电气二次设计常见问题的研究

电气二次设计常见问题的研究

陶华

国网黄冈供电公司 湖北省黄冈市   438000

摘要：在电力系统中，变电站是重要的组成部分，变电二次设计就是对变电站二次系统进行设计，变电二次设计是针对设备的控制和保护。变电二次设计应当向着操作简单、安全可靠、经济合理的新方向发展，且做到严格遵循国家相关规定，达到电力行业的标准。变电设计作为电力系统中的重要环节，关系着变电系统的运行水平及质量，变电二次设计的质量与细节问题应该得到设计人员的高度重视，如果细节问题考虑不周到，将会对整个电力系统产生严重的影响，对相关工作人员也会造成安全危险。

关键字：电气二次设计；分析

1电气二次设计分析

电气二次设计指的是对包括继电器保护装置、仪表、控制和信号原件等电气二次设备的设计。电气二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电器设备，主要包括控制开关、继电器、控制电缆、仪表、信号设备、自动装置等。电气二次设备是综合自动化变电站的重要组成部分，在进行电气二次设计的时候，不仅要满足特定的一些装置，还要确保这些设备、装置的性能都能实现。

2电气二次系统设计分析

2.1变电站主接线的相关设计

变电站电气设备数量较大，变电站主接线不仅是电气设备的重要组成部分，同时也是电气二次系统设计的基础环节。变电站主接线主要是将一次设备和二次设备有效的连接起来，具有电流汇集、传输和分配的重要功能。在变电站电气二次系统中，电气主接线也可称为主电路，对其选择的形式会对选择电气设备带来直接的影响，同时还对制定继电保护方案、选择控制模式和布置配电设备息息相关。因此要正确选择电气主接线，从而保证电气二次系统的经济性、安全性和可靠性。在具体设计过程中，要对电气设备主接线的设计进行优化，根据电气主接线稳定性指标来选择型号，并要对其进行准确的计算，确保选择的主接线的准确性。在具体设计时，要对供电系统使用的方便性、维护性和经济性、后续升级等因素进行综合考虑，在满足用户回路负载量的基础上，尽可能的确保设计成本的最低。

2.2监控系统、应急系统、智能控制系统的设计

监控系统作为电气二次系统的重要组成部分，主要是对一次设备和二次设备进行控制，在具体设计时，通常会采用分布式结构的监控系统，同时还会选择双击配置，可以对电动隔离开关进行远程控制，同时还能够采用三级模式来对短路器进行远程控制。变电站电气二次系统中的应急系统主要指消除和火灾应急系统，通过对消防报警系统的设置，能够有效的对各种突发状况进行防范。特别是变电站运行过程中容易受到恶劣天气的影响，一旦发生雷击或是超负荷运行时引发火灾，则应急系统的设计能够有效的保护变电站运行的安全性和可靠性。变电站电气二次系统高效运行，及其自动化和智能决策作用的发挥都离不开智能控制系统，通过智能控制系统的设计，一旦变电站运行过程中出现危险情况，则该系统能够根据所收集到的情况来做出智能化判断和决策，并在短时间内做出反应，不仅能够减少损失，而且能够提高变电站整体运行效率。当前神经智能系统和专家系统在不断研究过程中，未来必然会在变电站电气二次系统中进行应用。

2.3直流系统的设计

直流系统在变电站电气二次系统中扮演着重要角色，可以为电力系统自动化运行提供大量的能源支持，保证电气系统可以良好的完成采集数据、设备控制等任务，为设备的正常安全运行提供了有力的技术支持。在变电站电气二次系统中对于断路器的操作主要是通过电动弹簧完成，由于变电站内并无太大的冲击电流，因此为了保证在断电的情况下还能完成两个小时的工作必须要储存电量，将电池的容量设计成300毫安。此外也可以引进智能微机技术，利用其来控制系统开关。

