芻議變電站電氣自動化系統設計

楊善珍

（國網將樂縣供電公司）

1 引言

變電站自動化是電氣系統一個最重要的組成部分，是保證供電網絡安全運行的重要技術手段。隨著信息技術、網絡技術、遠程控制技術以及數字技術的高速發展并與電力技術的相互融入，現代化的變電站自動化系統能夠能夠實現對電力運行的控制、監測、保護以及通訊為一體的高度綜合化的運行系統，滿足現代化生產生活對變電站的全新需求。

近年來，我國科技生產水平急速上升，國內許多生產商已經初步能夠提供較為成熟的可用于變電站自動化系統建設的產品，這也使得變電站電氣自動化設計具有可行性，例如：近期福建省電力有限公司調控IES600 系統推行保護信息子站建設、遠方修改定值系統等，都是變電站自動化的實際應用。由于變電站保護綜自廠家產品參差不齊，也正是因為初步發展，從實踐結果看來還是存在一定的問題，例如跨廠家產品通訊規約不一致、維護困難、變電站遠動機數據處理能力不高、系統綜合化指標性能較低，需要進一步的完善。

本文主要論述了變電站電氣自動化設計、綜合設計的相關內容和原則以及本電力公司的實際應用情況，為變電所工程設計工作提出一些參考。

2 變電站電氣自動化系統設計原則及應用

目前，在我國國內對于變電站電氣自動化系統的設計原則通常有兩個方向：①主張電網調度的自動化與電氣設備的相互獨立，充分利用遠動數據采集和控制技術，同時實現站內監控。②主張將電網調度與電氣設備結合在一起進行充分的保護與控制，主要采用微機保護技術實現對電網運行數據的采集和控制。但從目前我國的相關管理方法、設備、技術的發展狀況來看，第一種設計原則要更為符合我國變電站的實際情況，因此，本文所提出來的變電站電氣自動化設計都是基于這種主張之上的。

2.1 一次系統設計原則

實現站內的監測與控制后，實際上對于原有的變電站的一次系統的接線情況沒有任何的影響，因此，在一次系統接線過程中應該仍舊按照原有變電設計標準方案進行設計，供電方案也參照原有方案標準。變配電站采用計算機監測與控制后，應發揮計算機的圖形顯示功能，并通過計算機一次接線圖實現一次設備的遙控、遙測、遙調、遙信的“四遙”功能，同時通過計算機微機防誤系統的程序設置來防止變電站操作人員的誤操作行為，以后臺監控計算機來取代了原先的模擬盤。這樣一來，實現變電站的無人值班也具有一定的可行性，可以大大的減少值班室所占有的空間，可以進一步精簡人員，節約成本。

對于一次系統的電氣接線設計包含以下幾個方面：主接線方式不變，在單線系統圖的設備型號說明中應注明采用計算機監測與控制系統后所增加的設備數量與型號，如電量變送器，電力監控器等；開關設計為自動開關，并且具有一定的遠程控制功能，也就是說，開關的運行狀態要納入到計算機的監控系統中，一般要有一對獨立的常開接點引入計算機監測與控制系統。低壓自動開關的型號設計時一定要注意滿足這一要求，多選一對常開輔助接點。

目前，將樂供電公司所轄的12 座變電站均實現了無人值班，為了更好的監控變電站的運行情況，2015年公司加快了變電站安消防集中監控的建設并納入調控中心進行集中監控。這為變電站無人值班奠定基礎。

2.2 二次系統設計原則

二次系統包含了監控、通信、遠動以及保護等系統，區別于電氣一次系統，因此，需要對二次系統進行各項的專項設計，包括對系統直流系統、站內元件保護、監控、遠動等各個細部的要求進行專門的設計。

二次系統的設計對于實現電氣系統的自動化有著至關重要的作用，二次系統設計包含以下幾種形式：

（1）在一次系統設計的基礎上設計一套開關柜內繼電保護重復的信號、計量與回路控制，但必須保證原有設計不受到影響。

（2）保持開關柜內的繼電保護，計量，信號與控制回路設計不變，但取消掉信號的計量的控制，集中保護的繼電保護屏，再將計量，信號與控制回路進入計算機監測與控制系統。

（3）保持開關柜內的繼電保護，計量，信號與控制回路設計不變，值班室的信號系統中所有的開關不進入到重要信號系統之中，而電源母線開關柜及所有出線開關柜的中央信號系統（信號、計量與控制）全部進入計算機監測與控制系統。

2.3 回路設計

回路設計也是電氣自動化系統設計中較為重要的一個部分，主要的回路設計包含有測量回路設計、控制回路設計以及信號回路設計。

測量回路設計：測量參數根據不同變電站的不同需求用戶自行設定，測量回路的主要目的是完成對整個電氣自動化系統各個數值的測量。由于實現了測量的自動化，監控單元均為交流采樣，電量變送器可以從整個系統中除去，繼而可以取消掉開關柜上的儀表測量。在設計過程中要優先的選用自帶供電電源的有源型，輸出為隔離型的脈沖電度表。電流回路電纜接線一般取4mm2銅芯電纜、電壓測量回路接線一般2.5mm2銅芯電纜。

