自动化变电站二次设计的关键问题探讨与分析

珠海电力建设工程有限公司 郭文高

1 自动化智能变电站概述

智能变电站是采用集成环保的智能设备，自动完成信息采集等基本功能，支持电网实时自动控制等高级功能。自动化智能变电站的主要作用是为调控一体化提供技术支撑，实施电网监控操作，满足大用户要求。自动化变电站能监测物理状态，通过通信平台传递异常状态信息，智能化一次设备建立在传统设备上，智能组件主要承担控制等基本功能，智能化二次设备主要承担状态监测等功能，智能辅助设备主要实现与监控系统的信息共享。

自动化变电站采用智能设备，提高设备的集成化程度，常规变电站按功能设计，自动化变电站从其构成进行系统整体协同一体化设计。常规变电站采用大排行模式，降低了系统的可靠性，自动化变电站采用全站共享的信息共享机制，体现了信息的全站唯一特征[1]。我国自动化变电站电网建设包含发电等环节，变电站经历了集中式变电站的发展历程，智能电网建设为变电站发展提出了新的要求，集中式变电站采用面向点的数据采集柜，系统某一模块故障将导致系统故障。90年代中期出现分散式变电，采用包含GPS对时等设备的间隔层。21世纪初出现面向间隔设计，采用电子式互感器实现就地化数字采集，应用功能智能化，全站信息共享等方面进行提高。

电网设施对社会经济发展具有重要意义，很多国家将智能电网发展提上日程，2010年我国政府报告首次写入智能电网。自动化变电站能实现不同电压等级电网信息交互，自动化智能变电站具有网络化结构，具有采样就地数字化，通讯规约标准化等优势。我国智能变电站发展经历各种挑战，IEC61850标准制定引起电力领域的重视，国家电网调度中心进行系统产品开发，开发实现IEC61850定义的功能设备[2]。清华大学等单位自90年代开始电子互感器研究，二次设备集成高级应用开发等取得很大成效。智能变电站分为站控层、过程层等结构，自动化变电站自出现后不断发展，变电站二次系统未来发展方向是系统智能化等。二次设备发展方向是应用数据就地采集技术，对检测结果实时分析。

2 自动化变电站二次系统的研究

近年来国家电网推行特高压项目建设走向实用化，未来大规模新能源得到广泛应用。新能源需根据资源配置优化要求制定协同配合运行测量。变电站自动化技术快速发展促进一二次设备网络化发展。自动化变电站实现网络化二次系统，系统可用于调控变压器等基础设备为主的一次系统[3]。二次系统采用安全的一体化智能设备，自动完成信息采集测控等基本功能。

自动化变电站二次系统通过互感器与一次系统联系，传统变电站无法实现子系统信息共享，对二次系统提出更高的要求，要实现对一次系统的测控等基本功能，需具备电子式互感器等高级应用。随着智能电网技术的发展，自动化变电站为相关技术研究奠定良好基础。国内外对智能变电站理论研究趋于成熟，研究高压自动化电气设备对电网发展战略具有重要意义。近年我国自动化变电站理论研究迅速发展，一些技术仅停留于概念上[4]。国内技术水平相比国外存在一定差距。目前研究设备状态检修包括一次设备状态检修，二次系统中过程层设备要发展为智能一次设备。目前投运的自动化变电站采用智能终端箱就地配置方式，将设备模拟信号转换为数字信号。

自动化变电站模块化建设关键技术包含预制式智能控制柜等，实际工程参照典型施工图设计时应按相关规程规范应用，二次设备实现规模化生产，有效的进行现场装配与调试工作，使电网实现智能化调度控制[5]。模块配置主要依照功能为对象分类，智能站继电保护主要设置站控层设备模块，中高压侧间装置元件，根据预制舱具体布置开展多模块组合设置。采用机架式模块化屏柜结构为基本设备单元，实现二次设备模块化，对外预制光电接口形成高级模块。

3 自动化变电站二次系统设计注意问题

智能自动化变电站二次系统设计关键是二次虚回路设计，要明确智能装置包的含义。智能装置是通用的运作平台，要注意软件开发商与型号。智能变电站中包括数字化变电站，可通过配置数据描述系统功能安置情况，常规变电站二次工程设计不存在传统二次电缆回路，智能变电站应认真配置各GOOSE 信息。

自动化变电站二次安防体系设计要注意间隔层，做好相关配置优化工作。二次安防系统设计要关注配置中出现的问题，如某二次安防系统设计中采用主机为双套配置主机，需要对信息子站共享。二次防护系统设计要加强过程层设备配置，如变电站在220～750kV 内智能终端要进行冗余配置。二次安防系中传统设计无法抵抗外界危险因素干扰，需要对保护配置等优化，保障信息互动性[6]。

