芻議變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

林驚濤 林驚奇

摘要:變電站綜合自動(dòng)化對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化,提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平起到很大的促進(jìn)作用,它將能大大加強(qiáng)電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性,對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。

關(guān)鍵詞:變電站;綜合自動(dòng)化系統(tǒng);探討

1概述

隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展,綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng),同時(shí)讓系統(tǒng)具有檢查、故障錄播、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等更強(qiáng)的保護(hù)功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),是電力系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢(shì)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前,從國(guó)內(nèi)外變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展情況而言,變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)大致存在以下幾種結(jié)構(gòu)。

2.1 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能的多臺(tái)計(jì)算機(jī)單機(jī)功能設(shè)備,將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分散給多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成,分布模式一般按功能設(shè)計(jì),采用主從CBU系統(tǒng)工作方式,多CBU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件能力,解決了CBU運(yùn)算處理的瓶頸問(wèn)題。各功能模塊(通常是多個(gè)CBU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,選用具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。分布式結(jié)構(gòu)方便于系統(tǒng)擴(kuò)展與維護(hù),局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式安裝上可以形成集中組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu),較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自問(wèn)世以來(lái)顯示出強(qiáng)大的生命力。不足之處就是:目前,還存在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上等問(wèn)題需要研究、解決。

2.2 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其中的I/O接口,集中采集變電站的模擬和數(shù)量等信息,集中進(jìn)行計(jì)算和處理,分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能;由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測(cè)等功能,后臺(tái)機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通信等功能。目前,國(guó)內(nèi)許多廠家采用的多屬于這種結(jié)構(gòu)方式,這種結(jié)構(gòu)有以下不足。

(1)前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多,降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,若前置機(jī)出現(xiàn)故障,將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能。

(2)軟件復(fù)雜,修改工作量大,系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。

(3)組態(tài)不靈活,對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站,軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì),工作量大并且擴(kuò)展一些自動(dòng)化需求的功能較難。

2.3分層分布式結(jié)構(gòu)

按變電站的控制層次和對(duì)象設(shè)置全站控制級(jí)——變電站層(站級(jí)測(cè)控單元)和就地單元控制級(jí)——間隔層(間隔單元)的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。也可分為三層,即變電站層、通信層和間隔層。

這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯優(yōu)點(diǎn)。

(1)可靠性高,任何一部分設(shè)備出現(xiàn)故障只會(huì)影響局部,即將“危險(xiǎn)”分散。當(dāng)站級(jí)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)部分出現(xiàn)故障,只影響到監(jiān)控部分,而最重要的保護(hù)、控制功能在段級(jí)仍可正常運(yùn)行;段級(jí)的任一智能單元損壞不會(huì)導(dǎo)致全站的通信中斷,比如,長(zhǎng)期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)。

(2)可擴(kuò)展性和開(kāi)放性較高,利于工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

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

3通信方式

目前,國(guó)內(nèi)常采用以太網(wǎng)通信方式,在以太網(wǎng)出現(xiàn)之前,無(wú)論RS——232C、EIA+——422/485都無(wú)法避免通信系統(tǒng)煩瑣、通信速度緩慢的缺陷。現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用在一定程度上滿足了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信的需求,但在系統(tǒng)容量較大時(shí)這種滿足依然顯得捉襟見(jiàn)肘,而以太網(wǎng)的應(yīng)用,使通信問(wèn)題迎刃而解。常見(jiàn)的通信方式有以下幾種。

(1)監(jiān)控機(jī)模式,主要是用于220～500kV變電站,在實(shí)現(xiàn)上可以是雙控機(jī)+雙服務(wù)器方支撐/電以太網(wǎng)。

(2)單以太網(wǎng),雙,單監(jiān)控機(jī)模式。

(3)雙LON網(wǎng),雙監(jiān)控機(jī)模式。

(4)單LON網(wǎng),雙/單監(jiān)控機(jī)模式。

4變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能

4.1微機(jī)保護(hù)

