浅谈变电站电气二次系统设计
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摘要：随着电网技术的不断发展，电力市场的改革不断深入，电网运行的安全性、经济性、供电质量的要求等均不断在提高。变电站电气部分主要有两部分，即一次系统及二次系统，而其中的电气二次系统是对一次系统进行反映及控制的重要中枢系统，其作用非常重要。本文就针对变电站电气二次系统的设计展开讨论。
关键词：变电站；二次系统；设计
一、变电站主结线电气计算设计
电气的主结线从某种意义上而言是由可修复元件所构成的系统，其工作状态包括正常与故障两种，按照两态马尔柯夫过程可以得如下近似公式：
fc=Σλji
其中：fc为主变压器由于主结线系统事故而发生停运事故的频次
λji为结线元件的故障发生频率，其中i=1，2，……n
主结线故障元件强制停止的时间则由下式表示：
Tjqi=fcTcg
其中：Tjqi为主结线故障元件强制停止时间
Tcg为故障元件被修复的时间
无备用电源自动投入装置的事故限电量则由下式表示：
△Akqi=Sqin1Tkqi
其中：△Akqi为电源在无备用条件下自动投入装置的事故限电量
Sqi为事故停运主变的容量
Tkqi为主变事故强制停止运行时间
n1为同时事故停运的主变设备的数量
而有备用电源条件下自动投入装置的事故限电量则由下式表示：
△Akqi=（Sqizn1-Syn2）
其中：△Akqi为限电经济损失
n2为仍在运行主变设备台数
Sy为仍在运行主变设备的容量
主变事故强制停止运行时间Tkqi以内，限电的经济损失由下式表示：
△U=△AkqiK
其中：△U为在Tkqi时间内限电的经济损失
K为单位电度损失的计算系数
如果经过切换操作可以及时恢复供电时，它就等于判断事故和处理事故的时间，可以取1小时；如果故障元件的修复需要一段时间才可恢复供电，则Tkqi=Tjqi，而进行K的取值时，如果按照限电减少的国民纯收入进行计算，则按照相关资料取定值；如果按照停电的综合损失计算，则可以参考国外的相关资料，取十到三十倍的电价。所以在设计过程中选择主结线时，要按照上述的可靠性定量指标，经过相关计算才能最终确定。
二、结线方案比较
确定出重点研究的两种结线方案后，并且给出了计算结线选择可靠性的定量指标的方法，那么，就可以基于经济性的角度比较两种结线方案，从而最终确定出结线路选型。将时间的影响因素忽略不计，则经济性的计算公式可以表达如下式：
Z=（CΣ+△UΣ）+XtTz
其中：Z为年计算费用
CΣ为年生产费用，通常可以取投资总数的5%
△UΣ为年平均停电事故的损失，其通过平均年事故限电量与单位电度损失计算 系数的乘积计算出来。
Xt为年投资积压的损失系统数，可以取10%
Tz为总投资，其主要内容包括设备、工程以及占地补偿的费用等等。
通过上式可以发现，如果按照上述提到了按照限电减少国民纯收入进行计算，其在设备的安装及工程占地费用方面的投资比较小，所以具备比较高的经济性；与以停电的综合损失进行计算的方案相比，前者更适用于小型的水电站开关站设计。由此可见，基于经济角度考虑，按照国民纯收入减少或者十倍电价进行停电损失的计算时，年计算的费用比较低，具有较强的推广意义。不过在实际设计过程中，要与实际情况相结合，按照现场的情况，综合经济性及技术性等各方面的因素，选择出合理的主结线方案。
三、控制方法
传统的大中型变电站的控制方式都是强电一对一的模式，这种控制方法的应用十分广泛。在上个世界九十年代中期，该技术得到进一步的改进，比如采用马赛克控制屏，或者加设微机型闪光报警器以及选择强电小开关等等，不过虽然控制系统得到改进后性能有所提高，但是仍未从根本上进行改善。而随着计算机网络技术的不断发展，微机控制的模式开始广泛应用于各种大、中型变电站。利用工业以太网技术可以对电气二次系统中设备的工况进行远程实时监控，并建立相应的远程报警机制及干预机制，从而对各种突发事故进行有效的报警、干预，将计算机远程监控系统的优势充分的发挥出来。
