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摘要：随着大数据、云计算、人工智能等新型技术的快速发展，近年来智能变电站在我国各地大量兴建。基于此，本文将以某地110kV智能变电站的电气二次系统设计作为研究对象，深入探讨智能变电站电气二次系统优化设计路径，希望研究内容能够为相关电力工作者带来一定启发。
关键词：智能变电站；二次系统；优化设计
1.实例分析
1.1工程概况
某地110kV智能变电站为10kV、110kV二级电压，本期规模分别为主变压器1×63MVA、110kV出线2回、10kV出线16回、电容器组2×6Mvar，远期规模分别为主变压器2×63MVA、110kV出线2回、10kV出线32回、电容器组4×6Mvar，近期与远期规模的接地变均为DKSC-700kVA/100kVA。110kV接线在本期与远期均采用内桥接线设计，10kV侧接线本期选择单母线接线设计，远期选择双母线分段接线设计。
1.2继电保护及安全自动装置设计
采用光差保护与常规交流采样设计，110kV智能变电站配置站域保护控制装置，站内信息采集采用网采网跳方式，为实现10kV简易母线保护功能，设计选用低周减载、主变过载联切、全站备投等紧急控制功能，同时全站配备网络通信分析仪、网络通信记录装置、故障录波装置各1套[1]。
1.3自动化系统设计
采用三层两网的网络结构设计，以及单星型以太网的过程层网络、间隔层网络、站控层网络设计。站控层配置网络打印机、数据通信网关、综合应用服务器、监控主机等设备，间隔层配置线路保护测控装置、母线测控装置、分段保护测控装置、电压并列装置等设备，过程层配置智能终端、合并单元等设备。在网络设备配置中，采用基于光纤点对点的保护装置采样值传输方式、基于常规电缆的10kV采样传输。站控层配置一体化业务平台，以此实现本站高级应用等功能，变电站配置二次设备在线监测、远程浏览等应用功能，选用的二次设备具备自检及自诊断功能，并能够上送备状态监测信息。
1.5元件保护设计
主变压器保护采用主后一体双重化配置设计，独立配置测控装置，同时集成电能计量功能，每套保护由主变两侧后备保护、零序电流保护、复压闭锁过流保护、主变差动保护等组成。主保护包括主变非电量保护和差动保护，110kV后备保护包括零序过电压保护、零序过电流保护、间隙保护、复合电压闭锁过流保护、过负荷发信，10kV后备保护包括二段式的复合电压闭锁过流保护与低压侧配置时限速断保护以及过负荷发信，10kV电容器保护包括零序电流保护和三段式过电流保护，10kV线路保护包括三相一次重合闸保护、三段式过电流保护，10kV接地变保护包括本体保护、零序保护、过流保护、电流速断保护。
1.6其他电气二次系统设计
智能变电站电气二次系统采用一体化电源系统、全站时钟同步系统、智能辅助控制系统、互感器二次参数选择设计，如10kV电压等级的电流互感器采用单母线分段主接线设计，组数为15、二次额定电流为5A、准确级为5P/0.5/0.2S、二次绕组数为3，容量为30VA/10VA/10VA，110kV电压等级的电流互感器采用内桥主接线，组数为3，准确级为5P/5P/0.2S，二次绕组数为3。
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2.智能变电站电气二次系统优化设计路径
2.1网络结构优化
三层两网结构属于最为常见的智能变电站网络结构，但这种结构存在牵涉范围广、数据流量大、故障时影响广等特点，多套测控、保护和安全自动装置均会受到广泛应用，同时产生的近万条（最多时）告警信号也会对运维工作带来严重影响，保护拒动越级跳闸风险也可能因中心交换机故障出现。此外，由于采样环节与出口环节分别增加合并单元、智能终端，智能站保护的整体动作延时会因此增加7~10ms，保护可靠性和速动性因此大幅降低，供电可靠性和电网安全性均会因此受到较为负面影响[2]。
