變電站自動化調(diào)試驗收系統(tǒng)設(shè)計

李 俊

國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750000

0 引言

為了提升電力企業(yè)整體運行的穩(wěn)定性，在驗收階段，需要針對每一項業(yè)務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)上的核對，并根據(jù)核對結(jié)果進(jìn)行調(diào)試[1]。

在核對的過程中，需要在變電站的二次設(shè)備側(cè)采用測試儀加量的方式調(diào)試，還需要將調(diào)試的數(shù)據(jù)與主站的數(shù)據(jù)進(jìn)行實時比較。當(dāng)前，由于變電站的建設(shè)規(guī)模和覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，每一個變電站都需要與主站建立十幾個甚至數(shù)十個業(yè)務(wù)通道，運行數(shù)據(jù)的核對難度和復(fù)雜度都受到了極大的影響。同時，由于這一過程需要大量人力和物力的支撐，也造成了資源的嚴(yán)重消耗，最終得到的核對結(jié)果精度也無法滿足變電站穩(wěn)定運行的標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。需要在確保調(diào)試驗收質(zhì)量的同時，提升調(diào)試與驗收的效率，該系統(tǒng)可以為變電站的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

針對這一問題，文章從硬件、軟件兩方面開展對變電站自動化調(diào)試驗收系統(tǒng)的設(shè)計研究。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

為了實現(xiàn)對變電站的自動化調(diào)試和驗收，從硬件方面對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行選型優(yōu)化設(shè)計。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 變電站自動化調(diào)試驗收系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)示意圖

根據(jù)圖1，調(diào)試驗收系統(tǒng)中的硬件設(shè)備包括采集設(shè)備、二次設(shè)備、繼電保護(hù)裝置、智能終端等。其中，采集設(shè)備用于獲取變電站運行中各個電力設(shè)備的運行參數(shù)，得到的數(shù)據(jù)信息可為后續(xù)調(diào)試和驗收提供數(shù)據(jù)支撐[3]。文章將重點說明繼電保護(hù)裝置和自動化二次設(shè)備的選型設(shè)計。

1.1 繼電保護(hù)裝置選型

在對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行選型時，需要明確這一硬件結(jié)構(gòu)在調(diào)試與驗收系統(tǒng)中的功能。將繼電保護(hù)裝置連接到系統(tǒng)中，可以防止電力設(shè)備在運行中出現(xiàn)故障或異常，避免最終影響變電站穩(wěn)定運行及導(dǎo)致過度損耗問題。在變電站調(diào)試和驗收的過程中，運行和管理的難度較大，在安裝繼電保護(hù)裝置時，應(yīng)采取獨立安裝形式，結(jié)合對應(yīng)的被保護(hù)電力設(shè)備，實現(xiàn)獨立組屏。在對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行選型時，需要考慮裝置的靈敏度、運行可靠性等?；诖?，在系統(tǒng)中選用型號為LDJB-49-970的繼電保護(hù)裝置，該型號繼電保護(hù)裝置的運行功率為300 W；運行精度為0.5%；相位變化范圍在0～360°；規(guī)格為455 mm×530 mm×220 mm（長×寬×高）；顯示方式為數(shù)字顯示；六相并聯(lián)最大功率為900 VA；工作濕度為≤85%RH；測量范圍在6～40 A；開關(guān)量輸入端子為8對；電流輸出為0～±10 A/每相。該型號繼電保護(hù)裝置符合文章調(diào)試驗收系統(tǒng)單機(jī)獨立運行的要求，并且具備與系統(tǒng)上位機(jī)終端設(shè)備直接連接的結(jié)構(gòu)。裝置采用DSP+FPGA結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)32位的DAC輸出。在該裝置中增加了全新的線性大功率功放功能，并且安裝了高分辨率的顯示屏，能夠?qū)@取到的變電站設(shè)備運行參數(shù)進(jìn)行實時展示。將該型號繼電保護(hù)裝置應(yīng)用到系統(tǒng)中，可為系統(tǒng)運行提供便利條件，使調(diào)試驗收操作更簡單。

