摘要：在整个变电站中，220kV变电站二次电气系统是一个非常重要的中心环节，在整个变电站中起到了控制和监视的作用。如果二次回路的运行得不到相应的保证，那么将会直接影响到整个变电站甚至是输配电系统的运行安全，所以一定要做好相应的设计工作。文章首先对220kV变电站二次电气系统进行介绍，接着分析了220kV变电站中二次电气系统设备选择问题，进而对220kV变电站中二次电气系统的设计进行探讨，以供参考。
关键词：220kV；变电站；二次电气系统；设计问题
引言
传统的变电站电缆连接设备，由于二次系统复杂，模拟信号电磁干扰，附加误差大，同时二次回路安全存在隐患，变电站内与控制中心之间没有完全信息共享平台。二次设备指对一次设备的工作状况进行监视、测量、控制、保护、调节所必需的电气设备，如监控装置、继电保护装置、自动装置、信号器具等。通常还包括电流互感器、电压互感器的二次绕组引出线和站用直流电源，220kV数字变电站通过先进的电子技术，自动控制技术，计算机技术以及通信技术，对二次设备进行设计与优化，实现对变电站的数字化监控、测量、控制和保护，对于数字化变电站的建设具有重要意义。
1 220kV变电站中二次电气系统概述
变电站电气二次系统是一个复杂的系统网络，主要包括变电站内的各类电气设备及其相应的控制、调节、信号、测量回路，以及电气二次系统的继电保护装置、安全自动装置、准同期装置、直流操作电源等。总体来分析，可以将变电站电气二次系统分为以下几个部分：第一，继电保护和安全自动装置。继电保护和安全自动装置是电气二次系统的重要组成，主要用来保护变电站的安全稳定运行，一旦出现系统故障，立即动作于告警或跳闸；第二，控制回路。变电站二次控制回路主要用来对变电站内各类设备进行控制，主要是各类开关设备的跳合闸操作，继电保护发出跳闸信号后，通过控制回路来执行跳合闸；第三，信号回路。变电站电气二次设备的运行，均依赖于信号回路的运行，通过变电站二次信号回路，准确采集一次设备的工作状态，包括信号的发送、接收和传递网络，来为运行人员进行运行和维护提供依据；第四，调节回路。除了通过控制回路来控制开关的跳合闸以外，有一些变压器主设备还需要通过调节回路来调整期工作参数。
2 220kV变电站中二次电气系统设备的选择问题
2.1零序电流
在220kV变电站的等级电压的体系中，经常会发生单一相接触地面这一故障，发生的频率甚至能达到90％以上。但是在实际情况中，针对线路的保护，其主要使用的零序电流，这种电流能够将单一相接触地这一故障进行快速的切除，目前最常使用是3I0的零序电流与3U0的零序电压联合组成的具有同一方向的元件。
2.2过流线路
当两个相连的变压器进行并列操作时，其对于电流迂回短路的会产生的一定的影响，即会使得在保护过流线路时，会发生无选择性的错误操作，从而使得高压闭合的过电流的时间保护存在极差，并且这种极差会远远高于低电压条件下的过流回路的最小动作时间值，这时就能够通过调整过流回路的保护动作的首个时间的限制，并跳开电路的切断器，从而将电流迂回短路的这一故障切断，就能够有效地防止其对应的母线发生失电的现象，使停电的范围能够加大缩小。
2.3后台系统
在变电站二次电气系统中，后台系统的选择也是非常重要的问题之一。后台的监控装置一般情况下是全天二十四小时不间断的运作的，所以数据信息的输入与输出的量也是非常大的，并且其对于运作的速度要求也非常的高。要确保这个监控装置能够始终保持正常稳定的运作，在设计的过程中就需要给配置具有连续供电效应的电源，并且还需要使用的逆变器也必须是直流式的，这样在正常运作时，其就能够将交流电源转变成直流电源，为后台的监控装置提供充足的电源。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，如果变电站本身的用电缺失了，直流电源装置就会自行开始运作，并将电流输送到逆变器上，然后经过逆变器的作用来转换成交流电流，最后输送到后台的监控装置上。