基于上述问题，需设法优化传统智能变电站的网络结构，由此将研究对象智能变电站采用三层两网结构更换为两层一网网络结构，优化后变电站结构由间隔兼过程层与站控层组成，并采用一体化高速通信网络一层网络。基于一体化设计的站控层与业务平台可实现设备优化集成，具体设计需结合本期及远期规模设计。站控层需配置综合应用服务器1台、监控主机2台（兼操作员站）、Ⅲ/Ⅳ区数据通信网关机1台；间隔层采用模块化设计，在间隔层保护测控装置中集成智能终端、合并单元；二次设备不采用B码及SNTP对时协议，时间同步协议选择IEE1588，并配合GOOSE、SV、MMS共网传输。设计不划分安全Ⅰ、Ⅱ区，Ⅰ、Ⅱ区划分采用交换机VLAN技术实现，全站设置变电站一体化高速通信网络一层网络，GOOSE、SV、MMS、1588报文共网共口传输，共配置交换机4台，一层网接入间隔兼过程层、站控层设备。通过设备集成优化，网络层次得以实现纵向简化，二次设备数量大幅减少，交叉互联横向大幅减少，数据集中和共享得以更好实现。在多功能模块化集成的二次设备设计支持下，中间环节大幅减少，故障率可最终实现有效降低，研究对象智能变电站在优化网络结构后实现10.5万元的总投资节省，优化设计的经济性可见一斑。
2.2故障录波整合优化
故障前后各主要电气量数值变化的监视由故障录波装置负责，由此结合数据开展定性分析，即可明确保护动作情况，系统的安全稳定也能够得到更好保障，因此基于故障录波整合优化研究对象电气二次系统设计，设计故障录波及网络记录分析一体化装置，该装置的运行流程可概括为：“接入报文→解码→分析报文→异常告警→原始报文记录/提取录波所需数据→原始报文数据检索服务/基于采样同步启动判据算法→启动录波→故障录波记录→录波数据检索服务”。网络记录分析装置具备监测、预警、故障分析功能，可较好服务于智能变电站的稳定性保障，网络记录分析装置与故障录波装置在应用中可实现较好互补，配合信息共享实现整合，即可有效节约投资和空间。在研究对象智能变电站整合故障录波后，整合后共节省投资8万元，相应的维护费用也会由此大幅缩减。
2.3光缆应用方案优化
由于智能变电站采用传统的光缆熔接方式，因此原光缆应用方案存在现场作业工作量大、隐患问题出现几率大、易受高温环境影响、机械应力强度不高、对操作人员的技术要求较高、施工危险性较大等特点。基于传统光缆熔接方式存在的不足，本文建议优化光缆联接方案，以此降低施工难度、提高联结可靠性、缩短施工周期，因此最终智能变电站采用免熔接光纤配线架配合预制光缆进行施工。优化后在户外智能终端柜与对应的室内屏柜内安装免熔接光纤配线架，为方便布线，采用前进前出式，右侧、左侧分别为预制光缆与屏内尾纤的接口。优化后的光缆应用方案具备防腐性能好、防尘抗干扰性强、外表美观、施工操作安全且方便等优势，模块化设计也能够有效节约安装时间。优化光缆应用方案后，研究对象智能变电站施工得以节省大量工时，且全寿命周期内可实现7.05万元的成本节约，优化设计的实用性由此得到证明。
结论：综上所述，智能变电站电气二次系统优化设计需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的网络结构优化、故障录波整合优化、光缆应用方案优化等内容，则提供了可行性较高的智能变电站电气二次系统优化设计路径。为更好发挥智能变电站性能优势，大数据、云计算等技术的引入和应用也需要得到重视。
参考文献：
[1]张玉林.智能变电站电气二次系统优化设计探析[J].科技经济导刊,2019,27(17):97.
[2]尹相国,吴占贵,杨拯,李惠民,张晓明.一种智能变电站二次安全防护系统的研制[J].电气时代,2018(10):72-74.
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论文作者:陈钟楠
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/9
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