變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究及應用

1、變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究及應用 【摘 要】隨著計算機自動化水平的不斷提高，變電站自動化已成為電力企業(yè)發(fā)展的一個方向。它能提高變電站的運行水平，降低運行維護成本，安全可靠性高，能真正實現(xiàn)減人增效目的。 【關(guān)鍵詞】變電站；綜合自動化系統(tǒng)；應用 1.前言 變電站綜合自動化系統(tǒng)是指利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障錄播、自動裝置及遠動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，完成變電站運

2、行監(jiān)視和控制任務(wù)。 2.變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及特點 2.1 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。集中式一般采用功能較強的計算機并擴展其i/o接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進行計算和處理，分別完成微機監(jiān)控、微機保護和自動控制等功能。由前置機完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護、控制及監(jiān)測等功能，后臺機完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠方通訊等功能。此類結(jié)構(gòu)對監(jiān)控主機的性能要求較高，且系統(tǒng)處理能力有限，開發(fā)手段少，系統(tǒng)在開放性、擴展性和可維護性等方面較差，抗干擾能力不強，該結(jié)構(gòu)在早期自動化系統(tǒng)中應用較多，目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式。 2.2分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。按變電站被監(jiān)控對象或系統(tǒng)功能分布的多臺計算機單

3、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。其結(jié)構(gòu)的最大特點是采用主、從cpu協(xié)同工作方式，各功能模塊如智能電子設(shè)備（intelligent electronic device，ied）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機來完成。各功能模塊（通常是多個cpu）之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實時性。其結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴展和維護，局部故障不影響其他模塊正常運行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動化系

4、統(tǒng)自問世以來，顯示出強大的生命力。但目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。 2.3分散（層）分布式結(jié)構(gòu)。分散（層）分布式結(jié)構(gòu)采用“面向?qū)ο蟆痹O(shè)計。所謂面向?qū)ο螅褪敲嫦螂姎庖淮位芈吩O(shè)備或電氣間隔設(shè)備，間隔層中數(shù)據(jù)、采集、控制單元（i/o單元）和保護單元就地分散安裝在開關(guān)柜上或其他一次設(shè)備附近，相互間通過通信網(wǎng)絡(luò)相連，與監(jiān)控主機通信。目前，此種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在自動化系統(tǒng)中較為流行，主要原因是：現(xiàn)在的ied設(shè)備大多是按面向?qū)ο笤O(shè)計的，如專門的線路保護單元、主變保護單元、小電流接地選線單元等，雖然有將所有保護功能綜合為一體的趨勢，但具體在保護安裝接線中仍是面向?qū)ο蟮模焕昧爽F(xiàn)場總線

5、的技術(shù)優(yōu)勢，省去了大量二次接線，控制設(shè)備之間僅通過雙絞線或光纖連接，設(shè)計規(guī)范，設(shè)備布置整齊，調(diào)整擴建也很簡單，成本低，運行維護方便；系統(tǒng)裝置及網(wǎng)絡(luò)魯棒性強，不依賴于通信網(wǎng)和主機，主機或1臺ied設(shè)備損壞并不影響其它設(shè)備的正常工作，運行可靠性有保證。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點是功能分散，管理集中。分散（層）分布有兩層含義：其一，對于中低壓電壓等級，無論是i/o單元還是保護單元皆可安裝在相應間隔的開關(guān)盤柜上，形成地理上的分散分布，其二，對于110kv及以上的電壓等級，即使無法把間隔單元裝在相應的開關(guān)柜上，也應集中組屏，在屏柜上明確區(qū)分相應間隔對應的單元，在物理結(jié)構(gòu)上相對獨立，以方便各間隔單元相應的操作和維護。

6、 3.變電站綜合自動化系統(tǒng)應能實現(xiàn)的功能 3.1微機保護。是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括線路保護，變壓器保護，母線保護，電容器保護及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護實現(xiàn)故障記錄、存儲多套定值、適合當?shù)匦薷亩ㄖ档裙δ堋?3.2數(shù)據(jù)采集。狀態(tài)量采集：狀態(tài)量包括：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。目前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；模擬量采集：常規(guī)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

7、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。模擬量采集精度應能滿足scada系統(tǒng)的需要；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。 3.3事件記錄和故障錄波測距。事件記錄應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110ms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。 3.4控制和操作閉鎖。操作人員可通

8、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)計時應保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應具有以下內(nèi)容：電腦五防及閉鎖系統(tǒng)；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；操作出口應具有同時操作閉鎖功能；操作出口應具有跳合閉鎖功能。 3.5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)。 3.6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

9、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)。 3.7數(shù)據(jù)處理和記錄歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電管理和保護專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有：斷路器動作次數(shù)；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)；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；獨立負荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間；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)，也可在遠動操作中心或調(diào)度中心實現(xiàn)。 3.8系統(tǒng)的自診斷功能。系統(tǒng)內(nèi)各插件應具有自診斷功能，自診斷信息也象被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺機和遠方調(diào)度中心或操作控制中心。 4.結(jié)語 隨著國民經(jīng)濟的快速增長，傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。變電站綜合自動化是一項提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護成本、提高經(jīng)濟效益、向用戶提