變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問題及改造建議

范克洲

摘要:隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展并深入工業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)領(lǐng)域,同時(shí)由于越來越多、越來越大的工程開發(fā),迫切需要更為先進(jìn)和可靠的控制系統(tǒng)去操作日趨復(fù)雜的控制設(shè)備,由此便產(chǎn)生了當(dāng)代的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。文章通過分析研究變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在的一些問題,提出了合理改造變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的建議。

關(guān)鍵詞:變電站;綜合自動(dòng)化系統(tǒng);控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào):TM762文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)21-0183-02

變電站綜合自動(dòng)化是一項(xiàng)提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平,降低運(yùn)行維護(hù)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展,一方面綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng),已經(jīng)成為必然趨勢(shì);另一方面,保護(hù)本身也需要自檢查、故障錄波、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等更強(qiáng)健的功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),是電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。

一、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)存在的問題

變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備(包括測(cè)量?jī)x表、信號(hào)系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和遠(yuǎn)功裝置等)經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì),利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù),以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。因此,變電站綜合自動(dòng)化是自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息,利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷功能,可方便地監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化等特征。當(dāng)前我國大多數(shù)變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了供電的自動(dòng)化系統(tǒng),包括一些高壓開關(guān)設(shè)備的繼電保護(hù)設(shè)備也已經(jīng)使用了大量的微機(jī)保護(hù),部分設(shè)備完成了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的。不過由于種種原因,我國變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)還處在比較低級(jí)的水平,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:(1)傳統(tǒng)二次設(shè)備、繼電保護(hù)、自動(dòng)和遠(yuǎn)動(dòng)裝置等大多采取電磁型或小規(guī)模集成電路,缺乏自檢和自診斷能力,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低;(2)二次設(shè)備主要依賴大量電纜,通過觸點(diǎn)、模擬信號(hào)來交換信息,信息量小、靈活性差、可靠性低;(3)傳統(tǒng)變電站占地面積大、使用電纜多,電壓互感器、電流互感器負(fù)擔(dān)重,二次設(shè)備冗余配置多;(4)遠(yuǎn)動(dòng)功能不夠完善,提供給調(diào)度控制中心的信息量少、精度差,且變電站內(nèi)自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)手段不全,缺乏協(xié)調(diào)和配合力量,難以滿足電網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制的要求;(5)傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)中,各設(shè)備按設(shè)備功能配置,彼此之間相關(guān)性甚少,相互之間協(xié)調(diào)困難,需要值班人員比較多的干預(yù),難于適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)的控制要求。另外需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的試驗(yàn)和維修,即便如此,仍然存在設(shè)備故障(異常運(yùn)行)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象,甚至這種定期檢修也可能引起新的問題,發(fā)生和出現(xiàn)由試驗(yàn)人員過失引起的故障。

二、變電站綜合自動(dòng)化改造的設(shè)計(jì)思想

完整的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)除在各控制保護(hù)單元保留緊急手動(dòng)操作跳、合閘的手段外,其余的全部控制、監(jiān)視、測(cè)量和報(bào)警功能均可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來完成。變電站無需另設(shè)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備,監(jiān)控系統(tǒng)完全滿足遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)的功能以及無人值班之需要。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來看改造后的站內(nèi)系統(tǒng)需有以下特點(diǎn):(1)分布式設(shè)計(jì):系統(tǒng)采用模塊化、分布式開放結(jié)構(gòu),各控制保護(hù)功能均分布在開關(guān)柜或盡量靠近開關(guān)的控制保護(hù)柜上的控制保護(hù)單元,所有的控制、保護(hù)、測(cè)量、報(bào)警等信號(hào)均在就地單元內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號(hào)后經(jīng)光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī),各就地單元相互獨(dú)立,不相互影響;(2)集中式設(shè)計(jì):系統(tǒng)采用模塊化、集中式立柜結(jié)構(gòu),各控制保護(hù)功能均集中在專用的采集、控制保護(hù)柜,所有的控制、保護(hù)、測(cè)量、報(bào)警等信號(hào)均在采集、控制保護(hù)柜內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號(hào)后經(jīng)光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī);(3)簡(jiǎn)單可靠:由于用多功能繼電器替代了傳統(tǒng)的繼電器,可大大簡(jiǎn)化二次接線,分布式設(shè)計(jì)在開關(guān)柜與主控室之間接線,而集中式設(shè)計(jì)的接線也僅限于開關(guān)柜與主控室之間,其特點(diǎn)是開關(guān)柜內(nèi)接線簡(jiǎn)單,其余接線在采集、控制保護(hù)柜內(nèi)部完成;(4)可擴(kuò)展性:系統(tǒng)設(shè)計(jì)可考慮用戶今后變電站規(guī)模及功能擴(kuò)充的需要;(5)兼容性好:系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化之軟硬件組成,并配有標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口以及就地的I/0接口,用戶可按照自己的需要靈活配置,系統(tǒng)軟件也能容易適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的急速發(fā)展。

