赛力斯自动化科技有限公司

摘要：设计智能变电站二次系统，并加强系统的工程应用，能够使变电站系统运行的稳定性和安全性得到提高，进而促进我国经济的健康发展。基于这种认识，先对智能变电站二次系统的结构及特点展开了分析，然后对系统的设计及其工程应用问题展开了研究。

关键词：智能变电站；二次系统；设计

1、智能变电站二次系统结构及特点

从系统结构上来看，智能变电站二次系统由检测与监控设备、数据运行计算设备、电流电压波动数据录波设备、自动化智能运行设备、智能化管理与终端调试设备等部分构成。其中任何一个设备出现问题，将导致系统正常运行受到影响，继而导致智能变电站系统可靠性降低。目前，使用光电互感器进行二次系统设计，可实现电力信息共享，并使二次系统得到有效补充。因此，现阶段变电站二次系统设计都以智能化为核心，从而使系统产生了一些固有特点。

首先，二次系统设备均利用数字化采集和整理完成数据分析，可通过动态管理实现所有高进度和高密度信息的管理。其次，智能变电站二次系统设备将在网络控制下运行，以至于一次系统调节控制模式被数字化系统所取代。实施网络管理模式，则使变电站整体效益得到提高，并使变电站建设在安全系数和成本投入方面得到改善。很后，智能变电站二次系统具有信息共享优势，能够实现对所有信息的互换操作，并可实现系统操作难度的有效控制，因此能使变电站系统运行更加规范和标准，从而为其带来更多的经济效益。

2、智能变电站二次系统的设计

2.1 互感器工程设计

在变电站智能化运行过程中，互感器是实现实时信息处理的重要设备，可使电力系统运行控制的整体水平得到提升。而电子互感器拥有简单的绝缘结构，可较好抵抗电磁干扰性，并具有较大动态范围和频率响应范围，制作成本较低。应用该类互感器实现互感器工程设计，可获得较好数据测量精度，并无铁磁谐振问题和开路、短路危险，可确保低压侧线路安全。

在实际进行互感器设计配置时，可利用其双端口优势利用光纤完成采集数据的传输，能将数据直接传至网络数据交换平台。通过该平台，智能设备单元可完成采样值数据获取，从而实现功能一体化，并确保智能电源保持可靠运行。

通过分析可以发现，设计互感器工程可使互感器二次采样电缆传输距离长的问题得到解决，并能适应各种环境，同时准确测量非周期分量和高频分量，能实现对环境、温度和自我运行情况的检测，因此能够满足智能单元的功能一体化设计需求。

其次，设计互感器工程可实现合并单元设计，根据IEC 61850 标准完成互感器选择，将使用统一数据结构，并利用信息网络平台使所有互感器实现同步数据采集。在此基础上，变电站运行将完成信息采集监测信息的协同作业，继而实现各模块信息共享。

此外，设计互感器工程，能利用双重化网络交换平台完成互感器双保险优化配置，可确保智能单元可靠运行，并满足冗余度要求。因此，实现互感器工程设计，能通过减少互感器数量降低系统投资成本，从而为电力企业带来更多的经济效益。

2.2 网络架构设计

传统变电站之所以工作效率不高，与其网络技术的应用有着直接的联系。随着网络技术的发展，智能电网已经得到建立，因此能够使智能变电站的运行效率得到有效提高。在设计智能变电站二次系统时，按照协议模型完成网络架构的标准化设计，以实现站内数据共享、工程实施简化、智能单元互操作和系统配置。从网络架构功能逻辑上来看，使用双重化星型以太网络进行网络结构设计，网络架构具体由站控层、间隔层和过程层构成。

首先，在站控层及间隔层设计上，要利用前者完成MMS 报文和GOOSE 报文传输，并利用后者实现相邻间隔、间隔层设备之间和各层别之间通信，以确保报文数据能够在站控层可与间隔层间得到传输。为达成这一目标，为站控层配备4 台交换机，并完成A 网和B 网的设置。在交换机布置上，安全Ⅰ区和Ⅱ区分别放置2 台交换机，并利用防火墙进行各区连接。使用100 Mbit/s 电口通信实现站控层和间隔层间设备通信，并使用100 Mbit/s 光口实现交换机间通信。

其次，在过程层设计上，考虑到利用过程层网络实现一次设备和间隔层二次设备连接的问题，还要确保其设计能够实现GOOSE 报文和采样值报文SV 的实时传输、共享，以确保保护、状态检视和测控等二次设备能得到可靠连接。在采样数据信息传输上，使用点对点网络。在开关量数据传输上，利用GOOSE 网络传输。利用这2 种网络，可实现采样数据独立传输，并接受间隔层设备跳合闸等控制命令。此外，在间隔层二次设备和互感器连接上，使用光纤以太网，并满足IEC 61850 协议要求。在不同层间隔设备连接上，满足FT3 协议标准，使用光纤串口行口连接。

