500kV變電站無人值班自動化控制分析

周 玲，王進考，王建樹

（國網河北省電力公司檢修分公司，河北石家莊 050000）

從實踐的角度分析，500kV變電站不僅可以作為電力配送的主要環節，還能夠成為電網建設的重要環節，因此，應加強500kV變電站的建設。如今，隨著我國電力行業的快速發展和斷路器操作技術的日益成熟，電氣自動化的發展方向必然是無人值班、無電纜溝通和無房屋建筑等。下文對變電站自動化技術進行分析。

1 500kV變電站自動化技術

我國目前500kV變電站自動化采用的基本上都是站內監控，站內監控主要以運動數據采集及其控制作為前提，將電網調度控制和電網保護分別作為兩個獨立的環節實施。

1.1 自動控制系統

在對變電站自動控制系統進行運用的過程中，為了滿足“無人值班”的要求，設計控制系統時遵循三個基本原則:

(1)監控系統設計過程中必須采用網絡分布結構，而站控層網絡采用單網配置TCP/IP協議，在監控系統的間隔層采用現場總線或以太網，為了保證監控范圍和效果，其網路主要采用光纖或雙絞線作為媒介［1］。

(2)根據變電站無人值班的實際情況，監控系統的監控范圍也應進行詳細劃分。一般500kV變電站監控系統的監控范圍包括電壓斷路器、基地開關、隔離開關、主變中性點、無功補償投切、主變分接頭的調節、電源設備的占用、直流與USP系統以及通信設備、通信電源和報警系統等。

(3)必須保證監控系統能夠對站內的所有設備進行實時監控，并且能夠對監控數據進行集中采集和處理，對于采樣交流活動則主要以電氣信號模擬量的采集為基礎進行。為了提高報警信號的強度，測控原件的輸入應該采用硬接點方式，GPS裝置就可以對站內的站控層和間隔層進行同步保護。

1.2 自動化技術中的二次設備分布與USP系統

500kV變電站自動化控制系統中的二次設備主要采用集中布置模式，對于繼電器和監控設備的分布，既可以將二者集中在一個空間內，也可以隔開布置。500kV變電站二次設備的結構、外殼顏色和外形都采用統一樣式，有利于對裝置和監控設備及測控系統的合理選擇［2］。一般來說，變電站設置了不間斷交流電源系統，即UPS系統，容量約在3 kVA。用UPS系統作為變電站的監控系統、機電保護裝置等重要設備的二次電源，可以防止出現停電故障。

1.3 變電站無人值班自動電壓無功控制

電壓是衡量電能質量的一項不可或缺的指標。影響電壓的因素有很多，其中無功對電壓影響較大，因為無功不足或者過大會導致系統電壓不穩定，出現下降或者上升，最終會導致減壓崩潰。因此，在500kV變電站無人值班自動化控制中要重視對電壓的控制，實質上，AVQC功能已經成為衡量變電站自動化水平的重要標志之一［3］。一般來說，AVQC功能的控制和管理必須按照相應的電壓等級和區域進行分級控制和管理，在實施過程中可以通過投切電抗器、電容器和調節變壓器等方式實施。

AVQC功能有三種重要的模式，分別是閉環模式、半閉環模式、開環模式。開環模式主要是指對于需要的調整只給出相應提示，最終的操作由人工進行;半閉環模式是指相對而言考慮較多的是自動投切電容器和電抗器，對于調整變壓器分接頭則只給出一定提示;閉環方式則是進行全自動調整，并且全自動的調節范圍是預先設定的。

1.4 500kV變電站自動化系統網絡結構

在500kV變電站自動化系統中一共有三種網絡結構，分別是三層設備兩層網結構、兩層設備兩層網結構和兩層設備單層結構［4］。不同的網絡結構擁有不同的特點和作用。

(1)三層設備兩層網結構

在三層設備兩層網結構中，設備主要分為數據的采集層、前置機層和后臺主機層。其中，數據采集層主要是指I/O測控單位，分散布置在各保護小間之內;前置機層包括前置處理機和通信管理機，設置位置既可以在保護小間內，也可以在控制室或者計算機室;后臺主機包含的設備主要是后臺機系統各工作站和打印機，這些設備的放置與前置機層的設備放置相同。三層設備之間的通信可以通過現場總線網和計算機數據網實現。

前置機的功能相對強大，設置方式可以分為集中設置和分散設置。每種設置方式都有各自的優勢，例如，前置集中設置的優點包括可以共用、數量相對較少、系統的成本較低等。

(2)兩層設備兩層網結構

一般而言，可以將兩層設備分為數據采集層和后臺主機采集層，其中的數據采集層設備可以布置在各保護小間內，后臺主機層設備可以布置在控制室和計算機室［5］。數據采集層和后臺主機采集層之間可以通過多主機工作方式現場總線網實現相互通信，后臺主機層的設備通過計算機數據網進行通信，保護小間則采用光纖連接到控制室。

兩層網絡結構的最大特點就是結構簡單明了，成本較低，然而，一旦后臺采用主機兼操作員工作站或現場總現是單線，就會因其采用的是集中式數據，而出現主機故障時整個自動化系統全部癱瘓狀態，并且修復期間的相關數據沒有記錄和保存的載體，操作過程中需要的同步功能也無法實現。因此，為了避免這種現象的發生，必須對現場總線網按電壓等級或者功能進行冗余配置，主機按功能設置并采用冗余設置可以增強自身的可靠性。

(3)兩層設備單層網結構

兩層設備單層網結構包含數據采集層和后臺主機層，保護小間內的I/O測控單元和控制室的后臺主機層之間通過計算機數據網進行通信，保護小間采用光纖連接到控制室。

單層網結構的特點為測控單元與后臺主機之間的聯系是通過計算機數據網進行通信的，這就充分說明了現場總線網和數據網各有特點，不能說哪一個更具優勢?，F場總線網在監視與控制過程中更加重視設備的實時性、安全性和可靠性，在通信過程中是每隔幾秒發送一次數據，其發送頻繁且通信量較大。相應地計算機網主要在辦公自動化和通信領域進行應用，其也具有高通信率的特點，但是不能頻繁的發送。

2 結束語

隨著自動控制系統和網絡化二次設備在變電站的廣泛應用，必須了解和認識變電站無人值班自動電壓無功控制以及500kV變電站自動化系統網絡結構，只有掌握了變電站自動化系統的構成和自動電壓的無功控制，才能促進變電站無人值班自動化控制的發展。

［1］孫純軍，萬炳才，褚 農.500kV變電站無人值班設計思路和試點技術［J］.華東電力，2008，(01):5-8 .

［2］盧 波，戚宏偉，趙海生.500kV無人值班變電站監控防誤閉鎖的實現［J］.華東電力，2008，(01):20-23.

［3］朱海峰，周詠，楊 洪.500kV無人值班變電站與遠方控制中心通信的探索與實踐［J］.華東電力，2008，(01):38-40.

［4］謝恩彥，潘勇偉，何鳴一，趙宗強.500kV無人值班站集控系統保護通信和遠方操作功能設計與實現［J］.華東電力，2008，(01):47-51.

［5］唐 蕾，陳維榮，劉會平，姜志玲.變電站多媒體視頻監控系統中的電話語音報警技術［J］.電力系統自動化，2002，26(18):57-60.