灾安全隐患。因此，变电站电气二次系统的自动化设计应根据相关规范和变电站的实际状况，配置1套完整的火灾、消防应急系统。当发生火灾时，站内监控系统的智能图像监控系统可将信号发送至远方调度端，并自动触发消防报警装置，这样能有效保证远方操作的可靠性，更好地实现变电站的自动化运行。

3 结束语

综上所述，在变电站电气二次系统的自动化设计中，不仅要考虑电气计算、电气信息采集、继电保护和安全自动装置、站内监控系统、直流系统、自备投系统和消防应急系统等，还套考虑其他方面的因素，例如测量仪器的安装方法和位置、电缆的走线方式、继电器的布置等问题。采用综合自动化控制系统保护、测量和监控电气二次系统，可实现对电气二次系统的改造和优化，进而增强整个系统的可靠性和安全性。

参考文献

[1]吴斯雅.变电站电气二次设计的探讨[J].民营科技，2012（06）；43.

[2]黄塘保.变电站电气二次系统设计研究[J].湖南农机，2012（07）；257-258.

〔编辑：张思楠〕

Secondary Electrical Substation Automation System Design and Analysis

Xu Shungui

Abstract： By analyzing the characteristics of automated substations， electrical substation automation design explores the secondary system to the secondary system of the substation designers to provide a reference.

Key words： substation； secondary electrical systems； automated design； main connection