微機綜合自動化保護系統在110kV變電站中的應用

李愛玲　韓啟華

摘 要：隨著計算機技術、通信網絡技術以及電氣自動化技術的不斷發展，變電站微機綜合自動化保護系統在電力系統中的應用越來越廣泛，它能夠保證變電站之間的分配控制、分配檢查以及電能傳輸等任務的順利完成。該文首先對變電站微機綜合自動化保護系統的設計進行研究，并結合具體案例分析其在110kV變電站中的應用。

關鍵詞：微機綜合自動化保護系統 110kV變電站 監控系統

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0057-02

眾所周知，變電站是電力系統運行的重要環節，其運行情況與整個電力系統的安全、可靠、經濟的運行直接相關，而變電站系統包括一次系統和二次系統，變電站能否運行的安全、穩定，在很大程度上取決于二次設備的工作性能和自動化水平。微機綜合自動化保護系統是電氣自動化技術、計算機技術、通信網絡技術等在變電站領域的綜合應用，其主要目的在于充分利用以微機為核心的保護系統和控制裝置，同時實現信息交換，不僅能全面提高變電站的技術管理水平、系統運行可靠性水平，還能降低運行維護成本，向用戶提供更為優質的電能。

1 110kV變電站微機綜合自動化保護系統的設計

1.1 具體設計

根據110kV變電站綜合自動化保護系統設計原則和以及對設備間隔層的要求，比較多家生產變電站微機綜合自動化保護裝置的性能和關鍵技術指標，同時考慮最佳性價比、經濟性、售后服務等因素，優選微機監測保護裝置，比如CAN2000系列綜合自動化保護測控裝置硬件由微處理器模塊、電源模塊、交流信號輸出模塊、操作回路模塊、直流模擬及開關量輸入模塊組成，加上高可靠性的軟件冗余設計，使裝置具有較強抗干擾性能；網絡上各裝置獨立運行，一個裝置故障不會對其他裝置運行造成影響；系統通訊網絡采用高速現場總線技術，具有“四遙”功能，整個系統具有傳動試驗功能、自檢功能、在線監視功能、分散故障錄波功能、完善的事故分析功能；采用轉為強干擾環境下設計的控制局域網CANBus網絡，允許多主節點、多優先級信息傳輸，可保證信息傳輸實時性和有效性。因而，進行微機綜合自動化保護裝置設計的時候，可考慮采用該裝置。

目前，微機綜合自動化系統通信網絡通常采用的是以太網，100M以太網應用于變電站層，10M以太網應用于間隔層，間隔層具備以太網接口的設備比如保護裝置、測控裝置、自動裝置等可直接接入間隔層以太網，其他設備則可通過測控裝置或低壓保護裝置間接接入間隔層以太網。110kV變電站的微機綜合自動化保護系統可靠性要求高，可采用雙重化的以太網，以此保證發生單一事故時不會破壞任何功能。若變電站站點較多，可采用交換性集線器將間隔分成若干子網，對沖突域的站點數量進行限制，確保系統響應速率。

1.2 監控系統設計

110kV變電站的監控系統是保障電力系統運行安全性和經濟性以及電能質量的重要平臺，一方面，監控系統能處理采集的實時遙測、遙信、遙控和遙調量，實時動態顯示換面和參數，當出現故障或異常的時候，發出告警信號，通知工作人員及時處理，另一方面，監控系統的調度端可從人機界面向變電站端發出遙控命令，使其執行相關操作，因而監控系統的設計是微機綜合自動化保護系統設計中非常關鍵的一個環節。對于監控系統的設計，要考慮微機綜合自動化保護系統設計原則和要求及其與間隔層所采用的微機保護設備的相互適應性，同時考慮變電站以往運行情況，選用合適的后臺監控軟件。

以電力專業監控軟件POWER 2000為例，該軟件能對數據進行處理、運算和存儲，具有報警、調度通信、管理運行參數、投退保護、事故追憶、系統對時、“四遙”、遠傳數據、網絡傳輸等功能，以網絡方式與主站通信，支持交流、直流兩種輸入電源，可接受GPS對時命令。為實現對變電站的全面監測和控制，設計中應采用成熟的實時數據庫管理系統、矢量圖形系統、豐富的規約庫，從而實現與電力設備常見不同設備之間的通訊。變電站監控和管理系統通常要同時執行幾項任務，而每項任務或線程都有自己的運行環境和優先級，由操作系統安排CPU執行，為此，可采用Windows NT 32位實時多任務視窗操作系統，該系統具有最適合SCADA應用的環境，32位系統具有多線程和多任務處理能力，實時性能良好，能在運行任務之間有效地分配CPU資源，決定備裝載的任務何時需要CPU，并立即作出應答，可保證監控系統實時性；也可采用iES-SL300提供一套面向110kV變電站間隔層設備的集成化、開放式監控平臺，將其作為變電站自動化信息處理中心，iES-SL300變電站監控系統具有完備的通訊功能，可對間隔層設備進行監控管理，方便擴展SCADA功能，顯示方便且直觀。在網絡系統方面，采用成熟可靠的以太網，采用TCP/IP協議作為通訊協議，它支持光纖通訊和雙總線網絡，可保證綜合自動化通訊處理裝置之間的數據有效傳送，防止數據丟失，也可自動檢測網絡總線以及各個節點的工作狀態，自動選擇、協調各個節點的網絡通信。