2.4继电保护的设计

在变电站继电保护设计过程中，主要是对线路保护和变压器保护的设计，具体设计时，需要针对不同线路选择适宜的保护。如对于220kv的线路，可以选择全线速动保护，而且每套保护均具有完整的后备保护。对于110kV线路则配置单套光纤差动保护。在35kV和10kV线路设置过流保护、失压保护以及分散式过压保护。在继电保护设计中，对于220kV的主变压器，需要配备双重化的主保护与后备保护一体的电气量保护和非电量保护。对于110kV主变压器，需要配置单套的差动保护、高后备保护、低后备保护以及非电量保护。此来保证电气二次系统运行的可靠性。

3某220kV变电站电气二次设计

某220kⅤ变电站本期的规模是1台有载调压三卷主变压器，容量1×180MVA，电压等级为220/110/10.5KV。220kV电气主接线远期采用双母线接线，本期按双母线接线设计。110kV 电气主接线远期为双母线双分段接线，本期按双母线单分段接线设计。10kV终期为单母线双分段接线，本期按单母线接线设计。

电力系统和电力设各在运行过程中常产生短路和过负荷等异常情况，变电站需及时地切除故障和纠正负荷，设计充分考虑了不同设备和故障的特点，选用经过实际运行考验的成熟产品，将各种故障和异常状态造成的设各损坏和失电范围降到最低。

3.1 220kV线路保护

3.1.1 220kV线路保护配置原则

（1）每回线路按双重化要求至少配置两套完整的、相互独立的、主后一体化的微机型线路保护。

（2）具备一路光纤通道的线路至少配置一套光纤电流差动保护，具备两路光纤通道的线路宜配置两套光纤电流差动保护。

（3）长度不大于20km的短线路应至少配置一套光纤电流差动保护，其通道优先采用专用光缆纤芯。

（4）同杆并架部分长度超过5km或超过线路全长30%的线路应配置两套光纤电流差动保护。

（5）重冰区线路的保护宜采用双通道，并至少有一套保护能适应应急通道。

（6）按断路器配置操作箱。

（7）双重化配置的两套保护配置各自独立的电压切换装置。

3.1.2 220kV线路保护技术要求

采用主保护和后备保护一体化的微机型继电保护装置，使用光纤通道的线路保护宜采用内置光纤接口，尽量减少保护通道的中间环节。主保护宜采用光纤电流差动保护，后备保护包括：三段相间距离和三段接地距离保护；两段定时限零序过流保护；重合闸；三相不一致保护；带延时的两段相电流过流保护。保护装置具备双通道接口方式。

