论文部分内容阅读
摘要：电气二次设计是变电站电力系统设计重要的组成部分，提高电气二次设计的质量对提升变电站系统的安全稳定运行具有重要的作用和价值。本文阐述了变电站电气二次设计的特点，按系统分析了二次设计的主要组成及功能，明确了电气二次设计在变电站电力系统运行中的重要作用。
关键词：变电站;电气;二次设计
中图分类号：TM73文献标识码：A
1概述
在变电站电力系统中，通常根据电气设备的作用将其分为一次设备和二次设备。一次设备是指直接用于电力生产、输送、分配电能的高压电气设备，包括发电机组、变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆等，是构成电力系统的主体。二次设备是用于对一次设备的工作状况进行监视、测量、控制、调节和保护的低压电气设备，主要包括测量仪表、测控保护装置、计算机监控系统、继电保护装置、安全自动装置、通信设备等等，是有效保证电力系统安全稳定运行的重要系统。变电站的电气系统设计主要围绕电气一次设计与电气二次设计展开。
随着我国用电量总体趋势不断提升、可再生能源的迅速发展壮大，电力系统的种类、数量及复杂程度不断增加，优化变电站电气二次设计、为电力系统的安全运行提供必要保障有着重要意义。
电气二次设计涉及到的内容杂、细节多、范围广，需要考虑到的因素也较多。在设计过程中，除需针对性地对变电站配置的一次设备选择合理可靠的测量保护设备外，还需优化变电站的经济技术指标、满足电站所在地特殊的运行特点要求，例如有针对性地提高电站的智能化水平，以方便电站现场的运维检修或日后系统升级。
2 变电站电气二次系统设计
1）计算机监控系统
计算机监控系统的发展应用是全面提高变电站安全稳定运行水平、降低运维成本的重要技术措施之一。计算机监控系统在变电站的主要作用体现在以下五个方面：第一，变电站计算机监控系统的输入回路将各类信息转换为数字量，通过计算机网络进行数据交换，实现站内信息实时共享;第二，其采用模数变换、数字滤波和处理技术，保证各种测量量准确有效，精度满足电网要求;第三，变电站设备和电网运行状态、故障信息，设备操作等采用屏幕实时显示，值班员可通过计算机进行全面监视和操作，这取代了常规电站的中央信号屏、控制屏等有关设备，为值班员提供了方便直观的监控条件;第四，监控系统可提供电气设备异常自动监视报警、电气操作防误闭锁、统计报表自动生成和程序化自动操作等高级应用，简化运维操作流程，提高变电站人员工作效率;第五，监控系统能减少重复硬件设备，节约大量电缆，缩小控制室建筑面积，具有良好的经济性。
2）继电保护
继电保护是变电站电气二次配置中最重要的系统之一，其种类繁多，主要由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。其中，测量部分从被监测对象采集相关信号，与设置的整定值相比较，并将比较结果输出至逻辑部分。逻辑部分根据测量部分各输出量的数据性质、大小、出现的顺序进行综合判断，决定保护的动作与否。如分析结果达到需动作的阈值，则逻辑部分给执行部分发出动作信号，由执行部分立即或延时发出警报或跳闸信号。继电保护的主要作用是对变电站电力系统运行实时监视，当站内、电力系统接口发生故障或异常现象时，迅速将故障部分切除并及时发出信号，以达到缩小故障范围、减少故障损失的目的，保证变电站安全可靠运行。
3）安全自动装置
安全自动装置是提高电力系统安全稳定运行、防范电网稳定事故、防止大面积停电的重要设备。当电网受到大扰动而出现异常或紧急状态时，变电站安全自动安全装置需配合电网状态，执行调频调压、切机切负荷等紧急措施，使电力系统恢复到正常运行状态，提高电力系统等运作效率。
根据控制的功能和范围，变电站安全自动装置主要可分为就地型和区域型两种。就地型安全自动装置主要包括低频和低压紧急控制、失步解列等只对就地信息进行采样分析从而控制站内电力设备的装置，单独使用就地型安全自动装置可能因信息的不全面、不完整而做出给周遭电力系统带来负面影响的决策。区域型安全自动装置则具有采集区域性信息的能力，能够结合变电站站内信息与电网系统范围内的实时信息，顾全区域的系统稳定性，但单独地使用区域性安全自动装置也可能导致对变电站运行不利决策的出现。随着电网对稳定性要求对逐步提高，不同地区对安全自动装置的配置不尽相同，结合就地型与区域型特点的混合型安全自动装置得以运用而生，克服了两种装置单独使用时的不足，确保维持电力系统安全稳定和可靠运行。
4）一体化电源系统