1.3 微機五防系統

微機五防系統由防誤主機、智能網絡控制器、智能防誤控制器、智能電腦鑰匙、通訊充電管理器、防誤鎖具等構成，其工作原理是將普通防誤鎖具安裝在手動設備上，通過機械方式閉鎖，通過通訊管理機與監控系統的通訊實現對變電站內設備的模擬操作和狀態對位。微機五防系統支持多種通訊協議、組屏安裝、監控防誤一體化、在線式閉鎖和離線式閉鎖的混合操作，與智能變電站設計要求相符合，在110kV變電站裝設微機五防系統，可避免變電站運行過程中由于人為操作失誤導致的電氣設備損壞、大面積停電、系統震蕩等事故的發生，可有效提高電力系統運行的安全性、穩定性和可靠性。其框架圖見圖1。

由于離線式微機防誤閉鎖系統中五防主機與電腦鑰匙、鎖具之間沒有采用電纜連接，而是通過與監控系統通訊和電腦鑰匙的回傳記憶方式，實現防誤主機上顯示的設備狀態與實際設備狀態保持一致的，另外，離線式微機防誤閉鎖系統能適應各種電壓等級復雜的接線，維護方便，造價低，不僅具有五防功能，還具有設備對位、模擬預演操作、發送和存儲操作票、現場解鎖操作、通訊接口等功能，因而在設計中建議采用離線式一體化微機五防系統，通過以太網將五防主機與后臺監控系統連接起來，五防系統則通過后臺監控系統獲取現場遙信量，用電腦要是將遙信量回送至系統生成虛擬遙信狀態，實現五防系統中設備狀態與監控系統中設備狀態相關信息的一致。五防系統與后臺控制系統共享實時數據以及監控畫面，為方便工作人員操作，在系統中安裝模擬屏。

2 微機綜合自動化保護系統在110kV變電站的具體應用

某110kV變電站是某集團公司內電壓等級最高、規模最大且系統運行最為復雜的一個變電站，擔負集團內部生產和周邊幾個村莊的供電任務以及兩個電廠的發電任務，從投運至今已有10年之多。近幾年，二次系統中逐漸暴露了一系列影響該變電站安全運行的問題，對該變電站二次系統進行改造勢在必行。經多方面商討，決定CAN2000系列微機測控保護裝置進行微機綜合自動化改造，裝置可集中組屏安裝，也可就地安裝在開關柜上。采用iES-SL300變電站監控系統，iES-SL300以工控機為主機，將CAN網卡、串行通訊卡和以太網卡集成到機器內。

此次改造主要是對110kV變電站的110kV、6kV系統進行微機綜合自動化保護系統改造，110kV變電站110kV側保護測控裝置采用集中組屏，6kV高壓柜保護測控裝置就地分散布置。從變電站主控制室到室外、室內共敷設配電設備屏蔽控制電纜約15km。主控室原主變保護屏位置后臨時布置新通訊屏，安裝后臺系統，敷設新通訊屏到后臺工作站的以太網線。敷設兩條通訊線，通訊線一頭分別分布到6kV各柜，另一頭分別接至CAN網卡口上。安裝6kV高壓柜保護測控裝置于110kV變電站內，并在主控制室原控制屏后位置臨時安裝110kV變電站110kV側保護測控裝置，對微機保護測控屏進行調試和試驗。為保證不間斷供電，改造過程中使兩套系統并列運行，改造完成后將舊電纜和舊屏拆除，并整理電纜，定位新保護屏的位置。

經過此次改造，該變電站自動化水平以及綜合運行安全水平明顯提高，滿足了當地生產生活需要。微機綜合自動化保護系統所具備的良好的人機界面以及強大的數據管理功能為變電站管理人員和技術人員分析研究變電站運行情況提供了強有力支撐。原有二次系統存在的安全隱患基本上被消除，提高了二次系統的安全運行水平。更換為微機自動化保護后，對系統的保護整定更加精確，保護的上下級之間有了更加密切的配合，使得變電站二次保護系統可靠性全面提升。系統擴展性良好，接口豐富，抗干擾性和集成化程度高，節約了空間，降低了維護費用，簡化了值班人員的勞動強度。

3 結語

總之，微機綜合自動化保護系統是電氣自動化技術、計算機技術、通信網絡技術等在變電站領域的綜合應用，采用嵌入式微機系統作為變電站的保護、監測和控制模塊，通過現場總線技術將數據采集到變電站自動化主站，處理打包后，通過通信信道發送至調度端，反之，通過后臺監控系統下發調度指令，從而實現對整個變電站的“四遙”功能，有利于全面提高110kV變電站的技術管理水平、系統運行可靠性水平，還能降低運行維護成本，向用戶提供更為優質的電能。針對現有110kV變電站二次系統中暴露的影響變電站安全運行的問題，應加強微機保護綜合自動化改造。

參考文獻

[1] 歐陽軍.變電站微機綜合自動化保護系統的設計與實現[D].南京：南京理工大學，2012.

[2] 袁佳.110kV變電站無人值班綜合自動化控制系統改造研究[J].科技風，2014（19）：46.

[3] 賴兵兵.110kV變電站中綜合自動化系統的應用探析[J].硅谷，2014（24）：243-244.

[4] 劉楊.淺談CL2000變電站綜合自動化系統在110kV變電站的應用[J].電氣應用，2010（2）：26-29.

[5] 陳正邦.110kV數字化變電站繼電保護配置方案的研究[D].廣州：華南理工大學，2010.