1.2 自動化二次設(shè)備選型

二次設(shè)備包括測控、通信等設(shè)備?；谧冸娬具\行需要，所選擇的測控設(shè)備為ALDB-D7B型號的測控裝置，該型號測控裝置的使用條件：安裝海拔高度不得超過2 000 m；運行過程中周圍環(huán)境溫度不得超過+40 ℃，不得低于-20 ℃；在運行中周圍空氣的相對濕度不得超過95%。若實際運行中不符合上述條件，會降低測控設(shè)備的測控精度，進(jìn)而影響整個調(diào)試驗收系統(tǒng)的精度[4]。為了進(jìn)一步提升ALDB-D7B型號測控裝置的運行性能，將其與完善的診斷和調(diào)試工具相連接。

針對通信設(shè)備，選用型號為CSC-987000型號的站控級通信裝置。CSC-987000型號通信裝置的運行電壓為220 V；斷開容量為25 W；絕緣耐壓測試電壓為110 V[5]。將CSC-987000型號通信裝置與設(shè)計的調(diào)試驗收系統(tǒng)的上位機(jī)連接，同時，CSC-987000型號通信裝置還支持冗余切換；在裝置中安裝了I/O轉(zhuǎn)換插件，可滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換需要。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 直接組網(wǎng)法構(gòu)建變電站調(diào)試全信息回路圖

在對變電站中各個電力設(shè)備進(jìn)行調(diào)試驗收時，存在的主要問題是定位困難，回歸試驗多等[6]。為了提高變電站運行穩(wěn)定性，在設(shè)計調(diào)試驗收系統(tǒng)時，需要從軟件方面進(jìn)行優(yōu)化[7]。為了確保調(diào)試的準(zhǔn)確性，需要構(gòu)建變電站調(diào)試全信息回路圖，為調(diào)試提供重要依據(jù)。在構(gòu)建變電站調(diào)試全信息回路圖時，引入直接組網(wǎng)法，將圖紙資料與工具軟件看作一個整體，在系統(tǒng)運行過程中根據(jù)需要分層次展現(xiàn)調(diào)試信息，展現(xiàn)的內(nèi)容需要與SCD文件內(nèi)容一致[8]。在構(gòu)建過程中，需要針對紙質(zhì)的圖紙信息進(jìn)行數(shù)字化處理。通過數(shù)字加工法，導(dǎo)出通過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計軟件生成的圖紙，并針對電子表格進(jìn)行加工處理。以變電站虛端子表為例，其基本結(jié)構(gòu)為iedName+LDIshnfe/fs$InInst$da,Name，將虛擬端子位移名稱作為主鍵，其他信息作為附屬信息，以此形成具有唯一主鍵的數(shù)據(jù)表[9]。針對變電站中的海量數(shù)據(jù)信息，為了避免數(shù)據(jù)重復(fù)，通過聚類方式篩選重復(fù)數(shù)據(jù)信息，其表達(dá)式為

式中：μ為聚類中心；Si為數(shù)據(jù)信息類型集合特征值；x為數(shù)據(jù)信息類型集合。

對數(shù)據(jù)信息聚類，并將重復(fù)信息剔除，確保構(gòu)建的變電站調(diào)試全信息回路圖中具備更高利用價值的信息[10]。構(gòu)建的變電站調(diào)試全信息回路圖如圖2所示。在實際構(gòu)建回路圖時，注意其內(nèi)部信息標(biāo)準(zhǔn)制定應(yīng)統(tǒng)一，并且內(nèi)容需覆蓋變電站內(nèi)所有物理、邏輯信息傳輸回路。

圖2 變電站調(diào)試全信息回路圖示意圖

2.2 站內(nèi)系統(tǒng)后臺自動化調(diào)試及驗收

在完成變電站調(diào)試全信息回路圖的構(gòu)建后，將其作為基礎(chǔ)，針對變電站內(nèi)部各設(shè)備在系統(tǒng)的后臺完成自動化調(diào)試與驗收[11]。

變電站中遠(yuǎn)動機(jī)的調(diào)試和驗收具體步驟如下[12]：

第一步，初始化遠(yuǎn)動機(jī)，配置運行參數(shù)，并導(dǎo)出RCD轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系文件，為變電站調(diào)試全信息回路圖提供信息點表；

第二步，利用系統(tǒng)中的模擬變電站主站模塊完成變電運行項目配置，并導(dǎo)入相關(guān)文件信息[13]；

第三步，利用系統(tǒng)模擬子站模塊對遠(yuǎn)動機(jī)運行過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與RCD進(jìn)行靜態(tài)校驗，并通過IEC 164840短地址實現(xiàn)對后臺描述與主站描述信息內(nèi)容的對比，以此完成對遠(yuǎn)動機(jī)的校驗，并根據(jù)校驗結(jié)果進(jìn)行調(diào)試[14]。

