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【概 要】本文就数字化变电站中的电气二次设计进行探讨，并针对数字变电站电气二次设计原则等方面作了深入探究，为类似设计工作提供参考借鉴。
【关键词】电气二次设计；原则；保护配置；调度自动化
1.前言
所谓的数字化变电站，就是指在变电站的信息收集、信息传输、信息处理、信息输出过程中，使用数字化技术和设备，使这些过程全部实现数字化运行的变电站。而电气二次设计主要是指针对主线路的一次设备，进行一次设备参数的测量设计、检测设计以及控制电路的设计。随着电力信息技术和智能化水平不断提高，数字化变电站、智能电网是当今供电技术发展的总趋势，传统变电站二次系统存在的问题及相关配置，已不能满足电网建设智能化发展的需求，因此，实现对變电站的数字化监控，测量，控制和保护，并开展二次电气设计尤为重要，对数字化变电站的建设具有重要意义。
2.数字化变电站电气二次设计原则
2.1 电气二次设备设计原则
220kV数字变电站要求常规的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现功能装置重复I/0现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。
2.2 五防闭锁
五防功能是指：⑴防止误分、合断路器。⑵防止带负荷分、合隔离开关。⑶防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）。⑷防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）。⑸防止误入带电间隔。
数字化变电站五防是一种采用计算机技术、用于高压开关设备防止电气误操作的装置。通常主要由主机、模拟屏、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁等功能元件组成。现行微机防误闭锁装置闭锁的设备有四类：开关、刀闸、地线（地线刀闸）、遮栏网门（开关柜门），上述设备是通过微机锁具（电编码锁和机械编码锁）实现闭锁的，对上述设备须由软件编写操作闭锁规则。
2.3 同期合闸
同期合闸是变电站中经常遇到的操作，对减小冲击，提高系统稳定性具有重要作用。目的是将任何一个开关两边来自于不同系统的电压同期和闸并网，把两个系统变为一个系统。同期要求安全、准确、快速。三个条件中安全最为重要，同期装置必须有的闭锁功能，宁拒动不误动。避免出现中性点电压位移、过电压、增大预穿长度、导致系统不稳定等三相不同期危害。
图1 同期过程框图
220kV数字变电同期系统应该具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。这种同期装置设计为多条线路所共用，通过自动同期选线器在上位机的控制下自动进行同期点的切换，每个同期点具有独立的整定参数组，其中包括允许功角的定值。控制器以精确严密的数学模型，确保差频并网（对系统或两解列系统间的线路并网）时捕捉第一次出现的零相差，进行无冲击并网。保护装置在不同系统并网过程中按模糊控制理论的算法，对电网频率及电压进行控制，确保最快最平稳地使频差及压差进入整定范围，实现更为快速的并网。
2.4 保护配置
1）继电保护配置原则
继电保护装置是反应电力系统中电气元件发生故障或者不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它可以用于迅速切除故障，使停电范围缩小，指示不正常状态，并予以控制。继电保护装置由最初的熔断器不断发展，经过电磁型，晶体管型，集成电路型，直至数字化变电站的微机保护。在分层分布式综合自动化系统中，一般将整个变电所的设备分为三层：变电所层——包括监控主机、远动通信机等。变电所层设现场总线或局域网，供各二次设备之间交换信息。间隔层（单元层）——一般按断路器间隔划分，包括测量、控制部件和继电保护装置。过程层（设备层）——主要指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。
2）主变压器保护配置原则
