變電站綜合自動化技術(shù)分析

摘要:隨著數(shù)字化保護設(shè)備的成熟及廣泛應(yīng)用，調(diào)度自動化系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，變電站自動化系統(tǒng)已被電力系統(tǒng)用戶接受使用，本文對變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能及結(jié)構(gòu)模式進行了分析。

關(guān)鍵詞:變電站;自動化

1引言

變電站綜合自動化系統(tǒng)大致有兩方面的原則:一是中低壓變電站采用自動化系統(tǒng)，以便更好地實施無人值班，達到減人增效的目的;二是對高壓變電站(220kV及以上)的建設(shè)和設(shè)計來說，是要求用先進的控制方式，解決各專業(yè)在技術(shù)上分散、自成系統(tǒng)，重復(fù)投資，甚至影響運行可靠性。并且在實際的工程中尚存在以下主要問題:

功能重復(fù)，表現(xiàn)在計量，運動和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測系統(tǒng)所用的變送器各自設(shè)置，加大CT，PT負(fù)載，投資增加，并且還造成數(shù)據(jù)測量的不一致性;運動裝置和微機監(jiān)測系統(tǒng)一個受制于調(diào)度所，一個是服務(wù)于當(dāng)?shù)乇O(jiān)測，沒有做到資源共享，增加了投資且使現(xiàn)場造成復(fù)雜性，影響系統(tǒng)的可靠性。

缺乏系統(tǒng)化設(shè)計。而是以一種“拼湊”功能的方式構(gòu)成系統(tǒng)，致使整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)不高，部分功能及系統(tǒng)指標(biāo)無法實現(xiàn)。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)的功能

微機保護:是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護應(yīng)具有下列功能:故障記錄;存儲多套定值;顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?與監(jiān)控系統(tǒng)通信臺根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息，動作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號。接收監(jiān)控系統(tǒng)，選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

數(shù)據(jù)采集。包括狀態(tài)數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)

狀態(tài)量采集。狀態(tài)量包括:斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號及變電站一次設(shè)備告警信號等。目前這些信號大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。

保護動作信號則采用串行口(RS-232或RS485)或計算機局域網(wǎng)通過通信方式獲得。

模擬量采集。常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括:各段母線電壓，線路電壓，電流和功率值。饋線電流，電壓和功率值，頻率，相位等。此外還有變壓器油溫，變電站室溫等非電量的采集。

模擬量采集精度應(yīng)能滿足SCADA系統(tǒng)的需要。

脈沖量。脈沖量主要是脈沖電度表的輸出脈沖，也采用光電隔離方式與系統(tǒng)連接，內(nèi)部用計數(shù)器統(tǒng)計脈沖個數(shù)，實現(xiàn)電能測量。

事件記錄和故障錄波測距。事件記錄應(yīng)包含保護動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。其SOE分辨率一般在1ms～1Oms之間，以滿足不同電壓等級對SOE的要求。

控制和操作閉鎖。操作人員可通過CRT屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進行遠方操作。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)具有以下內(nèi)容:電腦五防及閉鎖系統(tǒng);根據(jù)實時狀態(tài)信息，自動實現(xiàn)斷路器，刀閘的操作閉鎖功能;操作出口應(yīng)具有同時操作閉鎖功能;操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能。

同期檢測和同期合閘。該功能可以分為手動和自動兩種方式實現(xiàn)。可選擇獨立的同期設(shè)備實現(xiàn)，也可以由微機保護軟件模塊實現(xiàn)。

電壓和無功的就地控制。無功和電壓控制一般采用調(diào)整變壓器分接頭，投切電容器組，電抗器組，同步調(diào)相機等方式實現(xiàn)。操作方式可手動可自動，人工操作可就地控制或遠方控制。

無功控制可由專門的無功控制設(shè)備實現(xiàn)，也可由監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)保護裝置那量的電壓，無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實現(xiàn)。

3 變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)及模式

目前從國內(nèi)、外變電達綜合自動化的開展情況而言，大致存在以下幾種結(jié)構(gòu):

