微機綜合自動化保護系統(tǒng)在110kV變電站中的應(yīng)用

李愛玲　韓啟華

摘 要：隨著計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電氣自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站微機綜合自動化保護系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛，它能夠保證變電站之間的分配控制、分配檢查以及電能傳輸?shù)热蝿?wù)的順利完成。該文首先對變電站微機綜合自動化保護系統(tǒng)的設(shè)計進行研究，并結(jié)合具體案例分析其在110kV變電站中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微機綜合自動化保護系統(tǒng) 110kV變電站 監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TM63 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0057-02

眾所周知，變電站是電力系統(tǒng)運行的重要環(huán)節(jié)，其運行情況與整個電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟的運行直接相關(guān)，而變電站系統(tǒng)包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，變電站能否運行的安全、穩(wěn)定，在很大程度上取決于二次設(shè)備的工作性能和自動化水平。微機綜合自動化保護系統(tǒng)是電氣自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，其主要目的在于充分利用以微機為核心的保護系統(tǒng)和控制裝置，同時實現(xiàn)信息交換，不僅能全面提高變電站的技術(shù)管理水平、系統(tǒng)運行可靠性水平，還能降低運行維護成本，向用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的電能。

1 110kV變電站微機綜合自動化保護系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 具體設(shè)計

根據(jù)110kV變電站綜合自動化保護系統(tǒng)設(shè)計原則和以及對設(shè)備間隔層的要求，比較多家生產(chǎn)變電站微機綜合自動化保護裝置的性能和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，同時考慮最佳性價比、經(jīng)濟性、售后服務(wù)等因素，優(yōu)選微機監(jiān)測保護裝置，比如CAN2000系列綜合自動化保護測控裝置硬件由微處理器模塊、電源模塊、交流信號輸出模塊、操作回路模塊、直流模擬及開關(guān)量輸入模塊組成，加上高可靠性的軟件冗余設(shè)計，使裝置具有較強抗干擾性能；網(wǎng)絡(luò)上各裝置獨立運行，一個裝置故障不會對其他裝置運行造成影響；系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用高速現(xiàn)場總線技術(shù)，具有“四遙”功能，整個系統(tǒng)具有傳動試驗功能、自檢功能、在線監(jiān)視功能、分散故障錄波功能、完善的事故分析功能；采用轉(zhuǎn)為強干擾環(huán)境下設(shè)計的控制局域網(wǎng)CANBus網(wǎng)絡(luò)，允許多主節(jié)點、多優(yōu)先級信息傳輸，可保證信息傳輸實時性和有效性。因而，進行微機綜合自動化保護裝置設(shè)計的時候，可考慮采用該裝置。

目前，微機綜合自動化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)通常采用的是以太網(wǎng)，100M以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站層，10M以太網(wǎng)應(yīng)用于間隔層，間隔層具備以太網(wǎng)接口的設(shè)備比如保護裝置、測控裝置、自動裝置等可直接接入間隔層以太網(wǎng)，其他設(shè)備則可通過測控裝置或低壓保護裝置間接接入間隔層以太網(wǎng)。110kV變電站的微機綜合自動化保護系統(tǒng)可靠性要求高，可采用雙重化的以太網(wǎng)，以此保證發(fā)生單一事故時不會破壞任何功能。若變電站站點較多，可采用交換性集線器將間隔分成若干子網(wǎng)，對沖突域的站點數(shù)量進行限制，確保系統(tǒng)響應(yīng)速率。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

110kV變電站的監(jiān)控系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)運行安全性和經(jīng)濟性以及電能質(zhì)量的重要平臺，一方面，監(jiān)控系統(tǒng)能處理采集的實時遙測、遙信、遙控和遙調(diào)量，實時動態(tài)顯示換面和參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)故障或異常的時候，發(fā)出告警信號，通知工作人員及時處理，另一方面，監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度端可從人機界面向變電站端發(fā)出遙控命令，使其執(zhí)行相關(guān)操作，因而監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計是微機綜合自動化保護系統(tǒng)設(shè)計中非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。對于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計，要考慮微機綜合自動化保護系統(tǒng)設(shè)計原則和要求及其與間隔層所采用的微機保護設(shè)備的相互適應(yīng)性，同時考慮變電站以往運行情況，選用合適的后臺監(jiān)控軟件。

