智能變電站線路保護(hù)測控裝置應(yīng)用設(shè)計(jì)

吳燕子

（南京國聯(lián)電力工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇 南京 210000）

1 智能變電站概述

在智能化變電站當(dāng)中所運(yùn)用到的智能設(shè)備都具備集成、可靠、先進(jìn)以及低碳環(huán)保的一系列優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)這些智能化變電站應(yīng)用到的智能設(shè)備的基本要求都為通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、全站數(shù)字信息化，同時(shí)還能夠達(dá)到信息共享標(biāo)準(zhǔn)。通過應(yīng)用這些智能設(shè)備，系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)計(jì)量以及監(jiān)測等一系列基本操作，同時(shí)這些智能設(shè)備還能夠幫助系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析以及協(xié)同互動(dòng)等多項(xiàng)高級(jí)功能。而智能化變電站不僅包括了傳統(tǒng)的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)包含繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置等設(shè)備。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上采用了三層兩網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，增加了過程層網(wǎng)絡(luò)，增加了合并單元、智能終端等過程層設(shè)備，采用光纖取代傳統(tǒng)的電纜硬接線，全站采用統(tǒng)一的通信規(guī)約IEC61850 實(shí)現(xiàn)信息交互。同時(shí)增加了一次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和自動(dòng)化系統(tǒng)高級(jí)應(yīng)用。智能變電站的特征：分析決策在線化、運(yùn)行控制自動(dòng)化、設(shè)備安裝就地化、信息交換標(biāo)準(zhǔn)化、二次系統(tǒng)一體化、保護(hù)決策協(xié)同化、一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、信息展示可視化設(shè)備檢修狀態(tài)化、系統(tǒng)設(shè)計(jì)統(tǒng)一化、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)完備化。

2 測控裝置概述

顧名思義，測控裝置主要包括測量和控制。不僅有足夠的精度和變化量的實(shí)時(shí)反映，同時(shí)還接受遠(yuǎn)方或就地的命令進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，也可根據(jù)裝置設(shè)定的邏輯編程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，規(guī)定保證控制的有效性和可靠性。

其主要功能：采集交流電氣量：如CT、PT 二次側(cè)的相電壓、線電壓、零序電壓、零序電流，并計(jì)算有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等。采集直流量，計(jì)算生成非電氣量，如主變油溫。采集狀態(tài)量，如開關(guān)、刀閘位置信號(hào)、GIS、開關(guān)操作機(jī)構(gòu)、智能站內(nèi)的合并單元、智能終端告警信號(hào)，繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置動(dòng)作及告警信號(hào)等?？刂乒δ??？刂崎_關(guān)、道閘、地道分合閘、復(fù)歸信號(hào)、變壓器檔位調(diào)節(jié)、軟壓板投退等。我們可以在測控裝置附近找到一個(gè)“遠(yuǎn)方/就地”切換開關(guān)，若開關(guān)打到“遠(yuǎn)方”，可在監(jiān)控電腦上遠(yuǎn)方分合閘；若開關(guān)打到“就地”，將無法在監(jiān)控電腦上分合閘，只能在測控裝置上操作。同期功能，具備同期合閘功能。我們可以在測控裝置附近找到一個(gè)“強(qiáng)制手動(dòng)/遠(yuǎn)控/同期手合”把手，如果把手切到“強(qiáng)制手動(dòng)”，在操作開關(guān)合閘時(shí)，測控裝置不會(huì)進(jìn)行同期檢查；如果把手切到“同期手合”，在操作開關(guān)合閘時(shí)，測控裝置會(huì)進(jìn)行同期檢查，當(dāng)開關(guān)兩側(cè)壓差、頻差、角差均在設(shè)定范圍內(nèi)時(shí)才允許合閘。邏輯閉鎖功能。裝置內(nèi)部存儲(chǔ)防誤閉鎖邏輯，當(dāng)需要進(jìn)行手動(dòng)操作時(shí)，對(duì)手動(dòng)操作進(jìn)行邏輯判斷，若判斷符合防誤閉鎖邏輯，則輸出閉鎖信號(hào)，閉鎖手動(dòng)操作。我們可以在測控裝置附近找到一個(gè)“聯(lián)鎖/解鎖”切換把手，當(dāng)把手打到“解鎖”位置時(shí)，閉鎖功能不投入。實(shí)際現(xiàn)場把手一般放在“聯(lián)鎖”位置，也就是說這個(gè)功能一般使用。

