1、1数字化变电站中电气系统二次设计摘要：本文对数字化变电站中的电气二次设计进行了介绍，旨在不断提高相关技术及推动变电站数字化的发展，希望能为同行提供参考。 关键词：数字化；变电站；二次设计 Abstract: This paper introduces two electrical design in digital substation, to improve and promote the development of related technology of digital substation, hoping to provide a reference for the peer. K
2、eywords: digital； substation; secondary design 中图分类号：TM411+.4 0 前言 随着计算机网络化的迅速发展，电子设备也在不断的更新换代，计算机网络在电力系统也得到了广泛应用。各类电力信息都转变成为数字化，为数据的共享和易操作奠定了基础，传统中的变电站监视、保护、故障录波、测量和计量等功能一律采用计算机监控系统，全自动的数字化变电站，使得原来成本大且信息不共享的硬件转换为信息共享、芯片集成化、成本低的系统装置。电气二次设计在数字化变电站建设中有着极其重要的作用，电气二次设计的好坏直接影响到变电站的安全可靠运行。本文主要介绍数字化变电站电气二次
3、系统的设计。 1、数字化变电站 2数字化变电站是建立在 IEC61850 通信规约的基础上，由智能化的一次设备和网络化二次设备构成。数字化变电站能够实现变电站内智能电气设备之间的信息共享和互操作。数字化变电站的特点是拥有智能化的设备、网络化的通信、统一化的模型和通信协议、自动化的运行管理。 2、数字化变电站的电气二次设计 数字化变电站的设计目标是设计出基于 IEC61850 通信协构建的信息采集、传输、处理、输出过程全部数字化的变电站，从而实现数字化变电站的技术创新。数字化变电站电气二次设计的架构分为智能设备的选择、通信规约的选择及网络结构的设计 3 个部分。 2.1 智能设备的选择 数字化变
4、电站的智能设备包括智能开关、电子式互感器及二次设备。智能开关的选择为传统开关+智能终端，设备特点为常规控制及操动方式，无在线监测及自诊断功能；具有数字接口，可接入过程总线，智能化程度低。应用的较多，可靠性较高，设备费用一般，可实施性好。电子式互感器的选择为有源电子式互感器，它是基于 Rogowski 线圈或低功率线圈的电子式电流互感器，电阻、电容、电感分压的电压互感器。设备特点为互感器传感头部分具有需用电源的电子电路，采用激光供能的办法，能较好的解决电源问题，已获得较多应用，可靠性也较高，可实施性好，但设备费用较高。二次设备要选取网络化的二次设备。 2.2 网络规约的选择 3数字化变电站的网络
5、分为站控层和过程层网络，站控层的网络规约选择为 IEC61850，它的特点为基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，面向对象设计，是构建数字化变电站的理想平台，接口类型是以太网，适用范围为基于网络平台的各种实时和非实时通信，可实施性较好。 过程层的网络规约选择采用 IEC61850 和 IEC60044-8 相结合的方式，各取所长。IEC60044-8 的特点为电子式互感器传输采样值的国际标准，采用 FT3 帧格式，实时性极好，传输延时固定。接口类型串行口，在实际中应用较多，适用范围为实时性要求好的串口通信，如三相电流电压数据之间的同步，差动保护数据之间的同步等，可采用插值法实现自
6、同步，可靠性高，可实施性好而且软件费用较低。 对于单间隔不需要数据同步的二次设备，采用 IEC61850 规约传输，对于跨间隔需进行数据同步的二次设备,采用 IEC60044-8 规约传输。 2.3 网络结构设计 数字化变电站的网络分为站控层和过程层网络，站控层的功能主要为管理监控间隔层和过程层，并与调度中心保持通信状态，所以其网络结构应为星型以太网。过程层主要由智能终端、电子式互感器以及合并单元构成，过程层网络是数字化变电站特有的网络,目前没有成熟的方案。3、某 35kV 变电站实现数字化变电站电气二次设计 3.1 主要二次电气设备配置 35kV 的二次设备下放到开关柜,与一次设备距离很近,