3 20kV变电站中二次电气系统的设计
3.1 220kV变电站主结线电气计算设计
该设计阶段主要是用来分析电气主结线的可靠性数据指标，以期初步对电气结线完成其选型，进而能够在变电站电气系统的二次设计中提供更加基础的、具体的、切实可行的设计方案。
3.2智能二次设备的选择
与数字化变电站设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化等特征相适应，变电站二次设备必须选择相应的数字化保护。该220kV数字化变电站的所有模拟量交流采样全部采用光纤点对点，而设备跳合闸采用GOOSE网络方式来传送开关量。GOOSE服务是数字化变电站实现的一种重要手段，也是数字化变电站进一步发展的方向，通过SV和GOOSE组网，实现了开关二次设备的智能化。
3.3通信规约的选择
根据数字化变电站的架构，其通信网络主要包括站控层网络和过程层网络两个部分，各个不同的通信网络可以使用不同的通信规约，其中站控层网络规约包括IEC61850和网络103规约，过程层网络规约包括IEC61850和IEC60044-8规约。经过对比和分析，站控层网络中，网络103规约的互操作性较差，同时实时性要求不高，虽然费用较低，但难以为数字化变电站的通信提供充分的保障。而IEC61850规约是目前国标统一的面向数字化变电站的理想通信平台，虽然费用相比网络103较高，但互操作性强，而且实时性好。
3.4系统通信网络的设计
3.4.1间隔层和站控层通信的设计
系统的网络架构采取了星型以太网络，在间隔层与站控层的通讯以及站控层内部的通讯共用同一个通信网络。考虑到该220kV变电站巨大的信息量，为了提升实时通讯的稳定性，该变电站选择了1000/100M自适应的交换以太网，同时220kV数字化变电站内的站控层设备相对较多，因此专门设计了独立的站控层网络，来为各个站控层设备之间提供信息的交换和传递通道。
3.4.2过程层通信的设计
在过程层的通信总线设计方面，通过过程层总线技术实现了过程层设备之间的信息交互，而未采用传统的控制电缆。此外，基于继电保护装置对实时性的要求，过程层通信需要借助至少100M的以太网通信，并需要支持报文优先级和组播功能。
3.4.3间隔层通信的设计
间隔层的通信采用了间隔交换机，以更好的提高数字化变电站内各间隔的可靠性和实时性，间隔层的每个间隔都设立一个间隔交换机，该间隔内的所有设备均接入到该间隔的间隔交换机，并仅能通过间隔交换机来进行间隔内的信息交互。各个间隔交换机之间又能够通过级联汇总到总交换机，包括母线差动保护、变压器保护、线路保护等在内的需要接入多个间隔信息的保护设备，则统一直接接入中的交换机。
结束语
综上所述，电力事关国计民生，地位十分重要，运行也非常复杂，因此对于二次电气的设计要综合考虑许多细节，诸如电缆的走向、继电器的设置以及安装测量仪表等。与此同时，作为相应的设计人员，需要不断的进行学习和总结，并不断提高自己的设计能力和创新意识，从而确保将220kV变电站二次电气系统的设计工作做得更好。
参考文献
[1]吴标琪.220kV秋山智能变电站继电保护系统设计[D].华北电力大学,2016.
[2]张跃丽.智能变电站二次系统可靠性及相关问题研究[D].上海交通大学,2013.
[3]汪滨勇.常规变电站综合自动化改造工程的分析设计[D].南昌大学,2011.
论文作者:蒋依明1,朱锐超2,刘昕2,董书宇2,赵小鹏2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/14
标签：变电站论文; 回路论文; 系统论文; 电气论文; 间隔论文; 设备论文; 规约论文; 《电力设备》2018年第3期论文;