变电站一体化电源系统是站内二次直流系统、交流系统、UPS电源及通信电源的综合性电源系统，是保证操作电源、继电保护装置、安全自动装置、计算机监控系统、通信系统、备用照明等重要系统等在电站失去正常电源时仍能正常工作的重要安全设施。一体化电源系统的设计应根据站内设备负荷、远期设备负荷及考虑一定裕量后，选择容量、数量合理的蓄电池及充电装置，保证变电站设备供电的可靠性。
5）通信系统
通信系统在变电站电气二次系统中有着举足轻重的作用，通信技术的發展直接决定着系统的网络结构形式、系统功能的实现和性能的优劣，网络通信技术的多样性决定了分层分布式计算机监控系统网络结构的丰富性与复杂性。通信系统的设计主要包括对通信通道、方式、速率与协议的选择，变电站站址与电网端站直设置，以及通信设备的配置。
目前，智能变电站的设计已成为变电站二次设计的主要趋势，其前提是以IEC61850规约为基础，应用智能组件、光纤代替现有变电站的常规组件和大量二次电缆，建立一致的数据模型与数据信息互通平台，构建一、二次设备信息互通与互操作的全新变电站。
结束语
电气工程是我国重要的基础设施，在国民生产和居民生活中占有重要地位。提升变电站电气二次设计的根本目的是保护电力系统的安全运行，提升电气输送的稳定性和可靠性。电气二次设计的主要目的是准确测量主电路中的设备参数，并对其工作性能进行监控与调整，在故障发生时采取相应措施控制故障范围，辅助进行设备维护。电气二次设计主要包括计算机监控、继电保护、安全自动装置、二次电源系统和通信系统。二次系统间交互错综复杂，故更应在设计阶段择优制定组网结构，并针对各个子系统选择配置可靠、功能完善、经济适用的设备配置，加强电气二次系统内部、二次与一次系统以及变电站与电网间的配合，保证电力系统的安全高效运行。
参考文献
[1]尹卓文，乔丽丽.变电站电气一次设计现状及改善对策[J].科技创新导报，2018，15（33）：41+43.
[2]齐凯.电气二次设计常见问题探讨[J].探索与观察，2020，07（44）：77-78.
[3]刘显文. 探讨电气二次设计在220kV综合自动化变电站的应用[J].电力讯息，2014（06）：65-66.
[4]宋锦海，李雪明，姬长安，等.安全稳定控制装置的发展现状与展望[J].电力系统自动化，2006，29（23）：91-96.
[5]林风华.智能变电站的电气二次系统设计[J].集成电路应用，2020，37（01）：44-45.
[6]冯霞.220kV综合自动化变电站电气二次设计[J].电网建设，2018（05）：20-21.
[7]王辉.发电厂及变电站二次设备分布式直流电源系统探讨[J].电力自动化设备，2004，24（07）：89-91.
关键词：变电站;电气;二次设计
中图分类号：TM73文献标识码：A
1概述
在变电站电力系统中，通常根据电气设备的作用将其分为一次设备和二次设备。一次设备是指直接用于电力生产、输送、分配电能的高压电气设备，包括发电机组、变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆等，是构成电力系统的主体。二次设备是用于对一次设备的工作状况进行监视、测量、控制、调节和保护的低压电气设备，主要包括测量仪表、测控保护装置、计算机监控系统、继电保护装置、安全自动装置、通信设备等等，是有效保证电力系统安全稳定运行的重要系统。变电站的电气系统设计主要围绕电气一次设计与电气二次设计展开。
随着我国用电量总体趋势不断提升、可再生能源的迅速发展壮大，电力系统的种类、数量及复杂程度不断增加，优化变电站电气二次设计、为电力系统的安全运行提供必要保障有着重要意义。
电气二次设计涉及到的内容杂、细节多、范围广，需要考虑到的因素也较多。在设计过程中，除需针对性地对变电站配置的一次设备选择合理可靠的测量保护设备外，还需优化变电站的经济技术指标、满足电站所在地特殊的运行特点要求，例如有针对性地提高电站的智能化水平，以方便电站现场的运维检修或日后系统升级。
2 变电站电气二次系统设计
1）计算机监控系统
计算机监控系统的发展应用是全面提高变电站安全稳定运行水平、降低运维成本的重要技术措施之一。计算机监控系统在变电站的主要作用体现在以下五个方面：第一，变电站计算机监控系统的输入回路将各类信息转换为数字量，通过计算机网络进行数据交换，实现站内信息实时共享;第二，其采用模数变换、数字滤波和处理技术，保证各种测量量准确有效，精度满足电网要求;第三，变电站设备和电网运行状态、故障信息，设备操作等采用屏幕实时显示，值班员可通过计算机进行全面监视和操作，这取代了常规电站的中央信号屏、控制屏等有关设备，为值班员提供了方便直观的监控条件;第四，监控系统可提供电气设备异常自动监视报警、电气操作防误闭锁、统计报表自动生成和程序化自动操作等高级应用，简化运维操作流程，提高变电站人员工作效率;第五，监控系统能减少重复硬件设备，节约大量电缆，缩小控制室建筑面积，具有良好的经济性。