变电站二次系统设计中要注意及时记录网络传输数据信息。自动化变电站应用装置SV 输入信号与GOOSE 端子存在对应关系，开入断路器位置应考虑线路保护，将变电站设计位置传入智能终端。虚端子无法对常规变电站可见断开点设置，回路可拥有明显断开点。目前很多过继电保护厂商采用GOOSE 数据流向图完善二次回路设计，按设备电压等级划分内容。根据设计图纸确定二次系统技术方案，变电站设备间电流通过SV 数据流图标识。二次设备厂商提供相应Excel 表格形式装置输入端子定义，完成二次系统回路设计。

传统大型变电站采用强电一对一控制方式，90年代中期改进传统变电站控制系统，改进控制系统未根本改善效益，设计单位往往常规控制与计算机监控方式并存，使用常规控制方式时计算机监控系统成为变电站的摆设，伴随运行部门认识提高，对变电站应广泛采用计算机监控方式，能有效的预警突发事件。电气工程人员应重视电气二次系统设备与一次设备连接问题，高压断路器机构内长有电气防跳回路，会出现危机保护情况必须将机构防跳回路断开，主接线设计原则是简化接线，电压互感器运行中不起作用，现场耐压试验时将电压互感器TV与主回路分开。

4 自动化变电站二次系统设计

潮州110kV 东津输变电工程计划2022年12月建成投产，110kV 东津变电站位于潮州市湘桥区意溪镇上津村，目前该片区主要由110kV 桥东站供电，建设用地面积约40平方公里。预计“十四五”期间用电负荷增长，为缓解110kV 桥东站供电压力，减少10kV 供电半径，提高湘桥电网的供电能力，建设110kV 东津输变电工程十分必要。

110 kV 东津变电站规划首期主变规模2×40 M VA，变电站采用全户内G IS 布置方案，110kV 采用单母线分段接线。推荐站址为唯一站址，站址交通条件便利。地势较平坦，站址规划红线用地面积为5597.4m2。110kV 东津变电站为新建变电站，解口桥东-意溪110kV 线路1回，本期工程在本站配置自动化设备。根据业务通道需求建设光缆；在110kV 东津变电站配置传输设备、通信电源等通信设备，满足远动自动化和调度电话物理路由的通道要求。电力系统二次设计范围包括系统继电保护、系统调度自动化、系统通信等。

变电站综合自动化是高变电所安全可靠运行、降低运维成本的有效措施，由于目前综合自设设备技术不够成熟，不同设备设计方案组成自动化实施方法不同。变电站采用综自系统是加强电网管理的重要措施，变电站采用综自系统有利于减少现场误操作事故，提高电网运行管理水平，降低变电站建设运行成本，带动电力企业技术进步。为使交流操作系统电源具备稳定性，直流平铺提供直流220V 电源，改用UPS 输出交流220V 电源提点。跳合闸回路使用交流220V，UPS 提供保护等微机装置故障电源采用交流220V，机构储能电源使用交流220V，中央信号回路采用直流24V，开关电源输入为UPS输出交流220V。

交流操作综自站10kV 开关多采用户外杆上操作机构，屏面布置应注意不同柜体间相同性质安装单元，在屏面高度等对应一致；相同保护测控装置应考虑安装同屏面上；屏面布置元件满足调试运行巡查方便要求；变压器保护设备等布置在不同屏面。同安装单元各套独立保护配置在屏面上。变电站综合自动化可以使其运行更加安全可靠，目前综自技术设备较为成熟，可购置必要二次设备改进综自二次设计，实现自动化变电站安全高效运行。变电站二次设计要注意设备选型与系统优化，二次设备选型要注意母线电压切换、线路过流保护装置等问题。

目前35kV 变电所设备选型中，10kV 断路器主要选用真空断路器。正常运行不使用断路器基本防跳回路，断路器本体防跳回路应在投运前接触，重合闸装置要实现自动投退，重合闸电源应自动投入，遥控与当地操作跳闸后，重合闸装置自动放电。低频减负荷抓昂志动作跳闸自动闭锁重合闸。微机综自变电所实现无人值守，目前35kV 变电所主变选用载调压变压器，应选用实现电容器分级自动投切的综自装置。通过结合母线电压对档位升降调节。高于110kV 电压等级系统中发生单相接地故障率较高，线路保护中采用零序电流快速切除单相接地故障。为避免变压器发生电流保护无选择性动作，高压复闭流过保护时间级差大于低压侧过电流保护最小动作时限。将断路器跳开，避免导致母线失电。