變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及問題分析

【摘要】現(xiàn)代社會的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)的興起，對于電力資源的消耗量極大，國家對于電力事業(yè)的重視程度越來越深，變電站建設(shè)工程成為了現(xiàn)代極為普遍的建設(shè)項(xiàng)目之一，其屬于現(xiàn)代電網(wǎng)系統(tǒng)中極為重要的構(gòu)成部分之一，其為用戶的用電提供了保障?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，變電站在逐步走上自動化智能化，其自動化系統(tǒng)的情況則直接關(guān)系到變電站安全穩(wěn)定的運(yùn)行，對變電站的設(shè)計(jì)也需要十分慎重。本文簡單的說明了現(xiàn)代變電站自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，包括過程層、間隔層、所控層，闡述了自動化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括上位機(jī)通信接口設(shè)計(jì)、多路開關(guān)、信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)、上位機(jī)通信接口設(shè)計(jì)、多路開關(guān)、信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，并分析了其中存在的問題，為從事變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員提供一定的參考與借鑒。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)建設(shè)；變電站；自動化系統(tǒng)；硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；問題；研究

前言

現(xiàn)代社會對于電力資源的需求量不斷提升，需要電力系統(tǒng)具有更大的輸電容量，電力系統(tǒng)的良好的社會環(huán)境中得到了長足的發(fā)展，而社會對電力資源需求量的變化，使得電網(wǎng)的情況發(fā)生了較大的變化，包括電網(wǎng)的覆蓋率提升、結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、接入的各種設(shè)備上數(shù)量多、種類繁雜等，對于其自動化系統(tǒng)提出了更高的要求?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟等，使得變電站逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣踊⒅悄芑?。為活動提供?zhǔn)確、可靠的信息，也恩能夠夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)督和管理，減少了人員的投入，減輕了工作量，也能夠有效的保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運(yùn)行，對于變電站自動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究與探討是十分有必要的。

1.變電站自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

高電壓及以上的輸配電自動化變電站中，其各個(gè)構(gòu)成要素自動裝置的I/O單元均均具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，包括保護(hù)裝置、測控單元裝置、故障錄波裝置等，以此作為智能化設(shè)備的一部分。如果是中低壓系統(tǒng)變電站，其繼電保護(hù)裝置、測控裝置等均十分小巧緊湊，并被完整的放置于開關(guān)柜內(nèi)部，達(dá)到變電站一體化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。根據(jù)其結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，可以將其分為三個(gè)不同的層次，包括過程層、間隔層、所控層，三者的特點(diǎn)、性質(zhì)等均有較大的區(qū)別，具體情況如下：①過程層 過程層屬于一次設(shè)備和二次設(shè)備的連接面，即變電站中智能化設(shè)備的智能化部分；②間隔層 間隔層主要是能夠?qū)⑦M(jìn)行間隔時(shí)生成的的數(shù)據(jù)信息及時(shí)進(jìn)行總結(jié)，在保護(hù)及控制一次設(shè)備，不僅能夠操作正在運(yùn)行設(shè)備，也能控制其他設(shè)備；能夠?qū)崿F(xiàn)本間隔操作的閉鎖功能，還能收集、計(jì)算各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，優(yōu)先控制各項(xiàng)指令的發(fā)送，另外還可以迅速實(shí)現(xiàn)過程層和所控層之間的網(wǎng)絡(luò)化通信；③所控層所控層主要功能是利用高速網(wǎng)絡(luò)，及時(shí)更新匯總數(shù)據(jù)庫中信息，并準(zhǔn)點(diǎn)登錄歷史數(shù)據(jù)；根據(jù)規(guī)定事項(xiàng)把數(shù)據(jù)信息傳輸至控制中心；可以對全站進(jìn)行監(jiān)督與控制，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，并對整個(gè)變電站實(shí)時(shí)在線可編程式閉鎖控制；接受控制中心指令并將其轉(zhuǎn)傳輸給間隔層和過程層進(jìn)行執(zhí)行；對變電站故障進(jìn)行深入分析及部分操作培訓(xùn)，并能夠?qū)﹂g隔層、過程層各項(xiàng)設(shè)備實(shí)施在線維護(hù)、組態(tài)、修改等[1]。

2.變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1自動化系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.1.1通訊協(xié)議設(shè)計(jì)。變電站的自動化通訊協(xié)議把該通訊協(xié)議表示層中的各項(xiàng)協(xié)議數(shù)據(jù)，均轉(zhuǎn)化為C語言結(jié)構(gòu)表達(dá)出來，利用高效的ASN.1編解碼函數(shù)對其實(shí)施分析及處理，使得協(xié)議的擴(kuò)充等各個(gè)處理操作簡單、方便，分配方式為動態(tài)的內(nèi)存分配方式，有效的防止內(nèi)存出現(xiàn)泄漏的情況，其變電站的自動化系統(tǒng)自身含有數(shù)據(jù)包的采集工具，調(diào)試操作也十分方便[2]。2.1.2間隔層保護(hù)裝置設(shè)計(jì)。一般的變電站自動化系統(tǒng)中的保護(hù)裝置，同一個(gè)CPU能夠分別控制其的信息保護(hù)算法及采集活動，實(shí)現(xiàn)同步采樣。其各種流程均十分便捷，包括A/D的轉(zhuǎn)換、計(jì)算、控制命令的發(fā)出等。

