110KV變電站綜合自動化系統(tǒng)分析探討

饒勇 安永璐 段延生

(陜西陜焦化工有限公司,陜西富平 711712)

110KV變電站綜合自動化系統(tǒng)分析探討

饒勇 安永璐 段延生

(陜西陜焦化工有限公司,陜西富平 711712)

本文通過對陜焦公司110KV變電站綜合自動化系統(tǒng)及變電站綜合自動化有關(guān)的技術(shù)要求和基本的功能配置,結(jié)合110KV變電站自動化的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀,并對電網(wǎng)、變電站系統(tǒng)控制、結(jié)構(gòu)模式等方面進行分析探討。

110KV變電站 綜合自動化 智能監(jiān)控 變壓器 數(shù)字化

1 前言

陜焦公司110KV變電站綜合自動化是利用先進的計算機、電子、通信和數(shù)字信號處理(DSP)等技術(shù),實現(xiàn)對變電站主要設(shè)備和配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護以及與調(diào)度通信等綜合性自動化功能。它綜合了變電站內(nèi)除交直流電源以外的全部二次設(shè)備功能,110KV變電站由原35KV提高到110KV,該系統(tǒng)是由110KV降壓變的110KV進線側(cè)至10KV出線側(cè),該站包括;調(diào)度管理系統(tǒng)、遠程系統(tǒng)、電能計量系統(tǒng),提高了變電站的可控性,進而要求更多地采用遠方集中控制、操作,反映事故措施等,既采用智能監(jiān)控的管理模式,變電站綜合自動化系統(tǒng)做為一項新的電網(wǎng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于陜焦各生產(chǎn)系統(tǒng)的動力供電。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能的實現(xiàn)

110KV變電系統(tǒng)接入方案:①110KV變電站系統(tǒng)有兩個回路;Ⅰ回路從110KV孫塬變電站接入,Ⅱ回路由110KV惠塬變電站接入。②主變?nèi)萘?主變裝設(shè)2×31．5MVA(110/10kV),有載調(diào)壓變壓器。③出線:110KV 出線2個回路;10KV出線16個回路;電容器出線2個回路;預留一定備用出線,每臺變壓器低壓側(cè)安裝1×6Mvar并聯(lián)電容器。④電氣主接地:110KV接地采用單母分段接線,兩個主變間隔,兩個PT間隔,一個分段間隔。110KV側(cè)中性點成套保護設(shè)備接地。⑤10KV接線采用單母線分段接線,出線16通道,設(shè)有7個開閉所,各段分別由主變低壓供電,10KV進線采用硬母線進線,10KV出線電纜出線。每段母線裝設(shè)一套無功能自動補償裝置,各段母線上各裝設(shè)一臺80KVA站用變壓器所用電戶供電。⑥安全自動保護:110KV變電系統(tǒng)配置一面分段開關(guān)保護,柜內(nèi)包括分段開關(guān)保護及操縱箱。

3 變電站綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與控制

(1)數(shù)據(jù)采集:①狀態(tài)量采集: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。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。②模擬量采集: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。③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。

(2)事件記錄和故障波測距: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1～10ms之間,以滿足不同電壓等級對SOE的要求。變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實現(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,即由微機保護裝置兼作記錄及測距計算,再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析。

(3)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,保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)具有:①電腦五防及閉鎖系統(tǒng),②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。③操作出口應(yīng)具有同時操作閉鎖功能。④操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能。

(4)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)。

(5)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)保護裝置測量的電壓,無功和變壓器抽頭信號通過專用軟件實現(xiàn)。

(6)數(shù)據(jù)處理:記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容,包括上一級變電中心,變電管理和保護專業(yè)要求的數(shù)據(jù),主要有:①斷路器動作次數(shù)②斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數(shù)的累計數(shù),③輸電線路的有功、無功,變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大,最小值及其時間。④獨立負荷有功、無功,每天的峰谷值及其時間,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?shù)厝繉崿F(xiàn),也可在遠程調(diào)度中心實現(xiàn)。

(7)系統(tǒng)自珍斷功能:系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能,自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往各開閉所。

4 變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)及模式

110KV變電站分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu):被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的計算機單功能設(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。這里所談的‘分布’是按變電站資源110KV電壓,經(jīng)變壓器降為10KV后,分別傳送至各個開閉所,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)。(見圖1)。