很后，在交换机配置上，按照间隔完成220 kV 过程层的交换机配置，为每个间隔配置4 台中心交换机和2 台交换机。针对220 kV 过程层，按照线路或母线间隔完成交换机配置，即为每个间隔配备2 台交换机，并为每个主变间隔配备4 台中心交换机和2 台交换机。在过程层网络交换机和智能设备连接上，使用100 Mbit/s 光口光纤连接。

2.3 系统保护设计

在智能变电站二次系统运行的过程中，利用继电保护装置为系统运行提供安全保障。在科学技术得到快速发展的同时，合理进行继电保护装置选择，则能够为二次系统智能化设计提供更多的安全保障。在电力元件或系统本身发生故障时，继电保护装置则能发出警告信号，值班人员则可以根据信号及时进行系统故障排除，因此能为系统供电的可持续性提供保障。

除了实现继电保护设计，还要通过线路保护设计为系统线路的安全运行提供保障。针对220 kV 线路，则要完成2 套线路保护装置的配置。这2 套装置分别为电流差动保护和纵联就努力保护，能发挥完整的主、后备保护功能，并能采取点对点直接跳闸方式和保护直接采样方式实现智能终端采样和控制。

3、智能变电站二次系统的工程应用

3.1 在故障检测上的应用

在智能变电站运行的过程中，可应用二次系统完成变电站运行的全局监测，从而为变电站内设备的安全、稳定运行提供保障。应用该系统工程，可完成电网运行状态数据、信号回路状态、智能装置动作信息、智能装置IED 故障信息的有效获取，并能实现所有设备的自动监控，不存在设备状态信息采集漏点。

此外，应用二次系统，可以将设备检修策略从常规的“定期检修”变为“状态检修”，所以能够使系统可用性得到较大程度的提高。在系统设备发生故障时，利用计算机技术，二次系统可以完成故障发生的有关信息的详细记录，可使技术人员用于检查故障的时间得到节省，并能为技术人员实现故障科学诊断提供可靠数据，继而有利于实现故障尽快排除。

3.2 在继电保护上的应用

在电力系统运行的过程中，继电保护装置将起到至关重要的作用。而想要确保装置的功能可以正常发挥，还要确保继电保护系统的安全运行。应用二次系统，可以利用先进科学技术完成继电保护系统模型模拟，从而实现对继电保护系统功能故障的逐一排查。利用计算机，则能够将排查得到的故障数据显示出来，进而为检修人员实现系统高效检修提供数据依据。

在实际应用继电保护系统的过程中，故障信息管理系统将和广域向量测量系统完成实时数据和非实时数据的纵向传输，控制区的业务系统则能利用实时VPN 和非实时VPN 实现各种数据的传输，因此能够避免出现数据传输的纵向交叉连接。在进行系统通信外网口IP 地址传输的非实时数据的接收时，则可利用横向互联防火墙将实时VPN 业务段地址转换为非实时段地址，然后利用防火墙对转换得到的地址实现访问控制。

例如220 kV 火龙岗变电站，采用GIS 设备为500 kV和220 kV 配电装置，全站采用非智能化断路器设备和传统互感器设备，并完成了合并单元和智能终端这2 种二次设备配置。为确保系统安全运行，就地完成了若干个二次设备小间放置相应屏柜的设置，并将保护、测控、智能终端等装置放在户外柜中为35 kV 配电装置提供保护，同时使用LCP 柜放置智能终端和合并单元为220 kV 配电装置提供保护。

此外，系统实现母线、线路、变压器和开关的双重化配置，并使用测保一体装置和故障录波分析系统。而系统投入运行1 年后，并未发生重大故障，因此采取该种二次安全防护方案能够为系统安全运行提供了保障。与采取常规建设模式的500 kV 变电站工程相比较，采取二次安全防护方案的工程更具有经济性，初步估计能够节省600万元设备费，而节约的综合造价费用可达1000 万元。

4、结束语

在经济发展的过程中，供电系统发挥了至关重要的作用。而在供电系统中，变电站的作用较为突出。目前，传统变电站系统设计已难满足社会发展需求，所以以智能化为核心的变电站二次系统得到了设计和应用。从本文的研究来看，想要加强智能变电站二次系统设计，还要加强互感器工程、网络架构和线路保护3 方面设计。在实际的工程应用中，可以将系统用于系统故障检测和继电保护，从而为变电站系统的安全运行提供保障。