2.2自動化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.2.1上位機(jī)通信接口設(shè)計(jì)。從本質(zhì)上講，自動化變電站中的智能變壓器具備較多的功能模塊，而自動化硬件系統(tǒng)僅僅是作為其中的數(shù)據(jù)采集模塊。各種信號經(jīng)過收集后還需要進(jìn)行處理及打包后，輸送至上位機(jī)，傳輸方式一般為簡單的RS232，把所有的數(shù)據(jù)一次性輸送給上位機(jī)，上位機(jī)將其再次實(shí)施打包處理后，再通過TCP/IP傳輸至監(jiān)控中心，完成信息的通信。2.2.2合理選擇多路開關(guān)。變電站自動化系統(tǒng)的需要采集大量的信息，而計(jì)算功率因數(shù)角和介損角必須為統(tǒng)一時(shí)間的電壓及電流的相位差，基于該要求需要同時(shí)收集三相電壓對應(yīng)的三相電流值及三相末屏電流值。MAX125屬于雙通道8路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，每一路均可以實(shí)現(xiàn)4路信號的收集，自動系統(tǒng)會控制其中3路的使用，而另一路則被空出來。2.2.3信號調(diào)理電路的設(shè)計(jì)。從變壓器發(fā)出去的信號，需要經(jīng)過各種不同的環(huán)境保護(hù)，過程較為復(fù)雜，才能再次輸入傳感器。從傳感器輸入0MAX125的信號，在傳入的過程中也需要通過長線實(shí)現(xiàn)傳輸。一般情況下。控制單位無法直接接收到該信號，信號調(diào)理電路在該過程中能夠充分展出其優(yōu)勢功能。差分輸入端采用一系列轉(zhuǎn)換方式，把20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號變?yōu)?～5V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，信號調(diào)理電路對其進(jìn)行再次處理，并傳輸至A/D轉(zhuǎn)換器，其輸出端電壓相較A/D轉(zhuǎn)換器輸入端電壓更高，最后對其實(shí)施分壓采樣[3]。

3.變電站自動化系統(tǒng)常見問題

3.1遠(yuǎn)動信息分流。一般情況下，自動化系統(tǒng)需要向上傳輸大量的信息，才能實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的遠(yuǎn)程操作及二次設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)督控制，有效的降低了操作人員的勞動強(qiáng)度，尤其是微機(jī)監(jiān)控站，不僅在保護(hù)設(shè)備通信中發(fā)出大量的信息，硬接點(diǎn)也有大量的信息輸入。在自動化系用的運(yùn)行過程中輸入大量數(shù)據(jù)，會使得監(jiān)控人員的工作量增加。如果出現(xiàn)事故，各種不同的信息均需要利用遠(yuǎn)動通道進(jìn)行上傳，其遠(yuǎn)動信息的全面性、真實(shí)性及可靠性無法得到保障，對信息進(jìn)行處理也存在較大的困難。自動化變電站需要使用光纖或者是微波來作為通信通道。變電站條件允許的情況下，可以選擇多通道的信號分流方式，防止由于事故警報(bào)信息量大而影響到及時(shí)維修[4]。

3.2遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端的安全問題。監(jiān)控系統(tǒng)及遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，是造成數(shù)據(jù)丟失，帶來安全隱患的常見原因，而遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端運(yùn)行中出現(xiàn)死機(jī)的因素包括以遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端為核心的數(shù)據(jù)收集和傳輸，沒有采用控制屏操作，而是由微機(jī)綜合操作，對整個(gè)變電站進(jìn)行監(jiān)控，遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端主控模塊CPU，而造成死機(jī)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)是也重點(diǎn)考察了負(fù)載問題，配置有數(shù)量不等的主要控制模塊，但是企業(yè)設(shè)備均需要與遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端模塊相連，轉(zhuǎn)換信息流量極大，加之奇特不穩(wěn)定因素，就會造成遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)終端模塊負(fù)載過大，出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)選擇冗余配置方式。實(shí)施雙機(jī)配置，并將遠(yuǎn)動通信雙重化，使用兩套設(shè)備運(yùn)，并能夠自動切換運(yùn)行，且具有自檢功能，一旦出現(xiàn)問題，可以發(fā)出警報(bào)提升，及時(shí)檢修，保障系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

4.總結(jié)

現(xiàn)代社會的發(fā)展及科技的進(jìn)步，變電站全面運(yùn)用各項(xiàng)自動化技術(shù)，并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芑冸娬?，是變電站的發(fā)展的趨勢，其不但適應(yīng)社會的變化，也屬于未來電網(wǎng)主要的發(fā)展的方向。在對其自動化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮到各個(gè)方面的因素，是一項(xiàng)系統(tǒng)的工程，也會受到不同要素的影響，出現(xiàn)許多問題，本文僅從一般的角度分析了現(xiàn)代變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及存在的問題，實(shí)踐的設(shè)計(jì)過程中，還需要設(shè)計(jì)人員全面把握變電站的實(shí)際情況，制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案，提升設(shè)計(jì)水平，設(shè)計(jì)更加合理，保障變電站運(yùn)行的安全與穩(wěn)定性，帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

參考文獻(xiàn)

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