数字化变电站中电气系统二次设计研究

数字化变电站中电气系统二次设计研究

发表时间：2019-01-03T15:29:03.000Z 来源：《建筑细部》2018年第11期作者：唐纯华[导读] 数字化变电站是智能电网的重要组成部分，它引领着变电站新技术的发展方向。广西冠宇电力有限公司 530029 摘要：数字化变电站是智能电网的重要组成部分，它引领着变电站新技术的发展方向。数字化变电站就是通过数字化技术使变电站的信息采集、处理和传输，并建立与之相适应的通信网络和系统的变电站。与常规变电站不同，数字化变电站具有一次设备智能化、二次设备网络化、运行管理系统自动化等特点，可以减少设备的检修次数和检修时间，减少自动化设备数量和二次接线，提高系统的可靠性。设

备具有互操作性，方便设备的维护和更新，提高了工作效率。

关键词：数字化；变电站；电气系统；二次设计

一、引言

一次设备智能化、二次设备网络化、信号数字化是数字化变电站的主要特点，数字化变电站在技术和经济上具有重大的意义。首先在技术上，数字化变电站信号传输均通过光缆技术实现，使得传统的二次电缆使用量大大减少，提高二次系统的可靠性；其还具有良好的互操作性，通过变电站数据共享，便于变电站改造和扩建工作，便于设备的维护和更新，提高工作效率。此外，数字化变电站通过状态检修可以减少设备的检修时间与次数，提高设备的利用率。其次在经济上，与传统变电站相比，信息的共享可以减少变电站设备的重复建设和投资；紧凑的设备可以减少用地；良好的互操作性减少变电站设备初期建设成本和运行维护成本等。总之，数字化变电站的应用可有效提升变电站的可靠性和安全性，提高变电站自动化水平与生产管理效率。

二、数字化变电站的技术特征

1.数据采集数字化

电压、电流的采集采用非常规互感器（如电子式互感器或光电式互感器）是数字化变电站技术应用的主要标志之一，这实现了电气量数据采集环节的数字化。实现数据采集数字化可以使一、二次系统在电气上达到有效隔离，电气量动态测量范围大大增加，电气量测量精度有效提高，为信息共享提供基础。通过信息共享使得常规变电站装置冗余向信息冗余的转变。

2.系统分层分布化

基于 IEC 61850 标准的数字化变电站的一、二次设备可以分为站控层、间隔层，过程层。过程层主要指变电站内的电流和电压互感器、变压器、断路器、隔离开关，等一次设备。间隔层和站控层主要指的是变电站综合自动化系统。间隔层一般按间隔划分，其包括测控元件和保护元件。测控元件负责该间隔的电气量的测量、断路器、隔离刀闸的控制等，保护元件负责该间一次相关设备的保护控制、故障记录等。

3.系统建模标准化 IEC 61850 标准为变电站自动化系统定义了统一的、标准的信息模型和信息交换模型，实现变电站信息共享与设备的互操作性，为实现变电站建模标准化提供了有效的工具，确立了变电站网络通信标准。

4.信息交互网络化

数字化变电站实现由常规互感器到新型电子式互感器使用转变，将传统的模拟电气量转变为数字化电气量，实现变电站内装置设备之间以高速网络为依托的信息共享，功能重复的二次设备接口不再出现，常规功能装置被逻辑功能模块代替，以太网技术的有效利用，实现过程层与间隔层之间的信息交换，间隔层与变电站层的通信，间隔层内部之间的信息交换和通信，变电站层不同装置之间的通信。信息及设备共享得到真正实现。

5.设备检修状态化

状态检修也称为预知性维修，主要包括三个环节：设备诊断、设备状态监测、检修决策，其依靠有效的状态监测，也就是状态监测是设备诊断的根据和状态检修基础，以设备当前的工作状况为依据，根据在线监测和诊断情况、系统的技术应用要求，诊断、确定设备当前状态，根据结果安排检修时间和项目，并制定相应的检修决策。

