500kV變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)探索

程彬

摘 要：在我國輸變電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，500kV輸電線路長期以來都是作為大容量、遠(yuǎn)距離輸電的主要通道。雖然近年來，我國加大了對交流1000kV、直流±800kV、±1100kV特高壓網(wǎng)架的投資和建設(shè)，500kV輸電線路在大區(qū)域環(huán)網(wǎng)中仍起主導(dǎo)作用。隨著國產(chǎn)繼電保護技術(shù)的進步和日益成熟，變電站在線監(jiān)控技術(shù)發(fā)展迅速，成果頗豐。本文主要探討了變電站綜合繼電保護技術(shù)，尤其是500kV變電站的技術(shù)特點，并對變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)進行了分析。

關(guān)鍵詞：500kV；變電站；智能電網(wǎng)；遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號：TM764 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0142-02

隨著我國電力系統(tǒng)信息化、自動化水平的不斷提高，計算機技術(shù)、信息技術(shù)與電力工業(yè)的發(fā)展，結(jié)合越來越緊密。220kV及以下變電站綜合繼電保護及信息化技術(shù)已比較成熟，對500kV變電站的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)探索具有重要的參考借鑒意義。

500kV變電站，由于電壓等級的升高，其繼電保護呈現(xiàn)出自身的特點，從技術(shù)層面來講并不是簡單的線性增加，以絕緣距離為例，電壓由220kV升高到500kV，絕緣距離增加2.3倍是無法滿足使用要求的，需要增加的更多才可以。500kV變電站在大區(qū)域輸電網(wǎng)中屬于主干網(wǎng)，其遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)首先要搭建合理可行的系統(tǒng)網(wǎng)架，以達(dá)到控制邏輯的簡潔、高效，繼而開展后續(xù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)建設(shè)，憑借軟、硬件間的有效配合，實現(xiàn)500kV變電站可靠、穩(wěn)定的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1 500kV變電站繼電保護配置特點

500kV變電站由于較高的電壓等級、較大的供電容量，其繼電保護配置特點與常規(guī)220kV變電站有較大區(qū)別，主要體現(xiàn)在主變保護、500kV線路、母差保護等。

1.1 500kV變電站主變保護

變電站主變多為自耦式分相變壓器，保護類型有電量和非電量：

（1）電量保護。電量保護主要包括差動保護、零序比率差動保護、零序過流保護、高、中壓側(cè)后備保護、變高零序保護、變中零序保護、公共繞組零序保護、反時限過勵磁保護、低壓后備保護、公共繞組保護等。

（2）非電量及失靈、三相不一致保護。500kV分相自耦變壓器采用中壓側(cè)無載調(diào)壓方式，非電量保護跳閘開出為跳三側(cè)，不啟動失靈保護。

1.2 500kV線路保護

線路具備超高壓、超長度的特點，一、二次線路設(shè)備有其各自的保護特點：

（1）線路末端并聯(lián)電抗器，消除分布電容引起的過電壓；（2）線路中間串補電容器以減小超長線路阻抗（長度大于300km線路）；（3）開關(guān)采用3/2接線方式，增強供電系統(tǒng)的可靠性；（4）采用四分裂導(dǎo)線以達(dá)到更好的電流集膚效應(yīng)。

1.3 500kV母差保護

母線保護用于跳開母線上的開關(guān)。當(dāng)所有開關(guān)均處于運行狀態(tài)時，其中任一母線故障跳閘后并不影響系統(tǒng)的正常供電。母線保護不設(shè)置復(fù)壓閉鎖機構(gòu)，以簡化保護回路，提高動作的可靠性。因此，母線PT采用單相配置，主要用于開關(guān)的檢測使用。

2 無人值守變電站的技術(shù)實現(xiàn)方案

2.1 技術(shù)原則

在建設(shè)500kV 變電站無人值守遠(yuǎn)程集中控制系統(tǒng)的過程中，要保證其具有良好的安全性與穩(wěn)定性。

第一，安全性。控制系統(tǒng)的安全性是最重要的。安全性主要包含操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件、網(wǎng)絡(luò)通信等。在進行操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件選擇的過程中，要注意選擇具有較強抗干擾性的較為成熟的產(chǎn)品。

第二，可靠性。系統(tǒng)的硬件具有較高的穩(wěn)定性、高運算能力，通過對主要的設(shè)備進行冗余配置，盡量保證系統(tǒng)不受到單點問題的影響。在進行系統(tǒng)軟件選擇時，要注意保證系統(tǒng)軟件支持信息處理的分布式進行，從而使得各功能工作模塊實現(xiàn)動態(tài)分布與自動平衡，同時要保證系統(tǒng)穩(wěn)定安全的運行，從而保證對變電站情況監(jiān)控的準(zhǔn)確性。

2.2 技術(shù)方案

變電站自動化建設(shè)經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段，智能化水平已初具規(guī)模。在不同的發(fā)展階段受到不同制約因素的影響，起主要作用的因素又不盡相同，一是關(guān)鍵設(shè)備的智能化水平；二是變電站運行模式、運營方式的不同選擇。近年來，隨著電力電子技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展，變電站關(guān)鍵設(shè)備的自動化、智能化水平不斷提高，成本不斷降低，為變電站采用更加豐富、靈活的運行模式提供了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。

當(dāng)前高壓、超高壓變電站的關(guān)鍵設(shè)備，智能開關(guān)、光電式互感器、保護裝置、測控裝置以及多種具備I/O接口的終端設(shè)備，成為了變電站智能化建設(shè)的重要節(jié)點支撐，設(shè)備小型化、緊湊化、低成本化成為未來的發(fā)展趨勢。