完成遠(yuǎn)動機(jī)的調(diào)試和校驗后，針對變電站中用于電壓控制的設(shè)備，利用文章設(shè)計的系統(tǒng)對其進(jìn)行調(diào)試和驗收[15]，具體步驟如下：

第一步，在自動電壓控制裝置運行時，利用系統(tǒng)中的SCADA提供遙測、遙信數(shù)據(jù)，并將其作為驗收決策依據(jù)；

第二步，在調(diào)試過程中，應(yīng)用系統(tǒng)中的模擬工具對電壓控制設(shè)備進(jìn)行自動化驗收，根據(jù)AVC驗收需要，模擬SCADA數(shù)據(jù)。

通過上述操作，可以有效避免設(shè)備調(diào)試時出現(xiàn)反復(fù)操作，從而進(jìn)一步提高系統(tǒng)的調(diào)試和驗收效率。

3 系統(tǒng)運行效果

完全按照上述內(nèi)容完成系統(tǒng)設(shè)計，并將設(shè)計完成的系統(tǒng)應(yīng)用到真實的運行環(huán)境中，檢測系統(tǒng)運行效果。以某電力企業(yè)的變電站作為運行環(huán)境，為檢測系統(tǒng)的調(diào)試驗收精度設(shè)置多個負(fù)載電流條件，分別進(jìn)行調(diào)試及驗收。將變電站電力設(shè)備運行相位測量過程中產(chǎn)生的偏差作為評價指標(biāo)，若測量偏差過大，說明設(shè)計的調(diào)試驗收系統(tǒng)精度低；若測量偏差在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，說明調(diào)試驗收系統(tǒng)具備良好的測量精度。

設(shè)置五種負(fù)載電流條件（分別為100 A、200 A、300 A、400 A和500 A），系統(tǒng)相位測量偏差計算式如下：

式中：δ為調(diào)試驗收系統(tǒng)的相位測量偏差；v為實際相位角度；v'為利用文章設(shè)計的調(diào)試驗收系統(tǒng)測量得到的相位角度。

根據(jù)上述公式，測量五種負(fù)載電流條件下的系統(tǒng)相位測量偏差。已知，該電力企業(yè)為確保變電站穩(wěn)定運行，對調(diào)試驗收提出的精度要求為相位測量偏差不超過-0.50～+0.50°?；谶@一要求，記錄不同負(fù)載電流條件下的系統(tǒng)的相位測量偏差，并將記錄數(shù)據(jù)繪制成表，如表1所示。

表1 調(diào)試驗收系統(tǒng)相位測量偏差記錄表

從表1中可以看出，在不同的負(fù)載電流運行條件下，文章設(shè)計的調(diào)試驗收系統(tǒng)的相位測量偏差均小于規(guī)定范圍（-0.50～+0.50°），具備極高的運行精度。同時，在研究過程中發(fā)現(xiàn)，將這一調(diào)試驗收系統(tǒng)應(yīng)用到實際的變電站運行環(huán)境中，不會受變電站復(fù)雜運行環(huán)境的影響，能夠始終保持高精度的運行，調(diào)試驗收系統(tǒng)運行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也能夠為變電站的精細(xì)化管理提供更有力的數(shù)據(jù)支撐條件。

4 結(jié)束語

為了實現(xiàn)變電站的智能化和自動化發(fā)展，需要針對其調(diào)試驗收設(shè)計一種全新的系統(tǒng)，并通過實際應(yīng)用分析系統(tǒng)運行效果驗證系統(tǒng)的運行精度。由于與變電站相關(guān)的研究具備極強(qiáng)的綜合性，針對相關(guān)系統(tǒng)的研究和完善，能夠?qū)Ξ?dāng)前快速發(fā)展的供配電工程起到極大的促進(jìn)作用。

基于未來變電站建設(shè)和發(fā)展的需要，在后續(xù)的研究中，還需要以提高調(diào)試驗收系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性及安全性為研究目標(biāo)，從系統(tǒng)的運行與維護(hù)方面入手，將調(diào)試驗收系統(tǒng)與相關(guān)輔助設(shè)備進(jìn)行充分融合，在確保調(diào)試驗收精度的同時，提高工作效率。