220kV主变压器微机保护按双重化配置电气量保护和一套非电气量保护。采用两套完整、独立并且是安装各自屏（柜）内的保护装置，每套保护均配置完整的主、后备保护，宜选用主后备保护一体装置。两套变压器保护的交流电流、直流电源以及用于保护的隔离刀闸的辅助接点、切换回路应相互独立。两套完整的电气量保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应，非电量保护的跳闸回路同时作用于断路器的两个跳闸线圈。主变压器非电量保护应设置独立的电源回路和出口跳闸回路。
2.5 调度自动化
对于远动系统，针对变电站无人值班设计，站内应配置相应的远动通信设备，且应冗余配置，并优先采用专用装置、无硬盘型，采用专用操作系统，远动与计算机监控系统合用I/O测控单元。远动信息采取“直采直送”原则，直接从I/O测控装置获取远动信息并向调度端传送。远动通信设备直接从计算机监控系统的测控单元获取远动信息并向调度端传送，站内自动化信息需相应传送到远方监控中心。
图2 主变压器保护配置图
2.6 计算机监控系统
变电站计算机监控系统的设备配置和功能要求按无人值班设计。因此，其监控系统应宜采用分层、分布、开放式网络结构，主要由站控层设备、间隔层设备和网络设备等构成。站控层设备按变电站远景规模配置，间隔层设备按工程实际建设规模配置。包括站控层设备、网络设备、间隔层设备。站控层主要功能是通过网络汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，并定时将数据转入历史数据记录库；按需要将有关实时数据信息送往调度端；接受电网调度或控制中心的控制调节命令并下发到间隔层、过程层执行。间隔层主要功能是各个间隔过程层实时数据信息的汇总，完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判别、发令；完成各个间隔及全站操作联闭锁以及同期功能的判别；执行数据的承上启下通信传输功能，同时完成与过程层及站控层的网络通信功能。过程层主要设备包括电子式互感器、合并单元、智能终端等，其主要功能是完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。 3.二次设备电磁兼容性能及抗干扰设计
电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干擾。电磁兼容的三要素：对系统本身不产生干扰；对其它系统不产生干扰；对其它系统的发射不敏感。
对于变电站综合自动化系统来说，消除或抑制干扰应针对电磁干扰的三要素进行，即消除或抑制干扰源；切断电磁耦合途径；降低装置本身对电磁干扰的敏感度。针对综合自动化系统在多个变电站的实际运行情况，电磁兼容技术措施可以分为以下几个方面：
拟制干扰源的影响。二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件；机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰；变电站综合自动化系统的机柜和机箱采用铁质材料，使其本身也是一种屏蔽。
图3 计算机监控系统方案配置图
接地和减少共阻抗耦合。接地是变电站综合自动化系统电磁兼容的重要形式措施之一。该系统的地线种类有微机电源地和数字地、模拟地、信号地、噪声地、屏蔽地等五种地线。微机电源采取浮地方法即其零线不与机壳相连。微机电源地与机壳共地。变电站综合自动化系统属于低频系统，且其各个子系统都由多块插件组成，应尽量采用一点接地的原则。
变电站综合自动化系统中，采取良好的隔离可以减少于扰传导侵入。行之有效的隔离措施有以下几种：模拟量的隔离；开关量输入、输出的隔离；强、弱信号电缆的隔离；二次设备配线时，应注意避免各回路的相互感应印刷电路板上的布线要注意避免互感。（见图3）
4.结束语
综上所述，随着智能电网的发展，变电站数字化进程的加快，二次电气设计的需求在不断增加，为了与时代发展相适应，有必要对数字变化电站进行二次电气设计，实现对变电站的数字化监控，测量，控制和保护，这样对于数字化变电站的建设也具有重要意义。
参考文献：