2）继电保护
继电保护是变电站电气二次配置中最重要的系统之一，其种类繁多，主要由测量部分、逻辑部分和执行部分组成。其中，测量部分从被监测对象采集相关信号，与设置的整定值相比较，并将比较结果输出至逻辑部分。逻辑部分根据测量部分各输出量的数据性质、大小、出现的顺序进行综合判断，决定保护的动作与否。如分析结果达到需动作的阈值，则逻辑部分给执行部分发出动作信号，由执行部分立即或延时发出警报或跳闸信号。继电保护的主要作用是对变电站电力系统运行实时监视，当站内、电力系统接口发生故障或异常现象时，迅速将故障部分切除并及时发出信号，以达到缩小故障范围、减少故障损失的目的，保证变电站安全可靠运行。
3）安全自动装置
安全自动装置是提高电力系统安全稳定运行、防范电网稳定事故、防止大面积停电的重要设备。当电网受到大扰动而出现异常或紧急状态时，变电站安全自动安全装置需配合电网状态，执行调频调压、切机切负荷等紧急措施，使电力系统恢复到正常运行状态，提高电力系统等运作效率。
根据控制的功能和范围，变电站安全自动装置主要可分为就地型和区域型两种。就地型安全自动装置主要包括低频和低压紧急控制、失步解列等只对就地信息进行采样分析从而控制站内电力设备的装置，单独使用就地型安全自动装置可能因信息的不全面、不完整而做出给周遭电力系统带来负面影响的决策。区域型安全自动装置则具有采集区域性信息的能力，能够结合变电站站内信息与电网系统范围内的实时信息，顾全区域的系统稳定性，但单独地使用区域性安全自动装置也可能导致对变电站运行不利决策的出现。随着电网对稳定性要求对逐步提高，不同地区对安全自动装置的配置不尽相同，结合就地型与区域型特点的混合型安全自动装置得以运用而生，克服了两种装置单独使用时的不足，确保维持电力系统安全稳定和可靠运行。
4）一体化电源系统
变电站一体化电源系统是站内二次直流系统、交流系统、UPS电源及通信电源的综合性电源系统，是保证操作电源、继电保护装置、安全自动装置、计算机监控系统、通信系统、备用照明等重要系统等在电站失去正常电源时仍能正常工作的重要安全设施。一体化电源系统的设计应根据站内设备负荷、远期设备负荷及考虑一定裕量后，选择容量、数量合理的蓄电池及充电装置，保证变电站设备供电的可靠性。
5）通信系统
通信系统在变电站电气二次系统中有着举足轻重的作用，通信技术的發展直接决定着系统的网络结构形式、系统功能的实现和性能的优劣，网络通信技术的多样性决定了分层分布式计算机监控系统网络结构的丰富性与复杂性。通信系统的设计主要包括对通信通道、方式、速率与协议的选择，变电站站址与电网端站直设置，以及通信设备的配置。
目前，智能变电站的设计已成为变电站二次设计的主要趋势，其前提是以IEC61850规约为基础，应用智能组件、光纤代替现有变电站的常规组件和大量二次电缆，建立一致的数据模型与数据信息互通平台，构建一、二次设备信息互通与互操作的全新变电站。
结束语
电气工程是我国重要的基础设施，在国民生产和居民生活中占有重要地位。提升变电站电气二次设计的根本目的是保护电力系统的安全运行，提升电气输送的稳定性和可靠性。电气二次设计的主要目的是准确测量主电路中的设备参数，并对其工作性能进行监控与调整，在故障发生时采取相应措施控制故障范围，辅助进行设备维护。电气二次设计主要包括计算机监控、继电保护、安全自动装置、二次电源系统和通信系统。二次系统间交互错综复杂，故更应在设计阶段择优制定组网结构，并针对各个子系统选择配置可靠、功能完善、经济适用的设备配置，加强电气二次系统内部、二次与一次系统以及变电站与电网间的配合，保证电力系统的安全高效运行。
参考文献
[1]尹卓文，乔丽丽.变电站电气一次设计现状及改善对策[J].科技创新导报，2018，15（33）：41+43.
[2]齐凯.电气二次设计常见问题探讨[J].探索与观察，2020，07（44）：77-78.
[3]刘显文. 探讨电气二次设计在220kV综合自动化变电站的应用[J].电力讯息，2014（06）：65-66.
[4]宋锦海，李雪明，姬长安，等.安全稳定控制装置的发展现状与展望[J].电力系统自动化，2006，29（23）：91-96.
[5]林风华.智能变电站的电气二次系统设计[J].集成电路应用，2020，37（01）：44-45.
[6]冯霞.220kV综合自动化变电站电气二次设计[J].电网建设，2018（05）：20-21.
[7]王辉.发电厂及变电站二次设备分布式直流电源系统探讨[J].电力自动化设备，2004，24（07）：89-91.