變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的研究及應(yīng)用

羅紅

【摘 要】隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)化水平的不斷提高，變電站自動(dòng)化已成為電力企業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向。它能提高變電站的運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，安全可靠性高，能真正實(shí)現(xiàn)減人增效目的。

【關(guān)鍵詞】變電站；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；應(yīng)用

1.前言

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是指利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄播、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。

2.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測(cè)等功能，后臺(tái)機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。此類結(jié)構(gòu)對(duì)監(jiān)控主機(jī)的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性等方面較差，抗干擾能力不強(qiáng)，該結(jié)構(gòu)在早期自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用較多，目前國(guó)內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式。

2.2分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。按變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能分布的多臺(tái)計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。其結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是采用主、從CPU協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分散給多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。各功能模塊（通常是多個(gè)CPU）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。其結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自問世以來(lái)，顯示出強(qiáng)大的生命力。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。

2.3分散（層）分布式結(jié)構(gòu)。分散（層）分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計(jì)。所謂面向?qū)ο螅褪敲嫦螂姎庖淮位芈吩O(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元（I/O單元）和保護(hù)單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機(jī)通信。目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在自動(dòng)化系統(tǒng)中較為流行，主要原因是：①現(xiàn)在的IED設(shè)備大多是按面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的，如專門的線路保護(hù)單元、主變保護(hù)單元、小電流接地選線單元等，雖然有將所有保護(hù)功能綜合為一體的趨勢(shì)，但具體在保護(hù)安裝接線中仍是面向?qū)ο蟮?；②利用了現(xiàn)場(chǎng)總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，省去了大量二次接線，控制設(shè)備之間僅通過(guò)雙絞線或光纖連接，設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴(kuò)建也很簡(jiǎn)單，成本低，運(yùn)行維護(hù)方便；③系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡(luò)魯棒性強(qiáng)，不依賴于通信網(wǎng)和主機(jī)，主機(jī)或1臺(tái)IED設(shè)備損壞并不影響其它設(shè)備的正常工作，運(yùn)行可靠性有保證。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是功能分散，管理集中。分散（層）分布有兩層含義：其一，對(duì)于中低壓電壓等級(jí)，無(wú)論是I/O單元還是保護(hù)單元皆可安裝在相應(yīng)間隔的開關(guān)盤柜上，形成地理上的分散分布，其二，對(duì)于110kV及以上的電壓等級(jí)，即使無(wú)法把間隔單元裝在相應(yīng)的開關(guān)柜上，也應(yīng)集中組屏，在屏柜上明確區(qū)分相應(yīng)間隔對(duì)應(yīng)的單元，在物理結(jié)構(gòu)上相對(duì)獨(dú)立，以方便各間隔單元相應(yīng)的操作和維護(hù)。

3.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能

3.1微機(jī)保護(hù)。是對(duì)站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)，電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動(dòng)裝置。各類保護(hù)實(shí)現(xiàn)故障記錄、存儲(chǔ)多套定值、適合當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ档裙δ堋?/p>

3.2數(shù)據(jù)采集。①狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號(hào)及變電站一次設(shè)備告警信號(hào)等。目前這些信號(hào)大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過(guò)通信方式獲得。保護(hù)動(dòng)作信號(hào)則采用串行口（RS-232或RS485）或計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)通過(guò)通信方式獲得；②模擬量采集：常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要；③脈沖量：脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)脈沖個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電能測(cè)量。

3.3事件記錄和故障錄波測(cè)距。事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動(dòng)作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。其SOE分辨率一般在1～10ms之間，以滿足不同電壓等級(jí)對(duì)SOE的要求。變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測(cè)距計(jì)算，再將數(shù)字化的波型及測(cè)距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)和分析。

3.4控制和操作閉鎖。操作人員可通過(guò)CRT屏幕對(duì)斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時(shí)無(wú)法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)具有以下內(nèi)容：①電腦五防及閉鎖系統(tǒng)；②根據(jù)實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)斷路器，刀閘的操作閉鎖功能；③操作出口應(yīng)具有同時(shí)操作閉鎖功能；④操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能。

3.5同期檢測(cè)和同期合閘。該功能可以分為手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式實(shí)現(xiàn)?？蛇x擇獨(dú)立的同期設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可以由微機(jī)保護(hù)軟件模塊實(shí)現(xiàn)。

3.6電壓和無(wú)功的就地控制。無(wú)功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機(jī)等方式實(shí)現(xiàn)。操作方式可手動(dòng)可自動(dòng)，人工操作可就地控制或遠(yuǎn)方控制。無(wú)功控制可由專門的無(wú)功控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)裝置測(cè)量的電壓，無(wú)功和變壓器抽頭信號(hào)通過(guò)專用軟件實(shí)現(xiàn)。

3.7數(shù)據(jù)處理和記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級(jí)調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：①斷路器動(dòng)作次數(shù)；②斷路器切除故障時(shí)截?cái)嗳萘亢吞l操作次數(shù)的累計(jì)數(shù)；③輸電線路的有功、無(wú)功，變壓器的有功、無(wú)功、母線電壓定時(shí)記錄的最大，最小值及其時(shí)間；④獨(dú)立負(fù)荷有功、無(wú)功，每天的峰谷值及其時(shí)間；⑤控制操作及修改整定值的記錄，根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動(dòng)操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。

3.8系統(tǒng)的自診斷功能。系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。變電站綜合自動(dòng)化是一項(xiàng)提高變電站安全穩(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。

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