變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計和研究

孫勤，馮偉（四川省電力公司南充供電公司，四川 南充637000）

變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計和研究

孫勤，馮偉（四川省電力公司南充供電公司，四川 南充637000）

變電站綜合自動化技術(shù)將是電網(wǎng)未來的發(fā)展趨勢，伴隨著電網(wǎng)改造的深入，絕大部分變電站都將要進行綜合自動化改造實現(xiàn)變電所的綜合自動化，進而實現(xiàn)無人值班，減輕人員緊缺壓力，使企業(yè)的經(jīng)濟效益得到提升。通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)的了解，本文主要完成了以下幾方面工作：①了解變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展情況及未來的發(fā)展趨勢；②通過對比幾種綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，確定分層分布式的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行變電站綜合自動化系統(tǒng)的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，對繼電保護算法進行比較后選定變電站微機繼電保護系統(tǒng)技術(shù)原則；③對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選定進行了詳細介紹。

變電站綜合系統(tǒng)化；繼電保護；系統(tǒng)

引言

變電站綜合自動化系統(tǒng)是由大規(guī)模集成電路和計算機構(gòu)成的，它的主要作用就是代替以往的控制屏、中央信號系統(tǒng)等設(shè)備，通過微機保護取代以往的繼電保護屏，從而解決常規(guī)的繼電保護裝置無法與外界通信的問題。當(dāng)前國內(nèi)外變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按照其設(shè)計思想可以范圍集中式、分布式、分散分布式集中。計算機網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和微機實時技術(shù)在電力系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用，為進一步提高變電站的自動化水平開辟了新的途徑。建立一個監(jiān)視自動化、實時信息共享、管理信息化的變電站綜合系統(tǒng)已經(jīng)是未來的發(fā)展走勢。

變電站綜合自動化技術(shù)在多年發(fā)展以后已經(jīng)達到一定技術(shù)水平，在電網(wǎng)改造與建設(shè)時，中低壓變電站可以實現(xiàn)無人值守，使得電網(wǎng)建設(shè)變得越來越現(xiàn)代化，因而變電站建設(shè)的總體成本有所降低。但是現(xiàn)有的綜合變電站自動化系統(tǒng)仍存在許多問題，諸如：油浸式電流互感器的爆炸會使得變電站一次設(shè)備收到較大損壞；剩磁問題的存在給繼電保護的設(shè)計帶來很大困難；電容式電壓互感器的暫態(tài)特點是可能造成迅速保護的誤動作等等一些方面。

1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計原則

變電站綜合自動化的基礎(chǔ)是由數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)和站用電源系統(tǒng)三大單元組成的。通信控制系統(tǒng)是橋梁，他將變電站內(nèi)部各系統(tǒng)之間、變電站與調(diào)度中心聯(lián)系起來，使他們之間的數(shù)據(jù)可以相互交換。該變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，做好了全變電站系統(tǒng)的協(xié)調(diào)與控制、管理，向運行操作人員提供變電站運行中各種數(shù)據(jù)、接線圖及表格等畫面，使操作員能夠控制遙控斷路器，同時也提供了維護和操作人員在監(jiān)控、控制自動化系統(tǒng)裝置技術(shù)措施；按照操作人員命令或預(yù)先設(shè)計好的程序完成各種復(fù)雜的操作。通訊控制部分連接系統(tǒng)的各個部分，承擔(dān)命令和數(shù)據(jù)的傳遞，在整個過程中進行控制、管理、協(xié)調(diào)；繼電保護、自動化裝置肩負著電氣設(shè)備和系統(tǒng)的安全；對于站用電源系統(tǒng)，全站直流、通信、交流等電源都需要引入一體化設(shè)計、監(jiān)控與配置，其中運行工作情況以及相關(guān)的專業(yè)數(shù)據(jù)都可以通過相關(guān)系統(tǒng)顯示出來，并且采用標(biāo)準(zhǔn)化的格式錄入到相關(guān)系統(tǒng)當(dāng)中。