控制回路設計：為實現對開關柜的遠程合分開關閘的功能，需要將繼電器監測和控制的輸出接點并入開關柜上的合分閘開關上，同時還應該設計遠程自動合分開關閘功能與手動開關之間的轉換方式，目前一般設計為在開關柜上柜門處設置“遠方/就地”切換把手硬接點信號通過保護裝置上傳至遠動機，對于10kV及以上的供配電系統進行控制回路設計時，應取消控制開關的對應接線，選用控制按鈕。對于所有監控體系中的所有手動開關閘或者按鈕都應該接入到計算機監控中某一個獨立的點中，當人工操作過程中，能夠產生一個開關的輸入信號，避免信號的重復和沖突或者是誤報。控制回路接線一般取2.5mm2銅芯電纜。

信號回路設計：信號回路中的信號地線需要與所有的常開接點連接，除了交流系統之外任何與監測、控制以及計算機相關的開關狀態，其常開接點需要接入到計算機。任何信號繼電器應該有一對常開接點接入控制系統。信號回路接線一般取1.5mm2銅芯電纜。

3 變電站綜合自動化系統設計

3.1 變電站綜合自動化系統的功能與優點

變電站綜合自動化系統將會實現電網運行過程中對電氣系統的最優運行方案，并且能夠進一步的提升電網運行的可靠性和穩定性。其主要功能有：對電氣設備進行狀態監控；自動保護機制，發生事故能夠迅速切斷故障；對高壓電氣設備的狀態監控。

自動化系統的優點主要體現以下幾個方面：①明顯的提升了變電站電網負載能力，提高了變電站的運行的穩定性，例如：保護裝置低頻減載、備自投聯切負荷等功能。②提升了變電站的電壓合格率，提升了供電質量，例如：AVC 自動調壓的應用。③有效的減少了普通變電站的占地面積，提升了資源利用率，節能環保。④降低了人工操作頻率，減少了工作人員的人力勞動。

3.2 結構形式設計

變電站綜合自動化系統可分為集中式、分層分布式、分散與集中結合式、完全分散式等結構形式。在不同的條件下應予以不同的結構方式設計。目前我公司所轄變電站自動化系統均采用分層分布式結構設計。

3.2.1 集中式結構

集中式結構的“集中”是指在數據的采集、計算與處理的集中，主要依靠于不同的PC 設備通過外圍接口擴展實現監控和保護。這種集中式的結構的所有功能并不是集中由一臺PC 設備控制的，往往是由多臺PC 組成的。這種結構的控制優點在于利用了電壓互感器以及電流互感器實現了對變電站內的電氣設備的運行狀態傳送，并與主要計算機進行通信和數據傳輸，在這結構下，值班人員可以在主計算機端口來操作站點內的電氣設備，同時系統具有很強的自動保護和恢復功能。相對而言，這種結構式的設計相對簡單，所采用的設備較為普遍，維護技術也相對簡單，十分適合小型變電站綜合化改造或者新建小型變電站。

3.2.2 分層分布式結構

將變電站信息量的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三層布置的結構形式被稱為分層式結構。其分層分布指的是管理層級的分層以及通信的分布，通信主要采用了主從CPU 的形式，利用多個CPU 之間的串行提高系統的處理能力。這種結構設計的優勢在于使系統配合靈活，擴展方便有效的提升了系統結構可靠性，內部靈活性高，同時處理器的分布式處理，可以分散主控機的處理負載，繼而進一步的保護主控，與此同時，多個CPU 的串行設計能夠使得各個層級能夠與主控中心實現通信，而不需要單獨的為調度中心進行單獨的數據采集，提高了工作的便捷性。間隔層分布式保護測控單元直接配置到每個配電間隔，節約了大量的信號線與控制線，減輕了CT 負擔，減少了設計、安裝和調試的工作量，縮短了投運周期。

3.2.3 分散與集中結合式

分散于集中結合式的結構設計使得變電站的自動化網絡能夠具備兩種設計單獨使用時候的優點，同時還具備一些明顯的優勢。例如低壓配電線路的保護釆用分散式的結構，就地安裝，能夠節約大量的控制電纜。同時還簡化了變電站的二次系統的相關配置，有效節省資金，對高壓線路以及變壓器的集中組屏，并放置在主控室中，利用PCI 總線技術進行數據交換，有效提升裝置的可靠性，避免一些事故。

4 結束語

變電站電氣自動化的實現，是為了進一步實現整個變電站以及電網運行的自動化，能夠進一步的提升供電穩定性，同時能夠節省運維成本，提升變電站的經濟效益。雖然自動化技術在我國變電站的應用才處于起步狀態，但隨著信息技術和網絡技術的不斷提高，相信未來我國的的變電站自動化技術必將日趨完善，形成更加智能化、自動化的電網運行模式。

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