摘要：数字化变电站是当今电力系统建设的主要趋势,其核心就是电气二次设计。本文主要从电气二次设计的基本要求、电气二次设计的原则、数字化的应用等方面对数字化变电站的电气二次设计进行研究分析。
关键词：数字化；变电站；电气二次设计
一、引言
随着我国电力系统的发展,数字化变电站逐渐成为电网发展的必然趋势。目前,国内已经建设了多个数字站,并已投入运行。在数字站中,由于采用了大量的先进技术和设备,因此对二次设计的需求也日益提高。本文结合笔者所在单位的实际,对数字化变电站中的电气二次设汁进行探讨,以供同行交流参考。
二、国内外研究现状
（一）国内研究现状
我国自90 年代开始开展智能电网的研究,并在21世纪初逐步将这一技术应用于电力系统中,形成了具有中国国情的智能化配电网。目前,国家正在大力推进新型城镇化进程,而城镇化的基础就是城市用电。因此,在我国,无论是政府还是企业,都越来越重视城市供电的可靠性,这就要求我们必须加强城市配电网的建设。为了实现这一点,就需要建立先进的配网监控体系。近年来,随着计算机及通信技术(包括物联网)的发展,以及人工智能、模式识别、数据挖掘、知识发现等相关技术的成熟,使得人们可以借助各种软件工具来辅助完成配电网的实时监测和故障分析,进而实现配网的自动运行。
（二）国外研究现状
20世纪80年代以来,美国、日本等国家的科研院所和公司,先后开展了有关智能变电站的试验研究和工程应用工作,并取得了一定的进展。例如:美国的A.J.B.Schaefer教授,于1987年提出了基于模糊理论的智能化变电站的设计方法;日本的M.K.Yamaguchi等人,于1988年提出了基于神经网络技术的智能变电站设计方法;德国的H.E.W.R.G.Landenbrecht等人,于1991年提出了一种基于专家系统的智能化变电站设计方法;英国的P.C.F.T.C.D.等,则提出了采用遗传算法的智能型配电网规划与优化控制理论。这些研究成果对于推动我国的电力自动化发展起到了积极的作用。
三、数字化变电站中电气二次设计
（一）变电站中电气二次设计中的问题
变电站中电气二次设计是电力系统中的重要环节，它涉及到变电站的保护、控制、监测等方面。然而，随着电力系统的不断发展和变化，电气二次设计也面临着一些问题。下面是几个需要解决的问题：
1. 软件系统不兼容：现在，变电站中的电气二次系统已经越来越多地采用软件系统，如SCADA、PLC等。但不同系统之间的兼容性仍然是一个问题。兼容性不良会导致数据无法共享，从而影响到变电站的正常运行。
2. 设计不规范：电气二次设计的规范化程度很重要。如果设计不规范，会导致设备之间的匹配问题，甚至会影响到设备的寿命。因此，需要加强对电气二次设计的规范化程度的重视。
3. 系统的可靠性不足：电气二次系统的可靠性是保证变电站正常运行的关键因素之一。但现在许多电气二次系统还存在稳定性、可靠性不足的问题，需要加强对系统运行的监测和调试。
4. 人员技术水平不足：电气二次系统的设计和运行需要专业的技术人员进行操作。但是，目前很多变电站的技术人员技术水平有限，需要加强技能培训和人才引进。
5. 设备更新不及时：电气二次系统的更新换代也是非常重要的。但是，很多变电站的设备更新不及时，导致旧设备技术水平落后，不能满足电力系统的需要。
（二）数字化变电站中电气二次设计中注意事项
电气二次设计的目的是保证数字化变电站的安全、可靠、高效运行，同时满足电力供应的需求。在进行电气二次设计时，需要考虑以下几个方面：
1.合理布置：变电站中的二次设备应根据实际情况合理布置，避免设备间的相互干扰。
2.信号传输：在设计中应充分考虑信号传输的可靠性和稳定性，避免信号干扰和传输误差。
3.保护系统：保护系统是变电站的关键部分，设计时应根据实际情况进行合理选择和配置，确保保护系统的可靠性和鲁棒性。
4.通讯系统：通讯系统是变电站的重要组成部分，设计时应考虑通讯协议的兼容性和稳定性，
以实现数据的实时传输和处理。