1.2 變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)原則

1.2.1 變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

要提高變電站安全生產(chǎn)水平、供電質(zhì)量和技術(shù)管理水平，使變電站運行方便、維護簡單，提高勞動生產(chǎn)率和運營效益，實現(xiàn)減人增效的目的，減少二次設(shè)備間的連線，節(jié)約控制電纜，整合變電站設(shè)備的配置，防止設(shè)備重復(fù)配置，達到資源共享的目的，減小變電站占地面積，壓縮工程造價。

變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)在選型時要做到可靠、安全、經(jīng)濟實用、技術(shù)先進和符合現(xiàn)有國情。應(yīng)采用具備開放性、抗干擾性強、可擴充性、成熟且可靠的產(chǎn)品；能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站實用、可靠、完善的監(jiān)視、控制和測量，并且具備遙測、遙控、遙調(diào)、遙信等全部的運動功能，具有與調(diào)度通信中心計算機系統(tǒng)交換信息的能力。

1.2.2 變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以劃分為站控層和間隔層，同時通過引入分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等實現(xiàn)了彼此互聯(lián)。控制層則是由計算機監(jiān)控系統(tǒng)、操作員站和各個功能站構(gòu)成，提供人機界面、管理和控制，并與調(diào)度中心通信。間隔層由一個由公制網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)連接的監(jiān)控子系統(tǒng)共同組成的。在站控制層和網(wǎng)絡(luò)存在故障時，可以進行空間設(shè)備的現(xiàn)場監(jiān)控。站控層與間隔層一般直接連接，也可通過前置設(shè)備進行連接。

1.3 變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計結(jié)構(gòu)

1.3.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

變電站自動化系統(tǒng)使用的是開放式的分層布式系統(tǒng)，使用的是“三層一網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，即間隔層、站控層、過程層，“一網(wǎng)”指站控層網(wǎng)。

1.3.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能

變電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用分布式網(wǎng)絡(luò)機制，以及相應(yīng)的協(xié)議是IP協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)、站控層、網(wǎng)絡(luò)媒體可以使用總線網(wǎng)絡(luò)、雙絞線或者光纖、單一網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成，可以有效實現(xiàn)設(shè)備的測控、測量、監(jiān)控和可靠性、完整性和合理性。此外還具有運動功能，包括遠程測量、遠程通信、遠程調(diào)控及與監(jiān)控中心實現(xiàn)信息的實時交換等。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

2.1 檢測、控制對象

變電站綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)測和控制對象包括：①各線路中的斷路和不同等級的隔離開關(guān)，以及一些接地開關(guān)等；②主變壓器的分接頭調(diào)節(jié)及10kV無功補償裝置自動投切；③直流電源和UPS及其他備用裝置；④變電站內(nèi)的控制系統(tǒng)和備用電源；⑤通信裝置和電源，及其發(fā)送的信號；⑥監(jiān)控與報警單元發(fā)送的信號。

檢測量包括以下幾部分：①110kV線路三相電流、三相電壓、有功功率和無功功率；②110kV橋開關(guān)斷路電氣三相電流；③10kV線路、接地變出線三相電流、無功率；④主變壓器高、低壓側(cè)三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率；⑤消弧線圈另序電流；⑥主變壓器上層油溫、繞阻溫度；⑦充電進線電流、電壓；⑧浮充電進線電流、電壓；⑨直流絕緣監(jiān)視：正對滴電壓、負對地電壓；⑩室外溫度和二次設(shè)備室溫度。

2.2 系統(tǒng)功能說明及性能指標(biāo)

110kV間隔：

保護功能：110kV變電站的進線端一般不配置保護裝置，因為上一級已經(jīng)可設(shè)置了保護裝置，當(dāng)然也可以由主變后備機芯保護，可以根據(jù)需要來選擇。

測控功能：通過數(shù)字?jǐn)嗦菲鲗ψ∽冞M行測量，其功能如下：

遙測量：Ⅰa、Ⅰb、各種電壓電流量和功率因素等；

遙控量：8路開出；

遙信量：16組220V/110V開入量；

自動控制功能：專門提供HSB5620備用電源自投裝置，來實現(xiàn)控制功能。

2.3 數(shù)據(jù)的采集與處理

對生產(chǎn)單元的各種模擬量數(shù)字量和非電氣量信號采集并處理，這可以通過中間層采集單元進行。生產(chǎn)過程中涉及的設(shè)備主要包括TA、TV、直流系統(tǒng)、以及各種變換系統(tǒng)。處理采集到的信號，主要是過濾波檢查其有效性并消除一些干擾。本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)是分布式的，這樣可以方便進行數(shù)據(jù)處理，其中模擬量和開關(guān)量的采集方式有差別，前者采用交流采方式。后一種方式采集到的信號沒有點抖動問題，因而大多數(shù)會選擇次方法進行采集。