分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分布式處理。這是一種較為理想的結(jié)構(gòu)，要做到完全分布式結(jié)構(gòu)，在可擴展性、適用性及開放性方面都具有較強的優(yōu)勢，然而在實際的工程應(yīng)用及技術(shù)實現(xiàn)上就會遇到許多目前難以解決的問題，如在分散安裝布置時，惡劣運行環(huán)境、抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上存在的問題等等，就目前技術(shù)而言還不夠十分成熟，一味地追求完全分布式結(jié)構(gòu)，忽略工程實用性是不必要的。

集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的硬件裝置、數(shù)據(jù)處理均集中配置，采用由前置機和后臺機構(gòu)成的集控式結(jié)構(gòu)，由前置機完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護、控制及監(jiān)測等功能，后臺機完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠方通訊等功能。目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)有以下不足:前置管理機任務(wù)繁重、引線多，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，即在前置機故障情況下，將失去當(dāng)?shù)丶斑h方的所有信息及功能，這種結(jié)構(gòu)形成的原由是變電站二次產(chǎn)品早期開發(fā)過程是按保護、測量、控制和通信部分分類、獨立開發(fā).沒有從整個系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)思想下進行，隨著技術(shù)的進步及電力系統(tǒng)自動化的要求，在進行變電站自動化工程的設(shè)計時，大多采用的是按功能\"拼湊\"的方式開展，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的性能指標(biāo)下降以及出現(xiàn)許多無法解決的工程問題。

站工程師工作臺(EWS):可對站內(nèi)設(shè)備進行狀態(tài)檢查、參數(shù)整定、調(diào)試檢驗等功能，也可以用便攜機進行就地及遠端的維護工作。

上面是按大致功能基本分塊，硬件可根據(jù)功能及信息特征在一臺站控計算機中實現(xiàn)，也可以兩臺雙備用，也可以按功能分別布置，但應(yīng)能夠共享數(shù)據(jù)信息，具有多任務(wù)時實處理功能。

段級在橫向按站內(nèi)一次設(shè)備(變壓器或線路等)面向?qū)ο蟮姆植际脚渲茫诠δ芊峙渖希局M量下放的原則，即凡是可以在本間隔就地完成的功能決不依賴通訊網(wǎng)，特殊功能例外，如分散式錄波及小電流接地選線等功能的實現(xiàn)。

這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)其有以下明顯的優(yōu)點:

可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，即將\"危險\"分散，當(dāng)站組系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而最重要的保護、控制功能在段級仍可繼續(xù)運行;段級的任一智能單元損壞不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷，比如長期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)。

可擴展性和開放性較高，利于工程的設(shè)計及應(yīng)用。

站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也簡化了調(diào)試維護。

基本的模式c

基本配置。①集中處理集中布置:將集控式屏、臺都集中布置在主控制室。C②分布處理集中布置:將分布式單功能設(shè)備集中組屏仍集中布置在主控制室。③分布處理分散布置:將分布式單功能設(shè)備布置在一次設(shè)備的機柜內(nèi)或采用就地就近組屏分散設(shè)置的方式。

基本模式。①對于新建變電站的自動化系統(tǒng)的設(shè)計方式:對于容量較大、設(shè)備進出線回路數(shù)較多、供電地位重要且投資較好的變電站，可采用分層分布式結(jié)構(gòu)的雙機備用系統(tǒng)，輔之相應(yīng)的保護、測量、控制及監(jiān)測功能，并完成遠方RTU的功能。

A.對于容量較小，主接線簡單，供電連續(xù)性要求不高的變電站，宜取消常規(guī)的配置及前置機，采用單機系統(tǒng)，完成保護、測量、控制等功能的管理，并完成遠方RTU的功能。

②對于擴建及改造現(xiàn)有的按常規(guī)二次系統(tǒng)設(shè)計的自動化系統(tǒng)設(shè)計方式:

A.改造項目可采用新配置的具有三遙(或四遙)功能的RTU，完成對老站保護動作信息、設(shè)備運行狀態(tài)及部分功能的測量，并對原有的常規(guī)二次設(shè)備進行必要的改造或RTU增加數(shù)據(jù)采集板，使之能與增設(shè)的自動化設(shè)備構(gòu)成整體。

B.當(dāng)擴建項目的范圍較大，用戶對自動化的要求較高，投資又允許時，通常采用自動化系統(tǒng)方案。