以電力專業(yè)監(jiān)控軟件POWER 2000為例，該軟件能對數(shù)據(jù)進行處理、運算和存儲，具有報警、調(diào)度通信、管理運行參數(shù)、投退保護、事故追憶、系統(tǒng)對時、“四遙”、遠傳數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，以網(wǎng)絡(luò)方式與主站通信，支持交流、直流兩種輸入電源，可接受GPS對時命令。為實現(xiàn)對變電站的全面監(jiān)測和控制，設(shè)計中應(yīng)采用成熟的實時數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、矢量圖形系統(tǒng)、豐富的規(guī)約庫，從而實現(xiàn)與電力設(shè)備常見不同設(shè)備之間的通訊。變電站監(jiān)控和管理系統(tǒng)通常要同時執(zhí)行幾項任務(wù)，而每項任務(wù)或線程都有自己的運行環(huán)境和優(yōu)先級，由操作系統(tǒng)安排CPU執(zhí)行，為此，可采用Windows NT 32位實時多任務(wù)視窗操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有最適合SCADA應(yīng)用的環(huán)境，32位系統(tǒng)具有多線程和多任務(wù)處理能力，實時性能良好，能在運行任務(wù)之間有效地分配CPU資源，決定備裝載的任務(wù)何時需要CPU，并立即作出應(yīng)答，可保證監(jiān)控系統(tǒng)實時性；也可采用iES-SL300提供一套面向110kV變電站間隔層設(shè)備的集成化、開放式監(jiān)控平臺，將其作為變電站自動化信息處理中心，iES-SL300變電站監(jiān)控系統(tǒng)具有完備的通訊功能，可對間隔層設(shè)備進行監(jiān)控管理，方便擴展SCADA功能，顯示方便且直觀。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面，采用成熟可靠的以太網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議作為通訊協(xié)議，它支持光纖通訊和雙總線網(wǎng)絡(luò)，可保證綜合自動化通訊處理裝置之間的數(shù)據(jù)有效傳送，防止數(shù)據(jù)丟失，也可自動檢測網(wǎng)絡(luò)總線以及各個節(jié)點的工作狀態(tài)，自動選擇、協(xié)調(diào)各個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通信。

1.3 微機五防系統(tǒng)

微機五防系統(tǒng)由防誤主機、智能網(wǎng)絡(luò)控制器、智能防誤控制器、智能電腦鑰匙、通訊充電管理器、防誤鎖具等構(gòu)成，其工作原理是將普通防誤鎖具安裝在手動設(shè)備上，通過機械方式閉鎖，通過通訊管理機與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊實現(xiàn)對變電站內(nèi)設(shè)備的模擬操作和狀態(tài)對位。微機五防系統(tǒng)支持多種通訊協(xié)議、組屏安裝、監(jiān)控防誤一體化、在線式閉鎖和離線式閉鎖的混合操作，與智能變電站設(shè)計要求相符合，在110kV變電站裝設(shè)微機五防系統(tǒng)，可避免變電站運行過程中由于人為操作失誤導(dǎo)致的電氣設(shè)備損壞、大面積停電、系統(tǒng)震蕩等事故的發(fā)生，可有效提高電力系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。其框架圖見圖1。

由于離線式微機防誤閉鎖系統(tǒng)中五防主機與電腦鑰匙、鎖具之間沒有采用電纜連接，而是通過與監(jiān)控系統(tǒng)通訊和電腦鑰匙的回傳記憶方式，實現(xiàn)防誤主機上顯示的設(shè)備狀態(tài)與實際設(shè)備狀態(tài)保持一致的，另外，離線式微機防誤閉鎖系統(tǒng)能適應(yīng)各種電壓等級復(fù)雜的接線，維護方便，造價低，不僅具有五防功能，還具有設(shè)備對位、模擬預(yù)演操作、發(fā)送和存儲操作票、現(xiàn)場解鎖操作、通訊接口等功能，因而在設(shè)計中建議采用離線式一體化微機五防系統(tǒng)，通過以太網(wǎng)將五防主機與后臺監(jiān)控系統(tǒng)連接起來，五防系統(tǒng)則通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)獲取現(xiàn)場遙信量，用電腦要是將遙信量回送至系統(tǒng)生成虛擬遙信狀態(tài)，實現(xiàn)五防系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)相關(guān)信息的一致。五防系統(tǒng)與后臺控制系統(tǒng)共享實時數(shù)據(jù)以及監(jiān)控畫面，為方便工作人員操作，在系統(tǒng)中安裝模擬屏。