記憶存儲(chǔ)功能。對(duì)SOE、操作記錄以及告警信息進(jìn)行存儲(chǔ)，其中SOE 指的是事件順序記錄，即將開關(guān)跳閘、保護(hù)動(dòng)作等事件按照毫秒級(jí)事件順序逐個(gè)記錄。

3 測控裝置應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

（1）硬件設(shè)備。智能變電站的線路保護(hù)測控裝置由顯示屏、狀態(tài)指示燈、12 個(gè)按鍵以及接線端子組成。在裝置的內(nèi)部分別設(shè)有一塊主機(jī)板、輸出板和人機(jī)界面。這三塊版面之間的聯(lián)結(jié)是31 芯和26 芯規(guī)格的扁平電纜。主機(jī)板上一般設(shè)有CPU、電源模塊、A/D 轉(zhuǎn)換及接口，RS485 及光纖通訊電路等。輸入和輸出板塊主要由接線端子、RS485 及光纖通訊電路、遙信、遙脈輸入隔離及接口電路、CANBUS 接口電路等設(shè)備。人機(jī)界面板的設(shè)備相對(duì)較少，主要有調(diào)試串行接口、鍵盤和液晶顯示接口、狀態(tài)指示燈電路。

（2）軟件設(shè)計(jì)。智能變電站線路保護(hù)測控裝置的軟件是16MHz 高速80C196KB 的CPU，由它完成一系列測量、控制和通訊功能。在主CPU 中應(yīng)用的是多任務(wù)操作系統(tǒng)，以加快各任務(wù)之間相互合作的效率。

（3）交流采集技術(shù)。在交流采樣法應(yīng)用過程中，必須依照一定的規(guī)律采集被測的交流信號(hào)的瞬時(shí)值，之后將所獲取的瞬時(shí)數(shù)據(jù)送到測量計(jì)算回路，經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)算法之后，求得要測量的結(jié)果。在測量過程當(dāng)中，需要將硬件的計(jì)算功能代替為軟件功能，其中一種表達(dá)方式是將原本的一條光滑被測正弦信號(hào)代替為一條階梯曲線，而追究原理出現(xiàn)的誤差主要有以下兩個(gè)原因：第一是需要將時(shí)間內(nèi)連續(xù)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差使用時(shí)間上離散數(shù)據(jù)所代替，而該誤差的決定因素在于每一個(gè)正弦信號(hào)周期中的采樣點(diǎn)數(shù)，除此之外，追究誤差產(chǎn)生的原因也在于A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度和CPU 的處理實(shí)踐；而想要更進(jìn)一步的探究在連續(xù)電壓以及電流量化過程中誤差的產(chǎn)生原因，主要集中在A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。之后直接的將互感器內(nèi)的二次電壓以及電流經(jīng)過交流采樣裝置進(jìn)行隔離變化，從而將原本的二次電流以及二次電壓轉(zhuǎn)化為弱電流以及電壓信號(hào)。除此之外，通過使用采樣保持器這一元件，從而保留電壓以及電流信號(hào)，并且將所保留的電壓及電流信號(hào)，經(jīng)過模、數(shù)（A/D）的轉(zhuǎn)變之后，使用數(shù)據(jù)線作為傳輸介質(zhì)，直接的將信號(hào)傳輸給CPU，從而計(jì)算出電網(wǎng)當(dāng)中的電壓、電流、有功功率、無功功率等多項(xiàng)參數(shù)，并將各參數(shù)儲(chǔ)存于記憶元件當(dāng)中。通過使用交流采樣測量裝置，從而能夠?qū)?dāng)前所采集到的各項(xiàng)電網(wǎng)參數(shù)以及數(shù)據(jù)，以一定的方式直接的傳輸?shù)秸{(diào)度室或者是當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控終端。一般情況之下，在各種電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程中需要遵從的規(guī)約制度主要圍繞著CDT 規(guī)約、101 規(guī)約、102、103、104 規(guī)約等多項(xiàng)制度進(jìn)行，然而在如今交流采樣測量裝置的生產(chǎn)商以及制造商在制造及生產(chǎn)過程中使用到的規(guī)約，并沒有經(jīng)過統(tǒng)一。也因此，在不同廠家之間可能會(huì)由于設(shè)備型號(hào)之間存在較大差異或者是使用的規(guī)約不同，而導(dǎo)致所生產(chǎn)出來的交流采樣裝置之間具備較大差異。