2.4 統(tǒng)計計算

系統(tǒng)可以對采集到的數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)計計算這些需要計算的數(shù)據(jù)很多，其中一些主要的常用的有各項功率，電壓電流和負荷。此外還包括一些計算量，如最大最小值和其出現(xiàn)時間，日期。此外還包括一些邏輯值及其運算，如設(shè)備狀態(tài)和開關(guān)狀態(tài)，還提供一些標(biāo)準(zhǔn)計算函數(shù)，可以利用這些函數(shù)進行統(tǒng)計分析，對于不同類型的工程要選擇適合的算法進行運算。

3 變電站微機繼電保護系統(tǒng)

3.1 微機保護基礎(chǔ)概述

繼電保護技術(shù)是實踐性很強的工程類科學(xué)。高頻保護、光釬保護、微波保護就是電子技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)發(fā)展的反映。20世紀(jì)下半葉，計算機通信技術(shù)的發(fā)展對社會各行業(yè)都產(chǎn)生了巨大的影響，繼電保護也不例外。在20世紀(jì)60年代末，一些研究人員設(shè)想用計算機來進行繼電保護，受到此種啟發(fā)之后很多學(xué)者開始試圖對實現(xiàn)此種保護的算法進行設(shè)計與研究。正是在送一基礎(chǔ)上才在隨后幾年內(nèi)出現(xiàn)了小型的微機繼電保護裝置。隨后經(jīng)過幾年的發(fā)展，送種保護裝置已經(jīng)得到成熟與完善，其中一些已經(jīng)投入到系統(tǒng)中并得到了較好的應(yīng)用效果。隨后受到軟件快速發(fā)展的推動，送種微機繼電保護裝置并在一些國家各方面性能也得了不斷的提升，其中最主要的就是可W實現(xiàn)智能遠程控制，這樣為其應(yīng)用范圍的進一步擴大奠定了基礎(chǔ)。

3.2 變電站微機繼電保護系統(tǒng)技術(shù)原則

（1）對雙端有電源或雙回線并列運行的沒回110、35kV線路兩側(cè)各配置一套符合要求的零序電流方向保護裝置，后備保護采用遠后備方式。

（2）對于單側(cè)電源線路、110kV線路的電源側(cè)各配置一套階段式相間距離、接地距離及零序電流方向保護，35kV線路的電源側(cè)僅需配置一套電流保護。

（3）對于電廠出線或較重要的110kV聯(lián)絡(luò)線，可配置微機型光釬差動保護或高頻閉鎖距離保護。

（4）電纜長度小于5km的架空短線路，應(yīng)該根據(jù)需要設(shè)置專門的符合保護。

4 結(jié)論

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市對電網(wǎng)供電質(zhì)量及運行可靠性的要求越來越高，變電站的作用越來越重要。本文闡述了變電站綜合自動化系統(tǒng)工程設(shè)計技術(shù)以及自動化系統(tǒng)中計算機監(jiān)控技術(shù)和繼電保護及自動裝置設(shè)計技術(shù)。

[1]王慧文.基于61850的數(shù)字化變電站設(shè)計方案探討[J].寧夏電力，2009，1（4）：11～15.

[2]高 翔.數(shù)字化變電站的主要特征和關(guān)鍵技術(shù)[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012，12（5）：22～23.

[3]汪秀麗.數(shù)字化變電站綜述[J].水利電力科技，2007，33（2）：7～15.

TM63

A

2095-2066（2016）22-0094-02

2016-7-12

孫 勤（1982-），女，碩士研究生，主要從事電力工程咨詢設(shè)計工作。

馮 偉（1982-），男，本科，主要從事電力設(shè)備運行維護及檢修工作。