浅析数字化变电站电气二次设计

朱才桂

杭州国瑞电力科技有限公司

浅析数字化变电站电气二次设计

朱才桂

杭州国瑞电力科技有限公司

数字化变电站的电气系统，主要由一次设备与二次设备所构成。其中，二次设备是对一次设备进行监测、控制、调节与保护的设备，它不仅是变电站电气系统中不可或缺的重要组成部分，也是确保整个变电站安全、经济运行的基础。本文结合工作实际，着重就数字化变电站的电气二次设计目标及要点进行了分析与探讨。

数字化；变电站；电气二次设计

电气二次设计，是数字化变电站安全、经济运行的重要基础，它不仅是在技术、设备、理念上的全方位创新工作，也是一项复杂的系统工程，不仅需要涉及到多学科理论与多领域技术，还必须采用全新的设计思路与方法，以全面提升变电站的综合自动化水平，并能更好的适应新时期电力供应优质、高效的发展需要。

一、数字化变电站的电气技术特点

数字化变电站不仅是坚强智能电网建设的重要枢纽，而且能为智能电网提供标准、可靠的节点（一、二次设备）支持。其站内电气设备普遍具有系统集成化、结构紧凑化、设备先进化、调控一体化等多项技术特征：

（一）系统高度集成

数字化变电站在设备上包括一、二次设备、建筑物及它们之间的集成；在系统上包括了对保护、测控、计量、功角测量等二次系统一体化集成和故障录波、辅助控制等系统的融合；在功能上包括了变电站与调控、检修中心功能的无缝衔接。

（二）结构布局合理

数字化变电站对内主要包括了一、二次设备整体集成优化、通信网络优化，以及建筑物平面设计优化；对外包括主接线优化，灵活配置运行方式适应变电站功能定位的转化和电源、用户接入。

（三）装备先进适用

数字化变电站采用了一体化的二次设备，其具有技术指标先进、性能稳定可靠的特点；在系统上通过功能配置、系统调试，确保了各设备运行控制的灵活高效，调控有力；在通信系统非常安全可靠，能保障信息传输的准确无误。

（四）支撑调控一体

数字化变电站不仅能优化信息资源，增加信息维度，精简信息总量，而且能支持与多级调控中心的信息传输，支撑告警直传与远程浏览，从而为主站系统实现监视控制、信息查询以及远程浏览等功能所服务。

二、数字化变电站电气二次设计方案

（一）电气二次设计的目标

数字化变电站电气二次设计目标，即是在IEC61850通信规约的基础上，利用全微机化、智能化的二次新型设备，以实现所有设备的“遥测”、“遥控”、“遥信”以及“遥调”功能，并通过光纤电缆通信，以实现“一主多备”的环网运行方式的通信网络，替代传统信号电缆的繁琐连接。综合而言，数字化变电站的电气二次设计，应具有设计简洁、维护方便、占地面积小、变电运行更加安全可靠的特点，以实现变电站无人值班的水平。

（二）电气二次设计的要点

数字化变电站电气二次设计的总体框架，主要包括了智能设备选择、通信规约选择、网络结构设计这三个部分，如下图1所示。

图1 变电站电气二次设计的总体框架

1、智能设备的选择

变电站二次设备的智能化，是数字化变电站的重要特征，也是数字化变电站区别于常规变电站的主要标志之一。因此，在变电站电气二次设计时，尤其应做好智能设备的选择，尽量选用性能优良、维护量小、可靠性高、自动化程度高的二次设备，以保障变电站电力运行的安全与可靠。

目前，变电站电气二次设计中智能设备选择的要点，主要包括了对智能高压开关设备以及电子式互感器的选择。其中，智能高压开关设备应选择具有较高性能的开关设备和控制设备，并应配备有电子设备、传感器和执行器，以实现良好的监测与诊断功能；而电子式互感器作为能将一次系统电压／电流信号按比例转换成二次信号的一种装置，它能有效克服传统电磁式互感器的缺点，目前常见的电子式互感器主要包括了有源与无源两类，适用于变电站电气二次设计的主要是有源电子式互感器。

2、通信规约的选择

在常规变电站中，二次设备使用的通信规约并不统一，由于不同设备厂家使用不同的通信规约，导致各设备在联调过程中需进行不同程度的规约转换，这都加大了设备调试的复杂性，增加了设备运行维护的难度与成本。

为满足技术的发展需要，目前我国数字化变电站普遍采用了新一代的通信规约（IEC61850），它具有互操作性、开放性、分层体系等多项优点，从而满足变电站电气一、二次设备间的信息共享与互操作的要求。同时，IEC61850按照变电站自动化系统所要完成的监视、控制和继电保护三大功能，提出了信息分层的概念，从逻辑上、物理概念上，将变电站的通信体系分为三层：过程层、间隔层、站控层，并且定义了层与层之间的通信接口。

因此，尽管传统的103规约现今仍然被广泛应用，但是IEC61850标准以其不可取代的优势，更加适宜用于数字化变电站的电气二次设计当中。

3、网络结构设计

在IEC61850通信规约的基础上，数字化变电站是由智能化的一次设备与二次设备分层（过程层、间隔层、站控层）构建而成，从而实现站内电气设备间的信息共享与互操作性。因此，二次设备的分层网络结构设计，也是变电站电气二次设计的重点。

目前，变电站二次设备的间隔层网络设计方案，主要采用的是点对点技术；站控层网络设计方案，则主要采用的是星型以太网。通过二次设备的网络结构设计，以实现变电站信息的数字化采集与网络化信息交互，并具有全站信息数字化、平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化这四个重要特征。

总结

构建坚强智能电网，已成为了保障我国能源安全以及承载社会经济迅速发展的关键因素。而数字化变电站，则是当前衔接智能电网发电、输电、配电、变电等各环节的重要枢纽，也是实现能源转化与电力控制的核心平台。本文从着重就数字化变电站的电气二次设计目标、设计要点进行了分析与探讨，以此希望对我国电力系统的发展能有所参考与借鉴。

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