6.设备操作智能化

变电站设备的智能化为数字化变电站发展提供了可靠的基础，智能断路器的应用推动了数字化变电站的发展。采用计算机控制和微电子技术以及电子式互感器建立新的断路器二次系统是智能断路器二次技术的发展趋势。智能断路器需要在断路器内嵌入开关量、电压和电流变换器来实现断路器的智能化。断路器系统的智能性由智能型接口装置、微机型控制单元和相应的控制软件来实现。作为智能控制元件的输入，控制和保护命令可以通过光纤网络，实现与断路器操作机构的连接。

三、数字化变电站二次系统设计

1.变电站自动化系统

（1）系统构成全站建立在 IEC 61850 通信标准基础上，实现全站设备间数据共享与互操作。全站构架可分为三层：站控层、间隔层与过程层；通过采用站控层和过程层两层网络实现三层设备之间连接。

2.网络结构

站控层采用 100M 以太网星型双网结构，分为监控 A 网、监控 B 网，不设置独立的保信 C 网，保护故障信息集成在监控网中，保信子站通过网络接口从监控 A、B 网获取保信子站信息。站控层制造报文规范（MMS）、面向对象的变电站事件服务（GOOSE）、简单网络时间协议（SNTP）三网合一。

3.站控层

站控层设备包括一体化电网运行智能系统主机、变电站运行驾驶舱、一体化运行记录分析装置、五防主机、保信子站、远动工作站、网络设备、辅助设施系统以及其他智能接口设备。

4.间隔层

间隔层设备包括各电压等级保护、测控装置以及电能计量装置等。

5.过程层

过程层主要设备包括合并单元、电子式互感器、智能设备等，其主要功能是：完成电气量的采集、开关量的监测、控制命令的执行、全站设备运行状态的监测等。

2.故障分析与决策

（1）故障数据的自动统计与存档具备故障动作次数、动作时间等数据的自动统计功能，并能将故障的相关开关量、采用值等录波数据与保护动作报文等数据自动打包存档，供运行维护人员调用。

（2）故障事件回放利用保护动作、开关跳闸、故障录波、GOOSE 报文等信息事件的时标信息，以及大量由 SCADA 系统获得的信息，完成事故回放模拟功能，为故障分析人员了解故障处理和演变过程提供依据。

（3）故障信息综合分析决策提取故障前后暂态、稳态和设备状态等全景信息，并结合当前电网拓扑，对故障信息进行分析、判断，筛选提炼出与故障相关、对故障分析有用的信息，并进行归类处理，对故障全面分析和快速定位。通过对故障信息的分析，根据故障特征，综合利用故障推理、故障选相、故障定位等技术手段，反推出可能的故障类型、故障元件、故障点位置等，并自动生成故障分析报告。根据故障分析结果和当前电网运行状态，为故障隔离范围和快速恢复供电提供辅助决策。从而实现故障分析、定位，为故障隔离和恢复供电提供辅助决策的功能。

3.状态检修

在辅助设施后台主机上，建立状态监测软件系统，获取 GIS、主变、避雷器、蓄电池等设备状态检测 IED 的数据信息，进行集中处理，并通过状态监测专家系统，进行评估一次设备的状态，实现一次设备与蓄电池等二次设备的状态检修。自动生成状态检修分析报告，发送至一体化电网运行智能系统平台或调度部门，供运行维护人员参考。支撑电网经济运行与优化控制通过电压无功综合控制和优化运行方式，降低网损。通过智能调节变电站的变压器有载分接头和投切无功设备（电容器、电抗器）保证用户端电压质量。支持区域电压无功综合控制，降低区域网损。

参考文献：

[1]高翔.数字化变电站应用展望[J].华东电力，2006.（8）.

[2]陈树勇．智能电网技术综述[J]．电网技术，2009（8）：20-21.