[1] 许少武.基于220kV变电站二次电气系统设计分析[J].城市建设理论研究，2012年12期
[2] 陈绍永.关于数字化变电站中电气二次设计的分析[J].科技与企业，2012年13期
【关键词】电气二次设计；原则；保护配置；调度自动化
1.前言
所谓的数字化变电站，就是指在变电站的信息收集、信息传输、信息处理、信息输出过程中，使用数字化技术和设备，使这些过程全部实现数字化运行的变电站。而电气二次设计主要是指针对主线路的一次设备，进行一次设备参数的测量设计、检测设计以及控制电路的设计。随着电力信息技术和智能化水平不断提高，数字化变电站、智能电网是当今供电技术发展的总趋势，传统变电站二次系统存在的问题及相关配置，已不能满足电网建设智能化发展的需求，因此，实现对變电站的数字化监控，测量，控制和保护，并开展二次电气设计尤为重要，对数字化变电站的建设具有重要意义。
2.数字化变电站电气二次设计原则
2.1 电气二次设备设计原则
220kV数字变电站要求常规的二次设备，如继电保护装置、测量控制装置、防误闭锁装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现功能装置重复I/0现场接口，通过网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装置变成了逻辑的功能模块。
2.2 五防闭锁
五防功能是指：⑴防止误分、合断路器。⑵防止带负荷分、合隔离开关。⑶防止带电挂（合）接地线（接地刀闸）。⑷防止带接地线（接地刀闸）合断路器（隔离开关）。⑸防止误入带电间隔。
数字化变电站五防是一种采用计算机技术、用于高压开关设备防止电气误操作的装置。通常主要由主机、模拟屏、电脑钥匙、机械编码锁、电气编码锁等功能元件组成。现行微机防误闭锁装置闭锁的设备有四类：开关、刀闸、地线（地线刀闸）、遮栏网门（开关柜门），上述设备是通过微机锁具（电编码锁和机械编码锁）实现闭锁的，对上述设备须由软件编写操作闭锁规则。
2.3 同期合闸
同期合闸是变电站中经常遇到的操作，对减小冲击，提高系统稳定性具有重要作用。目的是将任何一个开关两边来自于不同系统的电压同期和闸并网，把两个系统变为一个系统。同期要求安全、准确、快速。三个条件中安全最为重要，同期装置必须有的闭锁功能，宁拒动不误动。避免出现中性点电压位移、过电压、增大预穿长度、导致系统不稳定等三相不同期危害。
图1 同期过程框图
220kV数字变电同期系统应该具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。这种同期装置设计为多条线路所共用，通过自动同期选线器在上位机的控制下自动进行同期点的切换，每个同期点具有独立的整定参数组，其中包括允许功角的定值。控制器以精确严密的数学模型，确保差频并网（对系统或两解列系统间的线路并网）时捕捉第一次出现的零相差，进行无冲击并网。保护装置在不同系统并网过程中按模糊控制理论的算法，对电网频率及电压进行控制，确保最快最平稳地使频差及压差进入整定范围，实现更为快速的并网。
2.4 保护配置
1）继电保护配置原则
继电保护装置是反应电力系统中电气元件发生故障或者不正常运行状态，并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。它可以用于迅速切除故障，使停电范围缩小，指示不正常状态，并予以控制。继电保护装置由最初的熔断器不断发展，经过电磁型，晶体管型，集成电路型，直至数字化变电站的微机保护。在分层分布式综合自动化系统中，一般将整个变电所的设备分为三层：变电所层——包括监控主机、远动通信机等。变电所层设现场总线或局域网，供各二次设备之间交换信息。间隔层（单元层）——一般按断路器间隔划分，包括测量、控制部件和继电保护装置。过程层（设备层）——主要指变电所内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。
2）主变压器保护配置原则
