變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究

鄭丹

摘 要：隨著智能電網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，變電站的智能化、數(shù)字化是未來發(fā)展的必然趨勢，尤其是無人值守變電站的運行，對變電站的安全可靠運行提出更高要求，對變電站安全運行狀況進(jìn)行監(jiān)控十分必要。文章首先闡述了變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的基本要求、功能要求，其次研究了變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計，以提高變電站的安全運行。

關(guān)鍵詞：變電站；安全運行；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0013-02

變電站作為配電網(wǎng)的重要組成部分，具有轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)電壓、控制電能流動等功能，其能否安全、可靠的運行直接決定著配電網(wǎng)的供電質(zhì)量與可靠性，然而變電站在運行過程中由于受到多種因素的影響，也可能發(fā)生故障。為了盡量減少或避免發(fā)生故障，對變電站運行進(jìn)行監(jiān)控是必不可少的，這個過程要由監(jiān)控系統(tǒng)提供，內(nèi)容對變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行研究。

1 變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的基本要求

為了更好的研究變電站安全監(jiān)控系統(tǒng)，使其能高效、安全的服務(wù)于變電站，安全運行監(jiān)控自動化系統(tǒng)必須滿足下述幾方面要求：

①安全運行監(jiān)控系統(tǒng)要具有替代性，能將變電站的繼電保護(hù)、測量、監(jiān)視、運行控制和通信集中到同一個系統(tǒng)中，全方位實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)控，同時該監(jiān)控系統(tǒng)的所有性能和配置必須有一個終端，以便促進(jìn)無人值班變電站的實現(xiàn)。

②安全運行監(jiān)控系統(tǒng)和微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)要相互獨立、相互兼容。變電站在運行過程中，繼電保護(hù)系統(tǒng)僅與保護(hù)裝置有關(guān)，獨立于監(jiān)控系統(tǒng)存在，以確保變電站能穩(wěn)定、可靠的運行，微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)要保持密切聯(lián)系。

③安全運行監(jiān)控系統(tǒng)要具有高可靠性、抗干擾能力強(qiáng)的特性。在設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)時要區(qū)分主次，子系統(tǒng)要彼此獨立，不同的子系統(tǒng)要能獨立的對變電站發(fā)生的故障進(jìn)行分析、處理和恢復(fù)。一旦變電站在運行過程中發(fā)生故障，監(jiān)控系統(tǒng)要能及時將故障數(shù)據(jù)信息傳輸給監(jiān)控中心，并對故障類型以代碼形式進(jìn)行說明。

④安全運行監(jiān)控系統(tǒng)要具有通信功能，要能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將變電站運行過程中的各種數(shù)據(jù)信息及時傳輸給控制中心。

⑤安全運行監(jiān)控系統(tǒng)要具有容易操作的界面，工作人員能夠通過直觀的界面對變電站運行狀況進(jìn)行觀察，一旦出現(xiàn)異常情況能及時進(jìn)行處理。同時，系統(tǒng)還要具有延伸性和協(xié)調(diào)性，能實現(xiàn)對不同類型的包容和兼容，確保在不同情況下能夠穩(wěn)定運行。

2 變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的功能要求

具體來說，變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的功能如下。

2.1 數(shù)據(jù)采集和處理功能

數(shù)據(jù)采集包括對變電站運行過程中的開關(guān)量、模擬量及電能量等數(shù)據(jù)信息的采集，開關(guān)量是指變電站電力設(shè)備的狀態(tài)，保護(hù)動作及報警信號等；模擬量是指變電站各段母線的電壓、回路的電流值、功率、頻率等電量參數(shù)及非電量參數(shù)等；電能量是指有功、無功電度量等。

2.2 控制操作、報警及處理功能

變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)要能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站的電力設(shè)備進(jìn)行各種操作的功能，如斷路器、隔離開關(guān)的分、合操作，電容器組件切換等。

當(dāng)變電站運行出現(xiàn)故障時，微機(jī)保護(hù)設(shè)備應(yīng)立即啟動報警并顯示故障信息。

2.3 遠(yuǎn)動及其他設(shè)備接口功能

安全運行監(jiān)控系統(tǒng)要與遠(yuǎn)方調(diào)度中心實現(xiàn)通信，既要實現(xiàn)常規(guī)的遙信、遙測及遙控，還要將系統(tǒng)采集到的各種數(shù)據(jù)信息實時傳輸?shù)秸{(diào)度中心，并接受上級調(diào)動中心的控制進(jìn)行操作。若運行過程中發(fā)生故障，要及時向調(diào)度中心發(fā)生報警，還要將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸{(diào)度中心，并按照調(diào)度中心的要求進(jìn)行各項操作。同時安全運行監(jiān)控系統(tǒng)還應(yīng)該具有與其他智能設(shè)備的接口功能，如微機(jī)、變電站直流系統(tǒng)、小電流接地選線及智能電表等。

3 變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)模式

變電站綜合自動化的配置模式主要包括下述三種：集控中心模式、三層傳統(tǒng)模式和兩層直聯(lián)模式。

3.1.1 集控中心模式

110 kV變電站由于有多個分站系統(tǒng)需要監(jiān)控，因此對此類變電站通常是采用集控中心模式，這種監(jiān)控模式的每個功能模塊都針對分站系統(tǒng)獨立完成，每個分站系統(tǒng)都配置獨立的主備前置機(jī)，通過光纖連接到安全監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控主網(wǎng)，同時安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的所有設(shè)備都直接或者間接連入監(jiān)控網(wǎng)。