是指對(duì)站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù),包括線路保護(hù)、變壓器保護(hù)、母線保護(hù)、電容器設(shè)備自投、低頻減載等安全自動(dòng)裝置。各類保護(hù)應(yīng)具下列功能。

(1)故障記錄。

(2)儲(chǔ)存多套定值。

(3)顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ怠?/p>

(4)與監(jiān)控系統(tǒng)通信。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息,動(dòng)作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號(hào)。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值,校對(duì)時(shí)鐘等命令,通信采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

4.2數(shù)據(jù)采集及處理功能

(1)狀態(tài)量采集。采集的狀態(tài)量包括:斷路器狀態(tài)、隔離開(kāi)關(guān)狀態(tài)、變壓器分接頭信號(hào)、變電站一次設(shè)備告警信號(hào)、事故跳閘總信號(hào)、預(yù)告信號(hào)等。目前,這些信號(hào)大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng),也可以通過(guò)通信方式獲得。

(2)模擬量采集。常規(guī)變電站采集典型模擬量包括:各段母線電壓,線路電壓、電流和有功、無(wú)功功率值,饋線電流、電壓和有功或無(wú)功功率值等。

4.3事件記錄和故障錄波測(cè)距

事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動(dòng)作序列記錄,開(kāi)關(guān)跳合記錄。

變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn),一是集中式配置專用故障錄波器,并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信;另一種是分散型,即由微機(jī)保護(hù)裝置作記錄及測(cè)距計(jì)算,再將數(shù)字化波型及測(cè)距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)有監(jiān)控系統(tǒng)儲(chǔ)存和分析。

4.4控制和操作功能

操作人員可通過(guò)后臺(tái)機(jī)屏幕對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、變壓器分接頭、電容器組頭等進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)無(wú)法操作被控設(shè)備,在系統(tǒng)設(shè)討時(shí)應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。

4.5系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能,并把數(shù)據(jù)送往后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。同時(shí),裝置本身應(yīng)具有實(shí)時(shí)自檢功能,方便維護(hù)與維修,可對(duì)其部分采用查詢標(biāo)準(zhǔn)輸入檢測(cè)等方法實(shí)時(shí)檢查,能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷并給出提示,指出故障位置。

4.6數(shù)據(jù)處理和記錄

歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容,它包括上一級(jí)調(diào)度中心、變電管理和保護(hù)中要求的數(shù)據(jù),豐要有以下幾項(xiàng)。

(1)斷路器動(dòng)作次數(shù)

(2)斷路器切除故障時(shí)截?cái)嗳萘刻l操作次數(shù)的累計(jì)數(shù)。

(3)輸電線路的有功、無(wú)功,變壓器的有功、無(wú)功,母線電壓定時(shí)記錄的最大、最小值及時(shí)間。

(4)獨(dú)立負(fù)荷有功、無(wú)功,每天的峰谷值及其時(shí)間

(5)控制操作及修改整定值的記錄。

根據(jù)需要,該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn),也可在遠(yuǎn)動(dòng)操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。

4.7人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能,自診斷信息也像被采集的數(shù)據(jù)一樣,能夠周期性地被送往后臺(tái)機(jī)和調(diào)度中心或操作控制中心并與遠(yuǎn)方控制中心進(jìn)行通信。

4.8 “四遙”功能

本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)“四遙”的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測(cè)距信號(hào)的遠(yuǎn)傳等功能,其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng),還具有同調(diào)度中心對(duì)時(shí)、統(tǒng)一時(shí)鐘的功能和當(dāng)?shù)剡\(yùn)行維護(hù)功能。

5結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)是一個(gè)不可分割的整體,綜合利用整個(gè)電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息,對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站綜合自動(dòng)化是一項(xiàng)提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平,降低運(yùn)行維護(hù)成本,提高經(jīng)濟(jì)效益,向用戶提供高質(zhì)量的電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。