探究智能化变电站中电气二次设计的要点

闫自强

摘 要：作为以智能化技术为核心的变电站，智能化变电站离不开智能化一次设备和二次设备的支持，由此实现的可视化操作体系、更加流畅的二次设备运行、数据传输速度的提升，则能够较好保证设备操控的准确性。为更好发挥智能化变电站性能优势，正是本文围绕智能化变电站中电气二次设计要点开展具体研究的原因所在。

关键词：智能化变电站; 电气二次设计; 监控系统

1 智能化变电站电气二次设计要点

1.1 智能化设备整合

智能化设备整合属于智能化变电站电气二次设计的要点之一，设计师在这一环节的智能开关选择过程中，需基于传统方案针对性选用数字化模式的电气二次设备接口，以此满足连接智能终端机的需要。一般设计可加装电子互感器（有源或无源）于数字化接口处，电路和电源间匹配的形成可得到有源性互感器的支持，电源稳定性可得到较好保障，无源性互感器的应用则需要考虑成本问题。

1.2 直流通信电源整合

蓄电池属于智能化变电站电气二次设备电源的重要组成，一般情况下其需要以2h独立发电为标准，必要时还需要满足4h独立通信需要（地理位置偏远）。分段式开关设计在智能化变电站电气二次设备设计中较为常见，即整合直流电源设计方案，这一设计无需删除已有直流供电线路，仅需要基于线路针对性设计直流母线并改变蓄电池容量，单独的通信线路蓄电池设计可由此省略，设备所占场地面积自然可得到有效控制，设备的安全性也能够通过蓄电池的使用数量降低而得到更好保障。基于行业标准，蓄电池整合后的容量设计需得到重点关注，一般情况下智能化变电站电气二次设备蓄电池负荷系数应在0.8以上。

1.3 通信规约选择

智能化变电站电气二次设备网络主要由过程层与站控层两个层次组成，双方在通信规约层面存在显著差异。103属于站控层网络的主要通信规约选择，配合传统架构，这一设计在成本层面具备显著优势，但在操作的互助性层面会出现一定不足。过程层选择的通信规约多以IEC61850为基础，由此可通过较高的成本投入针对性建设电气二次设备控制平台，平台在使用效果、可靠性层面均具备显著优势，可适应过程层次网络较为复杂的接收信号特点。

1.4 监控网络设计

高效的智能化电源监控设备同样属于电气二次设备设计需关注的重点，以此整合各子电源监控系统，即可保证智能化变电站形成一体化的监控网络，电气二次设备监视也能够由此更为顺利开展。一体化集中式电源监控网络广泛应用于智能化变电站中，这一合计以总线连接模式为基础，将监控设备与智能监控模块直接连接，设备使用成本可由此大幅降低，且设计具备较高的监控设备处理能力。基于分布式设计理念的监控网络设计也较为常见，该设计的各监控设备总控制由智能化网络端口负责，基于电源监控模块的针对性设计属于其中关键，这由于该设计需要数量较大的电气二次设备，投资和维护成本往往较高。

2 实例分析

2.1 变电站概况

为提升研究的实践价值，本文以某峰山110kV的智能化變电站二次系统设计作为研究对象。变电站规模为100MVA，采用1台三相三绕组变压器。110kV出线1回，35kV进线最终规模为4回，场用电10kV进线为1回。最终无功补偿采用SVG以及集合式电容器组，容量为3×4800+3×3600kV。在智能化变电站的-次设备智能化二次系统设计过程中，设计主要围绕电子式电流互感器二次系统设计、母线电子式电压互感器二次系统设计、隔离断路器在线监测二次系统设计、线路抽取电子式电压互感器二次系统设计展开，线路共拥有110kV隔离断路器1台，在线监测装置1套，智能化变电站采用的三层两网组网形式。

2.2 二次监控系统设计

110kV智能化变电站二次监控系统设计主要围绕四部分展开，包括站控层、间隔层、过程层、三层一网交换机，具体设计如下：（1）站控层设计。站控层由综合应用服务器、数据服务器、数据通信网关机、监控主机组成，采用兀余配置的监控主机及操作员站设计，以及双重化设置的Ⅰ区数据通信网关机、一套Ⅱ区数据通信网关机、一套Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机、1套综合应用服务器，图形网关机、视频安防、设备在线数据监测等功能均可由此实现。（2）间隔层设计。间隔层由网络记录分析、故障录波、测控、保护装置等具有单独运行功能的二次设备组成，为满足“三层一网”设计要求，选择保护测控计量一体化装置用于主变保护、分段保护、线路保护设计，采用“网采网跳”模式用于站内计量、测量、保护。以主变压器保护为例，每台主变配置2套测控计量一体化、变主后保护一体化装置，采用双重化配置，“网采网跳”模式用于主变各侧的保护操作，网络跳闸方式用于闭锁备自投、保护跳分段等功能。过程层负责集成本体智能终端功能，以此满足主变非电量保护需要，该装置需在主变本体智能控制柜内就地安装。（3）过程层设计。设计采用二次设备集成化方案，采用一体化的合并单元和智能终端装置。具体设计中每台主变三侧采用双重化配置的智能终端合并单元一体化装置，110kV线路、分段采用单套配置。（4）三层一网交换机设计。基于“三层一网”形式与单网星型变电站结构，需针对性进行过程层、间隔层、站控层的三类设备光口设置，这一环节需重点关注数据信息量。以站控层交换机为例，考虑到大量传输MMS信息的需要，基于经济原则，站控层设计采用1台Ⅰ区光口交换机、1台Ⅱ区光口/电口交换机、1台Ⅰ区电口交换机，以此满足过程层信息接收需要，其中多数采用百兆光口，部分采用千兆光口。

2.3 二次系统站域保护设计

为保证二次系统站域保护需要，设计采用1套站域保护装置，该装置兼顾继电保护原则、保护运行规程、装置可靠性，通过集成10kV、35kV侧低频低压减载、母线快速保护等实时性要求不高功能，即可更好满足二次系统站域保护需要。采用“三层一网”网采网跳形式用于站域保护装置过程层的网络采样和跳闸，且设计不设置备自投功能，这是由于110分段保护兼容该功能。

2.4 蓄电池直流计算

按全站最终规模进行二次系统模块化蓄电池直流计算，即可更为准确性的确定模块化蓄电池配置数量，智能化变电站电气二次设计的进一步推进也能够获得依据。计算需基于直流负荷计算容量、随机或冲击负荷、组件数量、模块化组件输出最大功率、“N=2”原则、80%以下的组件工作负荷等数据和原则展开，并统计全站直流负荷，由此可确定某地110kV智能化变电站的实际容量为7527W，初步计算可得出约21个组件的结果，且220kV组件输出最大功率为450W，基于组件安全余量与“N=2”形式，最终可确定配置23个组件最为合适，因此设计最终采用“阀控式密封铅酸蓄电池23块”+“23×DC220V充电模块”设计，电池容量为200Ah、12V，可满足2h事故放电要求（全站交流全停），结合IEC61850规约，智能化变电站的安全稳定运行即可得到更好保障。

结论

综上所述，智能化变电站中电气二次设计需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的智能化设备整合、直流通信电源整合、通信规约选择、监控网络设计、二次监控系统设计、二次系统站域保护设计、蓄电池直流计算等内容，则提供了实践性较高的设计路径。为更好推进我国智能电网发展，简约化设计理念的引入、二次设备的集成化程度提升同样需要得到重视。

参考文献：

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