2 微機綜合自動化保護系統(tǒng)在110kV變電站的具體應(yīng)用

某110kV變電站是某集團公司內(nèi)電壓等級最高、規(guī)模最大且系統(tǒng)運行最為復(fù)雜的一個變電站，擔(dān)負集團內(nèi)部生產(chǎn)和周邊幾個村莊的供電任務(wù)以及兩個電廠的發(fā)電任務(wù)，從投運至今已有10年之多。近幾年，二次系統(tǒng)中逐漸暴露了一系列影響該變電站安全運行的問題，對該變電站二次系統(tǒng)進行改造勢在必行。經(jīng)多方面商討，決定CAN2000系列微機測控保護裝置進行微機綜合自動化改造，裝置可集中組屏安裝，也可就地安裝在開關(guān)柜上。采用iES-SL300變電站監(jiān)控系統(tǒng)，iES-SL300以工控機為主機，將CAN網(wǎng)卡、串行通訊卡和以太網(wǎng)卡集成到機器內(nèi)。

此次改造主要是對110kV變電站的110kV、6kV系統(tǒng)進行微機綜合自動化保護系統(tǒng)改造，110kV變電站110kV側(cè)保護測控裝置采用集中組屏，6kV高壓柜保護測控裝置就地分散布置。從變電站主控制室到室外、室內(nèi)共敷設(shè)配電設(shè)備屏蔽控制電纜約15km。主控室原主變保護屏位置后臨時布置新通訊屏，安裝后臺系統(tǒng)，敷設(shè)新通訊屏到后臺工作站的以太網(wǎng)線。敷設(shè)兩條通訊線，通訊線一頭分別分布到6kV各柜，另一頭分別接至CAN網(wǎng)卡口上。安裝6kV高壓柜保護測控裝置于110kV變電站內(nèi)，并在主控制室原控制屏后位置臨時安裝110kV變電站110kV側(cè)保護測控裝置，對微機保護測控屏進行調(diào)試和試驗。為保證不間斷供電，改造過程中使兩套系統(tǒng)并列運行，改造完成后將舊電纜和舊屏拆除，并整理電纜，定位新保護屏的位置。

經(jīng)過此次改造，該變電站自動化水平以及綜合運行安全水平明顯提高，滿足了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活需要。微機綜合自動化保護系統(tǒng)所具備的良好的人機界面以及強大的數(shù)據(jù)管理功能為變電站管理人員和技術(shù)人員分析研究變電站運行情況提供了強有力支撐。原有二次系統(tǒng)存在的安全隱患基本上被消除，提高了二次系統(tǒng)的安全運行水平。更換為微機自動化保護后，對系統(tǒng)的保護整定更加精確，保護的上下級之間有了更加密切的配合，使得變電站二次保護系統(tǒng)可靠性全面提升。系統(tǒng)擴展性良好，接口豐富，抗干擾性和集成化程度高，節(jié)約了空間，降低了維護費用，簡化了值班人員的勞動強度。

3 結(jié)語

總之，微機綜合自動化保護系統(tǒng)是電氣自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，采用嵌入式微機系統(tǒng)作為變電站的保護、監(jiān)測和控制模塊，通過現(xiàn)場總線技術(shù)將數(shù)據(jù)采集到變電站自動化主站，處理打包后，通過通信信道發(fā)送至調(diào)度端，反之，通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)調(diào)度指令，從而實現(xiàn)對整個變電站的“四遙”功能，有利于全面提高110kV變電站的技術(shù)管理水平、系統(tǒng)運行可靠性水平，還能降低運行維護成本，向用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的電能。針對現(xiàn)有110kV變電站二次系統(tǒng)中暴露的影響變電站安全運行的問題，應(yīng)加強微機保護綜合自動化改造。

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