傳統(tǒng)變電所自動(dòng)化系統(tǒng)改造

張寧夏豫泉

摘要：目前，傳統(tǒng)變電所仍使用老式設(shè)備，這些設(shè)備普遍采用電磁型機(jī)構(gòu)，繼電器采樣精度差，功能匱乏，動(dòng)作可靠性、靈敏性都相對(duì)較低。文章重點(diǎn)從變電所自動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀著手進(jìn)行了分析，闡述了系統(tǒng)改造的必要性，并給出了系統(tǒng)改造技術(shù)方案。

關(guān)鍵詞：變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；二次控制設(shè)備；標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

中圖分類(lèi)號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2012）13-0103-03

1變電所自動(dòng)化系統(tǒng)改造的必要性

1.1傳統(tǒng)變電所的弊端

目前企業(yè)中仍舊存在大量使用老式設(shè)備的傳統(tǒng)變電所，這些變電所內(nèi)的設(shè)備無(wú)論一次還是二次設(shè)備，普遍采用的還是電磁型機(jī)構(gòu)，繼電器采樣精度差，功能匱乏，動(dòng)作可靠性、靈敏性都相對(duì)較低。這些因素直接或者間接地導(dǎo)致整個(gè)變電所運(yùn)行可靠性下降，企業(yè)生產(chǎn)能力增強(qiáng)，必然增加負(fù)荷用電量，傳統(tǒng)變電所的工作模式，早已不能適應(yīng)生產(chǎn)運(yùn)行的需求。問(wèn)題歸納如下：

第一，變電所一次、二次設(shè)備為傳統(tǒng)機(jī)械式、電磁式機(jī)構(gòu)，功能簡(jiǎn)單，可靠性、靈敏性差，不具備微機(jī)運(yùn)算功能。

第二，傳統(tǒng)變電所由于設(shè)備功能局限，無(wú)法對(duì)設(shè)備運(yùn)行的遙測(cè)、遙信、遙控等信息實(shí)時(shí)采集，更談不上通過(guò)微機(jī)運(yùn)算處理，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行做出實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的自動(dòng)調(diào)節(jié)，只能依靠人工巡檢、抄表、分析做出決定，工作效率低下。

第三，企業(yè)為了適應(yīng)市場(chǎng)需求，必須不斷地發(fā)展壯大自己，這必然導(dǎo)致企業(yè)電力系統(tǒng)不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，面對(duì)如此龐大、復(fù)雜的用電系統(tǒng)，傳統(tǒng)變電所的運(yùn)行控制模式根本無(wú)法滿(mǎn)足要求，結(jié)果必然導(dǎo)致系統(tǒng)故障頻發(fā)，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重的安全威脅。

第四，傳統(tǒng)設(shè)備材料技術(shù)工藝差，多數(shù)已經(jīng)超年限使用，老化嚴(yán)重，各部件易受到周?chē)h(huán)境的影響，出現(xiàn)誤差，造成設(shè)備精度下降，從而增加故障幾率和人員工作量。

1.2變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

第一，設(shè)備具備微機(jī)運(yùn)算、處理功能，能夠?qū)Σ杉倪b測(cè)、遙信、遙控等參數(shù)按照系統(tǒng)運(yùn)行要求自動(dòng)進(jìn)行運(yùn)算、處理、存儲(chǔ)、傳輸?shù)裙ぷ?，從本質(zhì)上改變傳統(tǒng)變電所設(shè)備簡(jiǎn)單、原始的工作模式。

第二，由于采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，關(guān)鍵部件采用技術(shù)先進(jìn)的大型集成電路模塊，設(shè)備采集精度、運(yùn)算速度、可靠性、靈敏性等都非常高，提高了設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

第三，采用微機(jī)控制系統(tǒng)后，通過(guò)編程，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的控制、保護(hù)功能，這有利于運(yùn)行人員采用靈活多樣的方式來(lái)解決各種實(shí)際問(wèn)題。而這種功能對(duì)于傳統(tǒng)變電所來(lái)說(shuō)是難以實(shí)現(xiàn)的。

第四，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守變電所。

1.3變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展前景

目前變電所自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展并非完全實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”，同時(shí)按照IEC61850的設(shè)計(jì)構(gòu)想，變電所自動(dòng)化結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)格按照中央控制層、網(wǎng)絡(luò)層、間隔層來(lái)劃分，技術(shù)還不夠成熟，間隔層設(shè)備還不能達(dá)到IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的要求，普遍存在一側(cè)設(shè)備不具備間隔層控制功能的現(xiàn)象。具體包括以下幾點(diǎn)：

（1）設(shè)備的控制模式由集中控制向分散控制過(guò)度；（2）微機(jī)運(yùn)算功能更加強(qiáng)大；（3）實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)據(jù)共享；（4）各國(guó)各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)趨于統(tǒng)一。

2變電所自動(dòng)化系統(tǒng)的改造

在分析了傳統(tǒng)變電所存在的種種弊端后，為了提高變電所綜合運(yùn)行管理水平，目前傳統(tǒng)變電所進(jìn)行全面升級(jí)改造勢(shì)在必行，要從軟件、硬件等方面全面提升變電所的自動(dòng)化監(jiān)控能力，只有變電所的運(yùn)行、控制水平才能和企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展相匹配，才不會(huì)成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。

2.1升級(jí)改造應(yīng)遵循的原則

第一，二次控制設(shè)備，在改造后，原有的傳統(tǒng)電磁式、磁電式繼電器應(yīng)能夠被具有運(yùn)算、處理功能的微機(jī)綜合保護(hù)控制繼電器所取代。

第二，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，改造后的變電所應(yīng)具備三層控制系統(tǒng)，間隔層設(shè)備的功能應(yīng)具備獨(dú)立性，必要時(shí)可以和中央控制層完全脫離。