（4）遙測技術(shù)。即遠(yuǎn)程測量技術(shù)，在該技術(shù)應(yīng)用過程當(dāng)中，直接將被測變化量的值使用遠(yuǎn)程通訊技術(shù)傳輸出去。遙測信息能夠直接將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)中所產(chǎn)生的連續(xù)變化量實(shí)時(shí)完整地表示出來，又被稱為模擬量，分為電量和非電量兩種。

（5）遙信技術(shù)。即遠(yuǎn)程指示技術(shù)及遠(yuǎn)程信號(hào)，在此基礎(chǔ)應(yīng)用過程中，主要是遠(yuǎn)程監(jiān)控開關(guān)位置的告警情況以及閥門位置的狀態(tài)種信息，而遙信信息作為一個(gè)二元狀態(tài)量，其主要意義在于針對(duì)于每一個(gè)遙感對(duì)象而言。遙信信息能夠表現(xiàn)為兩種狀態(tài)，0 和1，兩種遙信狀態(tài)為“非”的關(guān)系。

（6）遙控技術(shù)。即遠(yuǎn)程命令，在遠(yuǎn)程通信技術(shù)應(yīng)用過程當(dāng)中，發(fā)布有關(guān)命令，能夠使得運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行改變，比如說控制斷路器分合閘等。

（7）遙調(diào)技術(shù)。即遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)，應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)，完成對(duì)具有兩個(gè)以上狀態(tài)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行控制的遠(yuǎn)程命令。如機(jī)組處理的調(diào)節(jié)、勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)、有載調(diào)壓分接頭的位置調(diào)節(jié)。

4 測控裝置的特點(diǎn)

（1）整體設(shè)計(jì)思路實(shí)用可靠。采用分層分布式結(jié)構(gòu)，可集中組屏，也可就地安裝于開關(guān)柜上，整個(gè)系統(tǒng)靈活可靠，各間隔單元功能獨(dú)立，沒有相互依賴性，某一個(gè)裝置的損壞不會(huì)影響其他裝置的功能。充分發(fā)揮四合一的特點(diǎn)和通訊網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，集保護(hù)測控功能于一體，采用通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞細(xì)信息，可取消常規(guī)的二次信號(hào)控制電纜，簡化二次電纜接線，不僅減輕了CT、PT 的負(fù)荷，而且節(jié)省了大量投資，節(jié)約了人力物力，減少了施工難度及維護(hù)工作量。同時(shí)為了與傳統(tǒng)方式兼容，保留一些遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)，背板端子也沿用了傳統(tǒng)模式，兼容傳統(tǒng)的操作控制模式。

（2）軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)化、功能模塊化。保護(hù)功能同通訊網(wǎng)相分離，同時(shí)直接的將保護(hù)模塊分離于其余模塊之外，使得保護(hù)模塊具備有一定的獨(dú)立性。而在軟件層面上還必須使得軟件設(shè)計(jì)具備有較強(qiáng)的抗干擾能力，使得軟件能夠同硬件相結(jié)合，進(jìn)而提高動(dòng)作的可靠性。

（3）人機(jī)界面友好，操作便捷。直接的將界面使用全漢化大屏幕液晶屏顯示出來，該液晶屏能夠直接的將跳閘報(bào)告、告警報(bào)告、樹形菜單結(jié)構(gòu)、定值鑒定、遙測、遙信以及控制字整定等用漢字標(biāo)識(shí)直觀的展示出來，方便現(xiàn)場的運(yùn)維人員進(jìn)行維護(hù)與操作。

5 結(jié)語

如今電力系統(tǒng)當(dāng)中廣泛應(yīng)用的測控裝置，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程當(dāng)中，能夠用數(shù)字的方式將各種虛擬儀表建立出來，更加直觀、方便。測控裝置作為智能化設(shè)備當(dāng)中的一項(xiàng)重要裝置，大幅度提高變電站的自動(dòng)化水平，大大減輕運(yùn)維人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，獲取得到的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)更加貼近實(shí)際，更便于做出決策。