浅谈变电站电气二次系统设计

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摘要：近几年来由于继电保护和直流系统二次设计的不精细、不完善且安装调试阶段未被发现的隐患造成的电力系统稳定破坏和重要设备损坏事故时有发生。本文主要分析电气主结线的可靠性定量指标，完成电气结线的选型工作，进而为变电站电气系统的二次设计提供基础设计方案。

关键词：变电站；二次系统；电气主结线；计算 前言 变电站二次系统是整个变电站控制和监视的神经系统，二次回路是否合理可靠，直接关系到整个变电站乃至系统能否安全可靠运行。从国内外的事故经验分析来看，酿成系统事故的根本原因往往在回路上，有的是由回路本身有缺陷造成；有的是因为系统故障时，因回路原因不能及时切除故障造成。因此，变电站二次和保护回路的合理性和正确性有着至关重要的作用。 1变电站主结线电气计算设计 1.1可靠性定量指标计算式电气主结线可视为由可修复元件组成的系统，有2个工作状态：正常与故障，按两态马尔柯夫过程，可得出以下近似算式：fc=Σλji（1）式中：fc———主结线系统事故导致主变压器停运事件发生的频次，次/a；λji———相关结线元件故障率（i=1，2，……n）。1.2其他相关计算式主结线故障元件强迫停运时间Tjgi：Tjgi=fcTcg（2）无备用电源自动投入装置的事故限电量△Akqi：△Akqi=Sqin1Tkqi（3）有备用电源自动投入装置的事故限电量△Akqi：△Akqi=（Sqizn1-Syn2）（4）Tkqi限电经济损失△U：△U=△AkqiK（5）式中：Tcg———故障元件的修复时间，h/次；Sqi———事故停运主变的容量，万kVA；z———主变负载率，%；n1———同时事故停运的主变台数；Sy，n2———分别为仍在运行的主变热备容量及台数，万kVA；Tkqi———主变事故强迫停运的时间，h，若经切换操作可恢复供电时，它等于判明事故及处理事故的时间，取1h；若需等待故障元件修复，才恢复供电，则Tkqi=Tjqi；K———单位电度损失计算系数，若按限电减少的国民纯收入计，根据研究资料取1.5元/kWh，若按停电综合损失计，参考国外资料取10～30倍电价。因此,在选择主结线时，一定要根据上面的可靠性定量指标，经过计算之后，才可以确定主结线。 2结线方案的比较 上文已经确定了重点研究的两种结线方案，并且已经给出了选择结线的可靠性定量指标的计算方法，下面，重点从经济性的角度对两种结线方案进行比较，以完成结线的选型工作。忽略时间的影响因素，经济性的计算式为：Z=（CΣ+△UΣ）+XtTz（6）式中：Z———年计算费用，万元；CΣ———年生产费用，万元，取投资的5%；△UΣ———年平均停电事故损失，万元，它等于平均年事故限电量乘单位电度损失计算系数K；Xt———年投资积压损失系数，取10%；Tz———总投资，万元，包括设备、建安工程、占地补偿费。经上述计算式分析可以发现，Ⅰ型方案在设备安装费、工程占地费等方面较少，因而经济性较高，相对于Ⅱ型，Ⅰ型方案更适合于一般的小型水电站的开关站的设计选择。从经济性的角度出发，对上文的两种结线方案进行了比较，一般而言，可以选择Ⅰ型方案，布置方案投资最省，在按国民纯收入减少或10倍电价计算停电损失时，年计算费用不高，是一种值得提倡的布置类型。当然，也要因地制宜，根据工程现场的实际情况，结合经济性、技术性综合考虑，合理的选择主结线方案。如图所示，电气主结线为：1、2号和3、4号机组分别经发电机断路器和单相变压器（规格视具体应用而定），再经500kVSF6管道母线连接成2个联合单元后，各经1回500kV电缆接入SF6全封闭组合电器（GIS），从而形成不同规格的电气应用单元，具体规格需要视具体应用而定；5、6号机组分别与1台特殊三相变压器（规格视具体应用而定）各接成1组发-变组单元，再经110kVSF6管道母线、110kV电缆接入SF6全封闭组合电器（GIS）。在110kVGIS和500kVGIS间设1组联络变压器（规格视具体应用而定）。500kV侧采用1倍半结线，110kV侧采用双母线结线。3控制方式传统大中型变电站采用强电一对一控制方式，这种控制方式得到了广泛的应用。90年代中期，在传统变电站控制系统的基础上进行有益的改进，如选用码赛克控制屏，装设微机型闪光报警器，选用进口或合资厂强电小开关等，改进后的控制系统虽然在性能上优于老式系统，但从根本上没有大的改进。随计算机及网络技术发展，微机监控方式在大中型变电站中开始应用。初期的应用，由于计算机监控尚处于试验探索阶段，设计、运行单位对其不大放心，往往是常规控制和计算机监控2种方式并存，这样做的结果是，由于保留了常规控制设备，运行人员不去钻研新设备，仍使用较熟悉的常规控制方式，使计算机监控系统变成了变电站中的摆设。随着计算机及网络通信技术飞速发展，伴随设计制造、运行部门认识提高和经验积累，对于变电站，尤其是大型变电站，应当广泛采用计算机监控方式。通过工业以太网络实现远程对电气二次系统的各个设备的工况进行监控，建立远程报警和干预机制，能够对于各种突发事故进行有效的干预和报警，真正的实现了计算机网络化管理监控的优势。 4与一次设备的连接问题 电气二次系统的设备与一次设备之间的连接问题，也是值得电气工程人员充分重视的问题，常常有因为连接不当或是连接错误而导致一些重大事故的发生。在一些高压断路器的机构内，常常带有电气防跳回路，而这个并联防跳回路与微机保护回路是相冲突的。接上后，会出现微机保护的跳位、合闸监视灯同时亮的情况，因此，必须将机构防跳回路断开，防跳功能由微机保护装置实现。综合自动化变电站中的电气主设备往往也是高档次的，GIS设备经常被采用，GIS主结线设计的原则是简化结线，利用可靠性，取消可以节省的元件，以降低成本。电压互感器的隔离开关在运行中不起任何作用，在检修电压互感器TV或现场耐压试验时，用它来将电压互感器TV与主回路分开，对GIS来讲，没有必要将电压互感器TV与GIS分离检修与测量。 5结束语 综上所述，对于变电站的电气二次系统回路的优化改造设计，绝不仅仅限于以上分析的三个方面，其他需要考虑的细节还有很多，诸如继电器的布置、电缆的走线、测量仪表的安装等等。对变电站的电气二次系统的改造、优化设计，对其监控、测量和保护采用综合自动化系统，具有完善的功能，满足了电气设备的投运工况、运行管理、二次保护、通信调度等各种要求，同时也减少了安装的工作量，减少了屏位、电缆及工程初期投资，而且提高了系统运行的安全性和可靠性，更便于维护，实现减人增效,对于提高变电站电气系统的安全性及自动化水平有一定借鉴意义。 参考文献： [1]窦旭东.变电站自动化改造的若干问题[J].河北电力技术.2004（.2）：16~18. [2]李武周,申波,张少华.吐哈油田开关站优化设计方案[J].现代电子技术,2004（,17）：32~35.