第三，間隔層設(shè)備應(yīng)具備向中央控制層傳輸遙測(cè)、遙信、遙控信息的功能，必要時(shí)，能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)對(duì)保護(hù)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行修改。

第四，改造后的變電所完全實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

第五，變電所往往處于電磁干擾大、灰塵大、溫差大的惡劣環(huán)境，自動(dòng)化設(shè)備必須能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，具有良好的抗干擾能力。

第六，按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的要求，三層設(shè)備必須具備可擴(kuò)展的能力。

2.2系統(tǒng)改造方案

2.2.1自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)時(shí)時(shí)目前最為先進(jìn)、完整的變電所自動(dòng)化標(biāo)準(zhǔn)，其功能非常強(qiáng)大，涉及的面也很廣，但由于其過(guò)于復(fù)雜，且使用時(shí)間較短，造成很多變電所自動(dòng)化設(shè)備生產(chǎn)廠家的設(shè)備不完全支持該標(biāo)準(zhǔn)，其統(tǒng)一性還沒(méi)有得到全面的執(zhí)行，各個(gè)廠家多仍按照自己的標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)、生產(chǎn)設(shè)備，如果在變電所自動(dòng)化系統(tǒng)改造過(guò)程中，選用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，那么設(shè)備之間的通信就必須通過(guò)加裝專(zhuān)門(mén)的協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備才能完成，這不僅增加了成本，還加大了故障隱患幾率，不便于維護(hù)管理，因此，在改造的過(guò)程中，不采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，而使用目前在變電所自動(dòng)化系統(tǒng)中使用較為成熟的IEC103標(biāo)準(zhǔn)。IEC103標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，使用技術(shù)成熟，各類(lèi)設(shè)備廠家設(shè)備均支持該標(biāo)準(zhǔn)，使用維護(hù)都極為方便。因此，決定選用IEC103標(biāo)準(zhǔn)作為變電所自動(dòng)化系統(tǒng)改造的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

選定IEC103標(biāo)準(zhǔn)作為系統(tǒng)改造的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，那么按照標(biāo)準(zhǔn)要求，變電所內(nèi)的設(shè)備必須按照站控層、間隔層、過(guò)程層三層模式進(jìn)行構(gòu)建。站控層相當(dāng)于中央控制層，由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器、數(shù)據(jù)發(fā)布服務(wù)器等設(shè)備組成，具體負(fù)責(zé)按照程序設(shè)計(jì)要求，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙控信息進(jìn)行運(yùn)算、處理，做出反饋應(yīng)答，并按照事先編制好的程序進(jìn)行命令的下達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)、排除系統(tǒng)故障點(diǎn)的功能。間隔層由微機(jī)綜合保護(hù)控制繼電器、可變程序控制器、變頻器等組成，負(fù)責(zé)對(duì)底層設(shè)備的事實(shí)遙測(cè)、遙信信息進(jìn)行采集、匯總，同時(shí)，間隔層設(shè)備也具備對(duì)這些信息進(jìn)行運(yùn)算、處理的能力，要求能夠獨(dú)立控制保護(hù)底層設(shè)備，在脫離站空層的情況下，也能獨(dú)立完成各項(xiàng)控制、保護(hù)功能。過(guò)程層由各類(lèi)傳感器、變換器組成，諸如電子式互感器、電磁式互感器、光纖傳感裝置以及現(xiàn)場(chǎng)的底層一側(cè)設(shè)備。

總體的結(jié)構(gòu)確定后，為了保證系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中安全可靠，將站控層、間隔層設(shè)備盡可能地采用雙機(jī)雙網(wǎng)冗余的模式構(gòu)成。而各層之間的通信，為了減小現(xiàn)場(chǎng)各種干擾源的干擾，采用光纜作為通信介質(zhì)。系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)圖1所示：

2.2.2多個(gè)變電所整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

企業(yè)中的變電所一般有多座，中央變電所、分變電所按照生產(chǎn)裝置的分布而分布在不同的地點(diǎn)，雖然地域有差異，但變電所之間存在電氣負(fù)荷的聯(lián)系，變電所自身出現(xiàn)的問(wèn)題不僅僅影響變電所內(nèi)部設(shè)備，還會(huì)波及到相關(guān)的其他變電所，因此，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是一個(gè)全局整體的系統(tǒng)，將中央變電所、分變電所運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享、匯總后進(jìn)行統(tǒng)一的運(yùn)算、處理，只有這樣，變電所自動(dòng)化系統(tǒng)才能算完善，因此，有必要對(duì)整體進(jìn)行變電所自動(dòng)化系統(tǒng)改造。圖2是構(gòu)建多座變電所自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，圖中采用三層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)（VLAN）技術(shù)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化配置，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體管理。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示：

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)變電所進(jìn)行自動(dòng)化系統(tǒng)改造后，從根本上改變了變電所的運(yùn)行、控制方式，由原來(lái)的人工手動(dòng)機(jī)械式控制，改變?yōu)闊o(wú)人值守微機(jī)自動(dòng)控制，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)的飛躍，從整體上提高了變電所的安全供電可靠性，大幅度提高了供電質(zhì)量，提高人員工作效率，為企業(yè)的不斷發(fā)展壯大提供強(qiáng)有力的動(dòng)力保障。

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作者簡(jiǎn)介：張寧（1984-），男，甘肅蘭州人，中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司助理工程師，研究方向：繼電保護(hù)；夏豫泉（1983-），男（回族），北京人，中國(guó)石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司繼電保護(hù)電工中級(jí)工，研究方向：繼電保護(hù)。

（責(zé)任編輯：劉艷）