7、开关设备和二4次设备间仍采用传统的硬接线交换信息。35kV 电流互感器也采用模拟输出的电子式互感器,用电缆直接连到二次设备。由于 35kV 电压互感器与二次设备间距离较远,输出数字信号,用点对点光纤通信线路传输到二次设备。 互感器选用数字接口的光电式互感器 35kV 电流电压互感器和 10kV 电压互感器选用输出数字信号的电子式互感器。10kV 系统的二次设备下放到开关柜,选用模拟输出的电子式电流互感器。 开关设备选用传统设备+智能终端方案 35kV 的开关设备用传统开关设备+智能终端的方式改造成智能开关,有利于降低造价和风险,保证工期,同时也能满足数字化变电站的要求。10kV 开关设备与二次
8、设备距离小,与二次设备用硬接线交换信息,不需智能化改造。个别与二次设备距离较远的 10kV 开关设备,也按传统开关设备+智能终端的方式实现智能化。 (3)主要二次设备和系统软件选用改进的成熟产品,部分现在广泛使用的成熟二次设备和系统软件通过改造可满足数字化变电站的要求。按IEC61850 标准改进产品的通信协议。如果二次设备需与过程层设备直接交换信息,则为其增加过程层总线接口代替原有的硬接线。 3.2 继电保护和自动装置配置 (1)35kV 配电装置保护配置 根据小电流接地系统线路保护的配置原则,35kV 线路配置如下:三相式电流闭锁电压速断保护；三相式定时限过电流保护；三相一次自动重5合闸:
9、手动、远动跳闸不重合；低周减载(带滑差闭锁功能)出口跳闸；小电流接地选线及零序 2 段过流保护；采用完全星形接线,不设单独的零序CT，过负荷报警。35kV 分段保护配置:电流速断和过电流保护。 （2）10kV 配电装置保护配置 根据小电流接地系统线路保护的配置原则,10kV 线路配置如下:三相三段式电流保护；三相两次自动重合闸:手动、远动跳闸不重合(重合闸次数应能选择)；低周减载(带滑差闭锁功能)出口跳闸；小电流接地选线及零序 2 段过流保护；采用完全星形接线,不设单独的零序 CT,过负荷报警；10kV 分段保护配置:电流速断和过电流保护。 （3）并联无功补偿装置保护配置 电容器组保护按照并联
10、电容器装置设计规程的要求进行设置,设置如下:三相式限时电流速断保护；三相式过电流保护；母线过电压保护；PT 断线闭锁的母线失压保护；三次谐波过滤的零序电压保护(开口三角电压)。 （4）安全自动装置配置如下: 备用电源自动投切装置:开关手跳闭锁自投。要求具备运行方式自动识别功能、闭锁/启动备用电源互投装置功能、PT 断线识别和闭锁功能。35kV 备用电源自投:设为分段自投方式。主变中压后备保护动作闭锁备自投。10kV 备用电源自投:设为分段自投方式。主变低压后备保护动作闭锁备自投。PT 并列:35kV、10kV 分别设置 PT 并列装置,完成保护、测量电压回路和计量电压回路切换功能。可以手动或自
11、动并列。 三相自动重合闸装置:保护装置内部已配置有三相自动重合闸插件,6不独立配置。低周(低压)减载装置:本站配置一套独立的微机型低周(低压)减载装置。 全站配置一套微机型主变过负荷联切装置。全站配置一套微机型故障录波器。 4、总结 电力系统的二次回路数量多,系统复杂,所处的工作环境也复杂多样。系统的各种继电保护装置、自动装置和各种监控系统随着微机产品的大量应用,对工作环境条件的要求也越来越严格,因此逐渐采用数字式二次电气设备实现变电站的数字化运营和管理是目前国内变电站发展的主要趋势之一。希望本文能够为变电站实现数字化运营和管理提供一定的借鉴和参考。 参考资料 1陈立新，张宝健.数字变电站系统（DPSS）的研究与设计实现M.北京：煤矿机械出版社，2005. 2高翔.数字化变电站应用技术M.北京：中国电力出版社，2008.