總的來看，具備調(diào)度/遠(yuǎn)程監(jiān)控能力的數(shù)字化智能變電站，其綜合信息系統(tǒng)物理層面的支撐可以分為兩類：智能化一次設(shè)備和具備網(wǎng)絡(luò)化接口的二次設(shè)備；其應(yīng)用層面的邏輯結(jié)構(gòu)支撐也可分為兩類：即遵循IEC6185A協(xié)議的的“間隔層”和“站控層”。

3 500kV變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)參考模型

3.1 建設(shè)方案比較

500kV變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)主要參考200kV站的現(xiàn)有技術(shù)手段，建設(shè)思路主要有三種：

（1）變電站后臺就地改造，增加遠(yuǎn)程監(jiān)控功能模塊，投入成本低，建設(shè)周期短，僅支持少數(shù)變電站接入；

（2）建設(shè)獨立的監(jiān)控系統(tǒng)，變電站數(shù)據(jù)同時接入監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)，建設(shè)成本高，后期維護工作量大；

（3）建設(shè)調(diào)度與監(jiān)控一體化主站，該方案技術(shù)先進、資源整合度較高，后期運維比較簡便。

本著“技術(shù)領(lǐng)先，數(shù)據(jù)統(tǒng)一”的建設(shè)思路，做到變電站信息系統(tǒng)建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化，在條件具備的情況下，可優(yōu)先選用方案三，即建設(shè)“調(diào)度-遠(yuǎn)程監(jiān)控一體化”主站。

3.2 傳輸通道布局及系統(tǒng)架構(gòu)

500kV變電站與地區(qū)調(diào)度間通過通信專線連接作為主用通道，帶寬2M，采用同步傳輸網(wǎng)的MSTP功能進行數(shù)據(jù)透傳。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)作為備用通道，與主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集前置機直接相連，前置機采用3層交換機進行數(shù)據(jù)交換，可以實現(xiàn)斷口的靈活虛擬組網(wǎng)，每個變電站接入獨立的靈活虛擬組網(wǎng)，在數(shù)據(jù)鏈路層面實現(xiàn)變電站間的數(shù)據(jù)隔離，不再架設(shè)常規(guī)變電站用4W專用通信線路。endprint

地調(diào)/監(jiān)控中心一體化系統(tǒng)基于IEC61970通信協(xié)議，采用分布式信息系統(tǒng)一體化支撐平臺，按照公用信息網(wǎng)模型/組件接口規(guī)范/企業(yè)集成總線進行建設(shè)。支持中間件技術(shù)，最大限度兼容原有系統(tǒng)，減少系統(tǒng)軟件開發(fā)的工作量，同時考慮安全防護需求。

監(jiān)控中心采用服務(wù)器/客戶機結(jié)構(gòu)，地調(diào)自動化主站系統(tǒng)服務(wù)器進行數(shù)據(jù)收發(fā)、處理操作，數(shù)據(jù)由專用通信通道傳送至監(jiān)控中心的遠(yuǎn)程終端客戶機。

按照分布式結(jié)構(gòu)搭建各功能模塊，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)同樣采用全分布布局，這樣做的優(yōu)點是保證了系統(tǒng)負(fù)荷的均衡、提高網(wǎng)絡(luò)資源利用效率。關(guān)鍵設(shè)備采用雙重冗余方案，各應(yīng)用軟件運行在各自的不同功能分區(qū)，服務(wù)器、工作站或客戶端。

3.3 各功能區(qū)域劃分及實現(xiàn)

地調(diào)/監(jiān)控一體化主站包含如下功能：SCADA、能量管理系統(tǒng)、DTS、PAS、Web、保護及穩(wěn)控信息管理、外部數(shù)據(jù)接口。隨著運維要求不斷提高，調(diào)度/監(jiān)控一體化主站同時集成了越來越多的功能，應(yīng)用比較多的主要有：未來潮流預(yù)測、保護定值管理、調(diào)度預(yù)案分析決策、統(tǒng)計值存儲等。500kV變電站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控系統(tǒng)采用的應(yīng)用軟件主要有兩類：

3.3.1 SCADA軟件

該軟件技術(shù)在220kV變電站應(yīng)用中已經(jīng)比較成熟，500kV變電站區(qū)別不大。主要功能包括：采集處理前置機數(shù)據(jù)模塊、實時計算模塊、事故報警與處理模塊、遠(yuǎn)程/就地控制、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲管理單元、圖形和報表生成模塊、歷史潮流和事故復(fù)現(xiàn)功能以及測試診斷模塊。

3.3.2 監(jiān)控管理軟件

監(jiān)控管理軟件的主要功能分區(qū)如下：通信規(guī)約處理、信息分層處理、實時信息處理能力、監(jiān)控行為管理、綜合統(tǒng)計查詢分析、分布式系統(tǒng)軟件管理能力。

4 結(jié)論與展望

500kV變電站遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的建設(shè)與投產(chǎn)標(biāo)志著我國在電網(wǎng)自動化管理領(lǐng)域有著重大的突破，不但極大程度地推進了我國電網(wǎng)自動化的發(fā)展，也有效降低了電力企業(yè)的用工成本，使電網(wǎng)的發(fā)展與運營進入了一個全新的領(lǐng)域。

500kV變電站在輸電網(wǎng)架中，處于中心節(jié)點位置，其整體運維水平對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。500kV變電站調(diào)度/監(jiān)控一體自動化主站建設(shè)將極大地提高電網(wǎng)的自動化水平，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的有效整合和定向分發(fā)，滿足調(diào)度人員與遠(yuǎn)程監(jiān)控人員的不同需求。

參考文獻

[1]陳銀勝.集控站自動化系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2005，47（12）：67-68.endprint