3.1.2 三層模式

對110 kV以下的變電站，全站間隔電力設(shè)備的間隔沒有超過300 m，這種情況下采用三層傳統(tǒng)模式，其組成特點為：變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的功能模塊大多數(shù)都集成在監(jiān)控主機(jī)、操作站上，交換機(jī)和遠(yuǎn)東工作站兩個互為備用，主要作用是確保變電站系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行及檢修方便。

3.1.3 兩層直聯(lián)模式

對110 kV電壓等級的變電站一般采用兩層直聯(lián)模式，其系統(tǒng)整體規(guī)模相對比較大，同時還具有多個工作人員同時工作的功能，其組成特點為：保護(hù)、測控裝置通過兩種方式接入監(jiān)控網(wǎng)，其一是前置機(jī)方式接入，其二是通過以太網(wǎng)直接接入。遠(yuǎn)方工作站通過專線連接到不同級別的調(diào)度，如省級調(diào)度、地級調(diào)度和縣級調(diào)度，目前常用的專線連接方式是通過防火墻接入路由器再通過網(wǎng)絡(luò)與各級調(diào)度實現(xiàn)連接。

3.2 總體實現(xiàn)框架

綜合上述幾種結(jié)構(gòu)模式并結(jié)合目前變電站的實際運行狀況，變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計通常為分層分布式結(jié)構(gòu)，采用站控層和間隔層兩層組成。這種系統(tǒng)是以操作便捷、設(shè)備簡化、成本低作為設(shè)計的基本思想，是以變電站的線路及設(shè)備作為目標(biāo)，將變電站設(shè)備運行過程中的測量、保護(hù)和控制等功能結(jié)合起來，在確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行的前提下，將其設(shè)計在統(tǒng)一的裝置中，這種設(shè)計模式不僅能有效的降低投入成本，還與目前倡導(dǎo)的節(jié)能減排目標(biāo)相符合。目前變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)的主控室都安裝空調(diào)，以便能及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)運行過程中的環(huán)境的溫度，確保整個系統(tǒng)能夠出來良好的運行環(huán)境中，避免由于溫度過高或過低導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生故障。變電站分層分布式安全運行監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

根據(jù)上面結(jié)構(gòu)圖可知，變電站層包括有打印機(jī)、適配器等元件，間隔層包括線路、主變、主變后備、電容器監(jiān)控等多個單元，系統(tǒng)采用CAN總線實現(xiàn)了將變電站層和間隔層的數(shù)據(jù)信息傳輸和通訊。

3.3 變電站底層通訊網(wǎng)絡(luò)接口、上位機(jī)系統(tǒng)的實現(xiàn)

變電站使用CAN總線實現(xiàn)變電站層和間隔層的連接，接口使用要嚴(yán)格遵守《基于CAN網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)和控制通信協(xié)議V3.02》通訊規(guī)約，這種規(guī)約能實現(xiàn)多種類型電壓等級下各種不同類型數(shù)據(jù)信息的傳輸和通信，其現(xiàn)場布線在多個領(lǐng)域都得到廣泛使用，具有下述特點：

第一，各類數(shù)據(jù)信息的采集是以每個單元為基礎(chǔ)；

第二，調(diào)動中心能實現(xiàn)對各個設(shè)備的控制；

第三，監(jiān)控中心能自動實現(xiàn)對單元數(shù)據(jù)信息的采集和訪問，無需中轉(zhuǎn)裝置；

第四，變電站運行過程中的各類數(shù)據(jù)信息的采集同時進(jìn)行，不存在優(yōu)先等級。變電站層由多個組成單元，不同單元具有不一樣的功能，前置機(jī)通信的功能是確保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定運行，同時能實現(xiàn)將保護(hù)、測控裝置分開組網(wǎng)。

3.4 安全運行監(jiān)控分層分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

與其他結(jié)構(gòu)相比，安全運行監(jiān)控分布具有下述優(yōu)勢：

第一，主控室占地面積減少，系統(tǒng)的保護(hù)裝置都集中安裝在進(jìn)線柜中，有效實現(xiàn)降低成本，簡化設(shè)備，有利于變電站系統(tǒng)的安全、可靠運行；

第二，控制、保護(hù)裝置集中在一起，能簡化系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備的連通，便于運行中異常狀況的查詢；

第三，不同單元能獨立進(jìn)行監(jiān)測與保護(hù)，即便運行過程中通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，間隔層的下位基本不受影響，仍能執(zhí)行相關(guān)功能，提升了可靠性；

第四，主機(jī)與相關(guān)模式通過光纖連接，各種類型數(shù)據(jù)信息在傳輸時相互獨立，互補(bǔ)干預(yù)，抗干擾能力強(qiáng)。

4 結(jié) 語

總之，變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)是確保變電站安全、可靠運行的基礎(chǔ)，不僅能極大的提升變電站的管理水平，還能降低事故發(fā)生率。本文介紹了變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的基本要求、功能及總體設(shè)計，以期能為變電站安全運行監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計提供幫助。

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