圖1 110KV分布式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

按變電站的控制層次和對象設(shè)置全站控制級(站級)和就地單元控制級(段級)的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。站級系統(tǒng)大致包括站控系統(tǒng)(SCS)、站監(jiān)視系統(tǒng)(SMS)、站工程師工作臺(EWS)及同調(diào)度中心的通信系統(tǒng)(RTU)。站控系統(tǒng)(SCS):應(yīng)具有快速的信息響應(yīng)能力及相應(yīng)的信息處理分析功能,完成站內(nèi)的運行管理及控制(包括就地及遠方控制管理兩種方式),例如,事件記錄、開關(guān)控制及SCADA的數(shù)據(jù)收集功能。

站監(jiān)視系統(tǒng)(SMS):應(yīng)對站內(nèi)所有運行設(shè)備進行監(jiān)測,為站控系統(tǒng)提供運行狀態(tài)及異常信息,即提供全面的運行信息功能,如擾動記錄、站內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)、二次設(shè)備投入/退出狀態(tài)及設(shè)備的額定參數(shù)等。

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。

站級在橫向按站內(nèi)一次設(shè)備(變壓器或線路等)面向?qū)ο蟮姆植际脚渲?在功能分配上,本著盡量下放的原則,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)相比集中式變電系統(tǒng)而言,具有以下明顯優(yōu)點。

①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,當站級系統(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)導致全站的通信中斷。②可擴展性和開放性較高,有利于工程的設(shè)計及應(yīng)用。

5 變電站自動化系統(tǒng)新發(fā)展

110KV陜焦變電站,是把一體化的GIS設(shè)備和變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)綜合在一起,采用新型的光電傳感器取代傳統(tǒng)的電流、電壓互感器和10KV高壓室,由光纖接口替代了微機測控保護裝置的輸入輸出回路,使變電站自動化系統(tǒng)向過程層延伸和發(fā)展。110KV變電站應(yīng)用了計算機、現(xiàn)代通訊和光電技術(shù),使變電站自動化進一步提高。

智能化一次設(shè)備,被檢測信號回路和被控制的操作驅(qū)動回路,采用微處理器和光電技術(shù)設(shè)計,簡化了常規(guī)機電式繼電器及控制回路的結(jié)構(gòu),數(shù)字程控器及數(shù)字公共信號網(wǎng)絡(luò)取代傳統(tǒng)的導線連接。變電站二次回路中常規(guī)的繼電器及其邏輯回路被可編程序代替,常規(guī)的強電模擬信號和控制電纜被光電數(shù)字和光纖代替。

網(wǎng)絡(luò)化的變電站內(nèi)常規(guī)的二次設(shè)備,如繼電保護裝置、防誤閉鎖裝置、測量控制裝置、遠動裝置、故障錄波裝置、電壓無功控制、同期操作裝置以及正在發(fā)展中的在線狀態(tài)檢測裝置等全部基于標準化、模塊化的微處理機設(shè)計制造,設(shè)備之間的連接全部采用高速的網(wǎng)絡(luò)通信,二次設(shè)備不再出現(xiàn)常規(guī)功能裝置重復的I/O接口,通過網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、資源其享,常規(guī)的功能裝置在這里變成了邏輯的功能模塊。

110KV變電站運行管理自動化系統(tǒng),包括電力生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)、狀態(tài)記錄統(tǒng)計無紙化;數(shù)據(jù)信息分層、分流交換自動化;變電站運行發(fā)生故障時能即時提供故障分析報告,指出故障原因,提出故障處理意見;系統(tǒng)能自動發(fā)出變電站設(shè)備檢修報告,即常規(guī)的變電站設(shè)備“定期檢修”改變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”。

在110KV變電站自動化領(lǐng)域中,智能化電氣的發(fā)展,特別是智能開關(guān)、光電式互感器機電一體化設(shè)備的出現(xiàn),變電站自動化技術(shù)進入了數(shù)字化的新階段。在高壓和超高壓變電站中,保護裝置、測控裝置、故障錄波及其他自動裝置的I/O單元,如A/D變換、光隔離器件、控制操作回路等將割列出來作為智能化一次設(shè)備的一部分。反言之,智能化一次設(shè)備的數(shù)字化傳感器、數(shù)字化控制回路代替了常規(guī)繼電保護裝置、測控等裝置的I/O部分;在中低壓變電站則將保護、監(jiān)控裝置小型化、緊湊化,完整地安裝在開關(guān)柜上,實現(xiàn)了變電站機電一體化設(shè)計。

6 結(jié)語

通過上述對陜焦110KV變電站綜合自動化分析探討,可以看出變電所綜合自動化實現(xiàn)了電網(wǎng)自動化和現(xiàn)場運行管理現(xiàn)代化,將能大大加強電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性,數(shù)字化變電站系統(tǒng),是煤化工企業(yè)變電站的發(fā)展方向。