220kV主变压器微机保护按双重化配置电气量保护和一套非电气量保护。采用两套完整、独立并且是安装各自屏（柜）内的保护装置，每套保护均配置完整的主、后备保护，宜选用主后备保护一体装置。两套变压器保护的交流电流、直流电源以及用于保护的隔离刀闸的辅助接点、切换回路应相互独立。两套完整的电气量保护的跳闸回路应与断路器的两个跳圈分别一一对应，非电量保护的跳闸回路同时作用于断路器的两个跳闸线圈。主变压器非电量保护应设置独立的电源回路和出口跳闸回路。
2.5 调度自动化
对于远动系统，针对变电站无人值班设计，站内应配置相应的远动通信设备，且应冗余配置，并优先采用专用装置、无硬盘型，采用专用操作系统，远动与计算机监控系统合用I/O测控单元。远动信息采取“直采直送”原则，直接从I/O测控装置获取远动信息并向调度端传送。远动通信设备直接从计算机监控系统的测控单元获取远动信息并向调度端传送，站内自动化信息需相应传送到远方监控中心。
图2 主变压器保护配置图
2.6 计算机监控系统
变电站计算机监控系统的设备配置和功能要求按无人值班设计。因此，其监控系统应宜采用分层、分布、开放式网络结构，主要由站控层设备、间隔层设备和网络设备等构成。站控层设备按变电站远景规模配置，间隔层设备按工程实际建设规模配置。包括站控层设备、网络设备、间隔层设备。站控层主要功能是通过网络汇集全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，并定时将数据转入历史数据记录库；按需要将有关实时数据信息送往调度端；接受电网调度或控制中心的控制调节命令并下发到间隔层、过程层执行。间隔层主要功能是各个间隔过程层实时数据信息的汇总，完成各种保护、自动控制、逻辑控制功能的运算、判别、发令；完成各个间隔及全站操作联闭锁以及同期功能的判别；执行数据的承上启下通信传输功能，同时完成与过程层及站控层的网络通信功能。过程层主要设备包括电子式互感器、合并单元、智能终端等，其主要功能是完成实时运行电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。 3.二次设备电磁兼容性能及抗干扰设计
电磁兼容性是指电子设备在各种电磁环境中仍能够协调、有效地进行工作的能力。电磁兼容性设计的目的使电子设备既能抑制各种外来的干扰，使电子设备在特定的电磁环境中能够正常工作，同时又能减少电子设备本身对其它电子设备的电磁干擾。电磁兼容的三要素：对系统本身不产生干扰；对其它系统不产生干扰；对其它系统的发射不敏感。
对于变电站综合自动化系统来说，消除或抑制干扰应针对电磁干扰的三要素进行，即消除或抑制干扰源；切断电磁耦合途径；降低装置本身对电磁干扰的敏感度。针对综合自动化系统在多个变电站的实际运行情况，电磁兼容技术措施可以分为以下几个方面：
拟制干扰源的影响。二次设备内，综合自动化系统中的测量和微机保护或自控装置所采用的各类中间互感器的一、二次绕组之间加设屏蔽层，这样可起电场屏蔽作用，防止高频干扰信号通过分布电容进入自动化系统的相应部件；机箱或机柜的输入端子上对地接一耐高压的小电容，可抑制外部高频干扰；变电站综合自动化系统的机柜和机箱采用铁质材料，使其本身也是一种屏蔽。
图3 计算机监控系统方案配置图
接地和减少共阻抗耦合。接地是变电站综合自动化系统电磁兼容的重要形式措施之一。该系统的地线种类有微机电源地和数字地、模拟地、信号地、噪声地、屏蔽地等五种地线。微机电源采取浮地方法即其零线不与机壳相连。微机电源地与机壳共地。变电站综合自动化系统属于低频系统，且其各个子系统都由多块插件组成，应尽量采用一点接地的原则。
变电站综合自动化系统中，采取良好的隔离可以减少于扰传导侵入。行之有效的隔离措施有以下几种：模拟量的隔离；开关量输入、输出的隔离；强、弱信号电缆的隔离；二次设备配线时，应注意避免各回路的相互感应印刷电路板上的布线要注意避免互感。（见图3）
4.结束语
综上所述，随着智能电网的发展，变电站数字化进程的加快，二次电气设计的需求在不断增加，为了与时代发展相适应，有必要对数字变化电站进行二次电气设计，实现对变电站的数字化监控，测量，控制和保护，这样对于数字化变电站的建设也具有重要意义。
参考文献：
[1] 许少武.基于220kV变电站二次电气系统设计分析[J].城市建设理论研究，2012年12期
[2] 陈绍永.关于数字化变电站中电气二次设计的分析[J].科技与企业，2012年13期