5.电缆维护：电缆是变电站中电气二次设备的重要传输介质，设计时应考虑电缆的选择和布线，以便于后期的维护和更新。
6.接地系统：变电站的接地系统是保证电气安全的重要保障，设计时应根据实际情况进行合理的选择和配置。
7.灯光系统：灯光系统是变电站的重要组成部分，设计时应充分考虑灯光的照明效果和节能性，以提高变电站的整体工作效率和运行成本的节约。
8.系统测试：变电站中电气二次系统设计完成后，应进行充分的系统测试，以保证系统的可靠性和稳定性，并及时进行修改和优化。
（三）数字化变电站电气二次设计的目的和任务
白浩变电站在运行过程中,由于负荷的不断变化,以及设备故障等原因,使系统电压、电流等参数经常发生波动,为了稳定系统运行及保证安全经济地运行,必须根据系统的要求对变电站进行电
气二次设计,即对一次设备和二次设备进行合理配置和布置,使整个系统具有合理的结构,达到稳定的目的。
（四）数字化变电站电气二次设计的基本原则
1、安全性:在电力系统中,人身安全始终是第一位的。因此,在电力系统中,应采取各种措施,确保工作人员的安全。例如,采用双母线接线方式,防止因单相接地造成大面积停电事故;设置备用电源或备用容量;采用自动重合闸装置,当主变压器出线发生接地时,能自动切除故障线路;设置过流保护和速断保护,当发生过载或短路故障时,能快速切除故障;采用防误闭锁,避免误操作;设置绝缘监视装置,防止带电合闸;等等。
2、经济性:为满足电网运行的可靠性和经济性的要求,需要对一次设备和二次设备进行优化选择,提高其效率。例如,选用高效率高损耗的电器,如断路器;选择适当的控制方案,降低控制设备的投入;选用节能型电机,减少无功损耗;合理安排各部分之间的联系,尽量缩短路径,以节省能量;利用计算机辅助设计(CAPP)等手段,优化设计方案,等等。
（五）数字化变电站电气二次设计的具体内容
变电站电气二次设计包括以下几方面内容:
1.对一次设备的选配:根据供电系统的技术要求和当地实际情况,按照一定的原则,确定一次设备的类型,然后结合现场条件,考虑主要的一次设备,再确定其他次要的次要的设备,最后选定所需的一次材料。
2.对继电保护及测量仪表的设计:继保的选择,一般应满足如下要求:
(1)在正常运行条件下,能够实现全站范围的动作;
(2)具备较完善的信号显示,便于值班人员掌握;
(3)具备较强的抗干扰能力;
(4)具备较高的自动化水平;
(5)适应于无人值守。
（六）数字化变电站中电气二次设计的意义
数字化变电站二次设计是指利用计算机辅助技术对变电站进行整体规划、系统分析、方案优化和详细设计,实现全站信息集成,提高变电所运行效率,降低工程成本。数字化变电站的总体目标是通过数字化的手段,实现全站信息集成,提高变电所运行效率,降低工程成本。具体来说,就是要通过建立统一的设备模型,将分散在现场的各种设备连接起来,形成完整的信息网络,为整个电网提供全面可靠的数据服务。
1.全站信息集成。所谓全站信息集成,就是将各子系统的数据统一到一次主接线中,使各子系统能够相互协调地工作,从而减少由于不同厂家或不同产品之间的接口问题带来的麻烦。例如,某厂区内的35千伏开关柜共有6台,每台柜内安装有2个断路器、2个隔离开关,每个断路器分别对应一个负荷侧回路。如果采用传统方法来进行二次设计,就需要分别计算各个回路中的电流值,再按照不同的电压等级,选择合适的断路器。这样一来,不仅工作量很大,而且容易出错。而采用数字化技术后,只需根据一次主接线,就可以自动计算出所有设备的电流值,然后按照相应的电压等级,自动选择相应的产品。这样一来,不但减少了工作量,而且提高了工作效率。
2. 故障定位及保护配置。目前,大多数常规的继保方式都是基于模拟量信号来实现的,因此,当发生故障时,需要人工去判断故障点,然后进行隔离,最后切除故障线路。而在数字化的基础上,可以自动完成这些工作,从而大大缩短了抢修时间。
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