四、与一次设备的连接
在电气二次系统的实际运行过程中，有很多问题是由于二次设备与一次设备的连接不当或者连接错误造成的，因此，二次系统设备和一次系统的连接也要引起工程人员的重视。在一些高压断路器中，通常会设置相应的电气防跳回路，不过这个并联防跳回路和微机保护回路是互相矛盾的，如果接上电气防跳回路则造成微机保护的跳位，或者合闸监视灯同时亮起等问题，因此要断开机构内的防跳回路，改由微机保护装置进行防跳保护。此外变电站中的电气主设备均为高层次、高性能、高成本的设备，要尽量减少设备的投资成本，比如GIS为系统中常用的设备，为了降低成本，在主结线设计时就要尽量遵循简化结线的原则，提升其可靠性，一些元器件能省则省，尽量控制投资成本。而电压互感器的隔离开关在运行过程中几乎没有什么作用，在对电压互感器进行检修或者进行现场的耐压试验时，可以用它分开电压互感器和主回路，因此对于GIS而言，就没有必要再进行电压互感器的分离检修及测量。
五、其它注意事项
（一）主变保护设计的注意事项
1、主变差动保护动作条件不充分会造成故障
这主要是因为在投产时，在安装电流互感器时，其安装位置出现偏差，导致断路器未包含在差动保护的范围内，按照反措要求，差动保护电流一定要取自开关和母线刀闸间的电流互感器，所以在设计主变保护时，要尤其注意这一点。可以将四组电流互感器设置在主变低压侧，两组位于开关和母线刀闸之间，进行差动保护及第一套后备保护；其它两组则设置于开关和主变侧刀闸之间，可以进行测量计量及第二套后备保护。
2、复合电压的灵敏度
电流后备保护要经过各侧复合电压组成的或门开放后，即只有一侧的复合电压继电器动作也要将电流的后保护开放。但是一些厂家的装置只选择高压侧的复合电压，因此造成事故的进一步扩大。因此在设计主变保护过程中，要保证电流后备保护一定要经过各侧复合电压所组成的或门开放后，并且各侧复合电压要可以经过硬压板或者软压板投退。
（二）二次电缆的设计注意事项
在设计二次回路中，首先要考虑出现异常时，外界因素对保护装置的影响和保护装置的抗干扰能力。二次回路分为强电及弱电，所谓强电是指直流110V及220V的回路，弱电则是指直流低于24V的回路。如果弱电回路中有强电传入则会给电路造成致命的损毁。此外，很多装置出于提高抗干扰能力的考虑都会设置电容，特别是直流电源回路，有非常可观的等效电容，这些条件使得直流回路被交流回路入侵成为可能。所以为了防止这些情况的发生，在二次电缆的设计过程中要采取相应的措施：首先，强、弱电和交、直流不可用一根电缆，在保护的交、直流电源入口处要设置干扰电容；保护设备的电流以及电压、信号引入线等等要选择屏蔽电缆；此外，各相电流及电压和其中性线要分别设在同一电缆中。
（三）其它注意事项
在操作电压互感器的过程中存在一定的危险性，可能会由于铁磁谐振等原因而造成操作过电压，使得电压互感器受到损坏，甚至有爆炸的可能。为了防止其对于人员造成人身伤害，在设计110KV以上的电压互感器刀闸时，要设计为远方电动操作的形式。主变各侧电流的互感器保护绕组的准确级要保持一致性。主变的差动保护要接入各侧的电流，主变的各侧电流互感器保护绕组的准确级要保持一致性，以避免在发生区外故障时差流值最小。此外，在设计说明中针对自投功能的描述要加上相关的延时要求。
总之，二次回路在整个变电站甚至整个电网系统中占据着重要的地位，其直接影响着变电站及系统运行的安全性及可靠性，因此变电站的二次系统设计的合理性及正确性至为重要。
参考文献：
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