三、變電站綜合自動(dòng)化改造設(shè)計(jì)的措施

(一)微機(jī)保護(hù)的改造設(shè)計(jì)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用三層分布式結(jié)構(gòu),其關(guān)鍵的部位是間隔保護(hù)層,間隔保護(hù)層由綜合保護(hù)裝置組成,各個(gè)裝置獨(dú)立工作,對(duì)變電站的一次設(shè)備隔離故障、保護(hù)設(shè)備的重要作用。+++變電站自動(dòng)化改造的變電站有3個(gè)雙圈主變,對(duì)每臺(tái)主變配置一臺(tái)差動(dòng)主保護(hù)WPD-2501C和高壓側(cè)、低壓側(cè)后備保護(hù)WPD-251D各一臺(tái):主保護(hù)配置差動(dòng)速斷、二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù)、非電量保護(hù)、和CT斷線告警功能;后備保護(hù)配置三段復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù),每段一時(shí)限。變壓器保護(hù)的改造由原來的一種保護(hù)一個(gè)繼電器的做法,改變成為一個(gè)裝置具有多種保護(hù)功能,極大地改變了以前電磁式保護(hù)整定值不精確,保護(hù)啟動(dòng)不靈敏的現(xiàn)象。同時(shí)保護(hù)裝置數(shù)量的減少也節(jié)約了電纜的用量,減少了工程量、維護(hù)量,也減少因電纜引起的保護(hù)裝置的異常和故障現(xiàn)象。經(jīng)保護(hù)試驗(yàn),變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)不拒動(dòng)、不誤動(dòng),保護(hù)定值精確、保護(hù)啟動(dòng)靈敏,完全符合對(duì)變電站變壓器保護(hù)的要求。變壓器保護(hù)裝置在獨(dú)立完成對(duì)變壓器的保護(hù)功能外,裝置也由485總線形式接入變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),變壓器的異常信息、故障情況、變壓器高低壓側(cè)的斷路器分合情況以及變壓器高低壓側(cè)的電流、電壓、有功功率和無功功率等都能在綜自系統(tǒng)的上位機(jī)上及時(shí)準(zhǔn)確地顯示和記錄。

(二)監(jiān)控系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)

變電站監(jiān)控系統(tǒng)的改造是這次呂家坨礦+++變電站二次設(shè)備改造的重頭戲,也是這次變電站改造提高自動(dòng)化水平、增強(qiáng)變電站管理的信息化、現(xiàn)代化程度的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。整個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),其面向一次設(shè)備的間隔保護(hù)層全面采用既有保護(hù)功能、又有監(jiān)控和通信功能的保護(hù)測(cè)控裝置,裝置除具有保護(hù)功能外,還具有友好的人機(jī)界面,在裝置面板上有大屏幕液晶顯示,值班人員和維護(hù)人員可通過裝置面板上的按鍵查詢各條線路、電容器、變壓器、母線等的電量數(shù)據(jù)、運(yùn)行參數(shù)、告警信息、故障信息,也可在裝置上對(duì)各個(gè)斷路器進(jìn)行手工操作。間隔層的保護(hù)測(cè)控裝置以485總線形式與中間層的通信管理機(jī)相連,經(jīng)通信管理機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)傳至上位機(jī)系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)的基本功能包括:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、告警處理、控制操作、運(yùn)行記錄、人機(jī)聯(lián)系、制表打印、設(shè)備診斷和數(shù)據(jù)庫維護(hù)等。

(三)抗干擾的改造設(shè)計(jì)

變電站的二次設(shè)備安裝在變電站中,而變電站又是電力設(shè)備比較集中的地方,電磁干擾比較多,運(yùn)行于變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必然會(huì)受到來自不同設(shè)備的各種干擾,因此在設(shè)備中必須考慮抗干擾的措施。在這次改造中,我們考慮并加強(qiáng)了抗擊各種干擾的措施和電路,使裝置能抗擊4級(jí)靜電放電干擾、3級(jí)射頻電磁場(chǎng)輻射干擾、4級(jí)電快速瞬變脈沖群干擾、3級(jí)浪涌(沖擊)干擾、3級(jí)射頻場(chǎng)感應(yīng)的傳導(dǎo)干擾、5級(jí)工頻磁場(chǎng)抗干擾、5級(jí)脈沖磁場(chǎng)干擾、5級(jí)阻尼振蕩磁場(chǎng)干擾、4級(jí)振蕩波抗干擾;各輸入、輸出端子分別對(duì)地,交流回路和直流回路之間,交流電流回路和交流電壓回路之間,能承受5kV(峰值)的標(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊。同時(shí)診斷變電站直流電源波動(dòng)比較大的特點(diǎn),在綜合保護(hù)自動(dòng)化裝置的工作電源部分還加裝應(yīng)用了能吸收、緩解和釋放電源電壓波動(dòng)的電路及技術(shù),經(jīng)試驗(yàn)和一段時(shí)間的應(yīng)用,達(dá)到了預(yù)期的效果。

總之,變電站綜合自動(dòng)化對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化,提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平起到了很大的促進(jìn)作用,它將能大大加強(qiáng)電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性,對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。隨著技術(shù)的進(jìn)步和硬件軟件環(huán)境的改善,它的優(yōu)越性必將進(jìn)一步體現(xiàn)出來。

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