微機綜合自動化在牽引變電所中的應用

摘 要:本文針對牽引變電所的特點，討論了保護單元獨立，多微機監管，以網絡構成綜合自動化系統的方案。保護的獨立，能快速可靠實現變電所保護;用網絡構成綜合系統實現資源共享。

關鍵詞:牽引變電所綜合自動化保護監控。

中圖分類號:U22文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)05(c)-0093-01

引言

近幾年，牽引變電所綜合自動化技術發展迅速，在牽引變電所得到廣泛應用，產品更新換代及設計定型越來越快，逐漸走向成熟。牽引變電所綜合自動化系統，是自動化系統技術的綜合系統，它包括操作控制、微機保護、故障測距、故障錄波，電能計算、遠動功能、電壓無功控制調整等功能。綜合自動化技術的使用，使牽引變電所可以快速處理故障迅速恢復系統工作，使正常運行狀態、信息的監測及操作界面更清晰、簡單，增加防止誤動、誤操作軟件控制，改善了運行人員的工作條件，實現了變電所無人或少人值班，提高了運行效率。

1 綜合自動化系統的結構形式

隨著變電所的功能日益加強，為實現控制功能、在線顯示功能、測量功能、和記錄功能、電能計量功能、電壓無功調整功能等，綜合自動化系統以多微機系統構成，設有上位綜合控制機、電壓無功調整機、監控管理機等各部分，以CAN網或LON網將各單元連接。監控管理機監管控制操作、中央信號及重合閘投切等功能。遠動功能由控制中心發送命令至上位綜合控制機，再由上位綜合控制機根據命令要求傳送給相應監控管理機執行。正常運行時，監控管理機從保護單元數據采集處取數據進行電量計算，然后將電量數據送上位綜合控制機。電能計量在監控管理機中對電能脈沖變送器計數采集計算獲得。電壓無功調整單元數據可從網上獲得，達到資源共享的目的。

在綜合自動化系統中，由于保護具有的特殊地位，應使保護具有獨立性，一是保護的獨立，保護的運行與其它信息通信、測量、監控無關。二是CPU獨立，保護從單一CPU完成多種保護發展到單一CPU完成多個開關的保護，再發展到單個開關保護由獨立CPU完成。三是保護電源獨立，不與其它保護、其它單元共用電源。保護本身的完全獨立是微機保護安全性、可靠性的基礎。

保護單元與監控管理單元之間選用串行通信方式，這種方式既容易實現又具有可靠性，保護和監控的控制輸出用同一控制出口回路，保護用電量和監控測量用電量采用保護單元同一PT、CT電量信號，可達到簡化二次接線的目的;保護分別由單片機構成，保證保護單元的獨立性，監控單元管理保護、操作、信號，用80486工業控制機構成。保護單元執行輸出、采集數據、信號量計算和保護動作判別。對于一些復雜的控制、諧波分析、故障點測量都可轉換到監控管理單元而完成，減輕保護單元CPU負擔。

2 牽引變電所綜合自動化系統功能配置

變電所綜合自動化系統功能配置主要以完成保護、電能計算、監控為目的，考慮系統可靠性、靈敏度、實時性等要求來合理配置系統功能。正常運行時，隨時在線監測牽引網運行、設備運行狀況。故障時，快速采集、處理故障數據，保護動作迅速消除故障，使故障限制在最小范圍內。同時完成牽引電網的在線計算、存儲、統計、分析報表、遠傳和保證電能質量的自動和遙控調整等功能。

2.1 保護監控單元

保護應獨立結構，利用單片機分別構成饋線距離保護、母線差動保護、變壓器差動保護、電容保護等單元。用工業控制機構成保護監控管理機。監控管理機通過串口對保護單元直接監視和定時巡回監測，如果檢測不到信號則認為保護單元故障，立即提醒值班人員注意。監控管理機控制軟壓板，控制保護的投切功能。監控管理機通過串口可隨時巡查或設定保護子機整定值、保護投切、在線運行參數、開關運行狀態，采集自檢、自診斷參數、同步時鐘等。保護動作出口獨立，遠方和當地操作可在監控管理機上操作，將命令經過串口送至保護單元執行。監控出口繼電器和保護出口繼電器可合二為一，減少出口繼電器重復、節省電纜。保護單元動作后，通知監控管理機操作重合閘的投撤及重合閘的啟動，做故障記錄，計算保護動作參數、短路參數。監控管理機根據運行參數和運行狀態給出中央信號。電量數據由保護單元在不影響保護動作的情況下，向監控管理機傳送測量數據，在線計算電能量，達到資源共享、簡化設計、節省電纜，簡化設備的目的。

2.2 電壓無功綜合控制

電壓無功綜合控制單元的作用是維持電壓波動范圍和優化補償，實現對有載調壓變壓器分接頭及無功補償裝置的綜合調節。其電網補償判決數據可從網上電容、差動保護監控管理機單元獲得，針對功率因數低、負序大、諧波含量高及隨機波動性大的牽引供電系統，廣泛應用TSC技術實現快速響應和平滑無沖擊地投切電容器。

2.3 系統的監控功能

上位綜合控制機完成系統的綜合監控功能，包括整個變電所監視、控制、記錄、遠動等功能。上位綜合控制機和監控管理機在主要功能上互為備用設計，上位機故障時，由監控管理機完成主要功能。

監視功能包括:正常運行電量、開關位置狀態、主變電能脈沖計量數據、中央信號的顯示。正常時，保護采集量送給監控管理機作電量計算，監控管理機根據保護單元信號產生開關位置信號及中央信號。上位機通過網絡從監控管理機可獲得電量數據、開關信號、中央信號，發現預告和事故信號，進行提示報警。

控制功能包括:完成開關的當地控制和遠方控制功能。通過在上位綜合控制機操作，實現對本變電所斷路器、隔離開關的操作。當地監控和遙控操作時，應閉鎖自動重合閘，且將當地和遠方相互閉鎖，防止誤操作。為防止誤操作，還應將控制開關的合斷分選擇、執行兩步完成。

記錄功能包括:操作記錄、事件順序記錄、故障記錄。正常運行時操作內容、運行參數和開關位置信號記入運行數據庫，以便進行分析。故障記錄采用保護動作啟動，監控管理機啟動重合閘、上位機根據保護動作的參數和信號分別做故障記錄，并將記錄送控制中心。

遠動功能:上位綜合控制機接受控制中心發送的遠動命令，根據命令要求將具體的控制令轉入相應被控監控單元實現操作控制和數據采集。上位綜合控制機同時將變電所中開關信號、電量數據返回控制中心。

3 可靠性措施

在綜合自動化系統中，由于自動化程度高，要求設備可靠性非常高。

(1)采取保護單元電源應增加濾波、穩定措施，使得主要保護單元的獨立，電源獨立。

(2)采取硬件可靠性措施，各保護單元均設有“看門狗”電路，硬件出口可靠閉鎖，保護出口繼電器設失電保護、出口檢查，上電自檢自復位。

(3)采取軟件可靠性措施，軟件模塊化、標準化，各單元程序自檢、自診斷，保護單元自檢內部軟件、存儲器、采集通路。

(4)采取保護監控單元有事故預告、故障報警功能，同時上位綜合控制機兼有預告報警功能，并能夠將事故信號通知控制中心。可以提示故障早發現，避免發生重大事故。