3.1.3 220kV线路保护配置方案及通道方案

（1）220kV第I、II线路

两回线路每回线路各配置2套光纤分相电流差动保护，每套保护通道1、通道2采用不同路由的复用2M通道传输。

I、II每回线路主一、主二保护均通道1、2均需配2M通信接口装置1套，共8套，组一面屏，新增通信接口屏1面。

（2）第三回 220kV线路

第三回 220kV线路保护配置保护均通道1、2均需配2M通信接口装置。

（3）第四回220kV线路

本工程变电站220kVⅡ间隔本期建设一次设备，配测控装置，暂不配保护。保护在Ⅱ220kV线路工程中考虑。

3.2 220kV母线保护和断路器失灵保护

（1）配置原则及技术要求

按双重化配置两套母线差动及失灵保护。独立配置220kV母线保护。

每套母线保护由母线差动保护、断路器失灵保护、母联过流保护、母联失灵保护、母联死区保护和母联断路器三相不一致保护构成，并具有复合电压闭锁功能。

（2）配置方案

本工程220kV 母线为双母线接线，配置两套独立的差动及失灵保护，考虑母线保护独立配置。

3.3 220kV母联保护

220kV母线为双母线接线方式，本期配置1套220kV母联保护，母联保护具有过流保护，三相不一致保护功能。

220kV母联保护屏：装设独立的充电、过流保护，保护屏由母联保护、三相操作箱和打印机组成。

3.4 110kV线路保护

（1）每回110 kV线路配置一套含重合闸功能的线路保护。单侧电源的负荷端可不配置线路保护。

（2）符合下列条件之一的110 kV线路，应装设一套光纤电流差动保护：

1）双侧电源线路符合下列条件之一时，应装设一套光纤电流差动保护。

a）根据系统稳定要求有必要时。

b）线路发生三相短路，如使发电厂厂用母线电压低于允许值（一般为60%额定电压），且其他保护不能无时限和有选择地切除短路时。

c）如电力网的某些主要线路采用全线速动保护后，不仅改善本线路保护性能，而且能够改善整个电网保护的性能。

2）对多级串联的线路，为满足快速性和选择性的要求，应装设一套光纤电流差动保护。

3）对于长度不超过 8km 的短线路、同杆架设的双回线应装设一套光纤电流差动保护。

（3）对于风电场接入系统的线路，条件具备时宜装设一套光纤电流差动保护。

（4）具有光纤通道的110kV线路，可配置一套光纤纵联保护。

3.5 110kV母线保护

220kV某变电站的110 kV母线配置一套母线保护；母线保护由母线差动保护、母联过流保护、母联（分段）失灵和死区保护构成，并具有复合电压闭锁功能。母线保护独立组1面屏，按15个支路设计，适用于双母双分段接线。

3.6 110kV母联及分段保护

本期110kV母线为双母线单分段接线方式，本期配置2套110kV母联保护，1套分段保护，1套母联保护。母联及分段保护具有过流保护，三相不一致保护功能。

3.7 故障录波

220kV变电站的录波装置按照电压等级分类进行配置，220kV部分（含线路、母联、分段、旁路）、主变、110kV部分（含线路、母联、分段、旁路）分别设置独立的录波装置。

3.8 行波测距装置

线路长度超过20km的500kV交流线路、超过40km的220kV线路或多单位维护的220kV及以上线路配置行波测距装置。其它巡线困难的220kV及以上线路宜装设行波测距装置。

3.9 继电保护故障信息系统子站

为了提高变电站运行可靠性及更好分析事故原因，全站配置1套继电保护信息子站（以下简称保信子站）。保信子站采用嵌入式装置，双机配置，采用互为热备用工作方式，双机都能独立执行各项功能。

3.10 保护装置、故障录波及故障测距装置对时精度及接口要求

系统继电保护装置具有对时功能，采用以太网或RS-485 串行数据通信接口接收时间同步系统发出的IRIG-B（DC）时码作为对时信号源。保护具备通信管理功能，与计算机监控系统和保护及故障信息管理子站系统通信，通信规约采用61850规约，接口采用以太网口。

3.11 继电保护对通道的要求

双重化配置的两套纵联保护的通道相互独立，两条通道对应的通信设备及传输路由相互独立，且每套保护装置的两个通道不开通自愈保护。

3.12 调度自动化

（1）远动系统

220kV某变电站由省中调、市地调双重调度管理，远动信息“直采直送”送至省中调、省备调、市地调，并能接收相关调度端下达的调度控制命令。电能计费信息发往市地调电能计量自动化主站系统。

（2） 远动设备配置方案

站内配置两台互为冗余的远动装置，每台远动装置均配置与站内监控系统通信的局域网通信口以及与远方主站通信的网络通信口及专线通信口，规约库配置与各远方调度中心调度自动化系统主站一致的通信规约。每台远动装置把监控后台采集的数据通过远动通道分别传送至各调度中心调度自动化系统。

远动通信设备由计算机监控系统统一配置、组屏。

3.13 电能采集系统

变电站内设置一套电能采集系统，包括电能量采集终端和电能计量装置。

全站配置1台电能量采集终端，以RS485方式采集各电能表信息，并与变电站自动化系统通信。

4结论

在电气二次设计过程中，设计者遵循规范，进行标准设计，分析变电站二次设计中的相关问题，加强详细设计，并采取相应的措施。仔细研究，本质上提高了变电站二次设计的安全性和可靠性。

参考文献：

[1]王玉刚.电气二次设计中的问题与有效措施[J].时代农机，2018，45(06)：135.

[2]吴诚俊.电气二次设计中的问题与有效措施分析[J].现代工业经济和信息化，2018，8(06)：30-31.