220kV變電站電氣監(jiān)控系統(tǒng)分析研究

1、220kV變電站電氣 監(jiān)控系統(tǒng)分析【摘要】變電站是電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著變換電壓等級(jí)、匯集電流、分配電能、控制電能的流向和調(diào)整電壓的功能。智能變電站是針對(duì)變電站的安全、可靠運(yùn)行而建立起來(lái)的，基于微電子技術(shù)、信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的一種新型變電站。隨著電子式互感器，智能高壓電器、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的發(fā)展，能夠?yàn)樽冸娬咎峁└邔哟蔚目煽俊⒏咝?、穩(wěn)定、開(kāi)放的智能變電站系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。本次設(shè)計(jì)針對(duì)智能變電站進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備選型、綜合保護(hù)功能的設(shè)置以及對(duì)通信系統(tǒng)作了一些研究。選型方面主要根據(jù)額定值選擇并且校驗(yàn)。保護(hù)功能主要有變壓器內(nèi)部外部的各類(lèi)短路、過(guò)流及不正常運(yùn)行的整定計(jì)算；繼電保護(hù)部分主要是針對(duì)變壓器的

2、保護(hù)，重點(diǎn)介紹變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)。通信部分主要介紹RS-485串行口標(biāo)準(zhǔn)和遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用。變電站運(yùn)行的各狀態(tài)量被變送器采集輸送到總線(xiàn)系統(tǒng)后，都要根據(jù)遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的信息，才能被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識(shí)別。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)綜合應(yīng)用于變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中,并接入網(wǎng)絡(luò)。采用基于B/S的三層體系結(jié)構(gòu),將運(yùn)行監(jiān)測(cè)與辦公管理融為一體,實(shí)現(xiàn)了調(diào)度管理部門(mén)對(duì)繼電保護(hù)信息監(jiān)測(cè)與管理的雙重需求。實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)可大幅降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,為變電站的無(wú)人值班奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：變電站；設(shè)備選型；繼電保護(hù)；遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)一、監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)介紹根據(jù)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，微機(jī)自動(dòng)化已

3、經(jīng)是當(dāng)下發(fā)展的基石，本文從原理、整體結(jié)構(gòu)、軟硬件部分、功能模塊的應(yīng)用程序等方面對(duì)變電站綜合自動(dòng)化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了分析，以及通過(guò)五防監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)斷路器、隔離刀閘，接地刀閘的五防操作系統(tǒng)，還有微機(jī)自動(dòng)化的高級(jí)應(yīng)用終端的應(yīng)用。對(duì)220kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及其微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行比較詳細(xì)地整體概述和分析。監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是對(duì)220kV系統(tǒng)電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)和控制，操作員站畫(huà)面對(duì)主要電氣設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。通過(guò)電氣主接線(xiàn)圖，可以監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、潮流方向、模擬量的瞬時(shí)值，監(jiān)視綜合自動(dòng)化系統(tǒng)本身的配置和狀態(tài)，當(dāng)所采集的模擬量越線(xiàn)時(shí)，SOE窗口會(huì)彈出告警信息，提示監(jiān)控人員時(shí)刻掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。設(shè)

4、備配置主要是圍繞功能展開(kāi)的，例如我要實(shí)現(xiàn)變壓器的差動(dòng)保護(hù)監(jiān)測(cè)，需配備一塊Speam80系列的施耐德保護(hù)裝置、CT和一塊通訊裝置。通過(guò)保護(hù)裝置，給Speam80軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器斷路器的遙控合閘、保護(hù)跳閘和遙控分閘的功能，然后再通過(guò)通訊裝置配上通訊協(xié)議上傳到通訊管理機(jī)，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)在通訊管理機(jī)時(shí)采時(shí)送保護(hù)裝置上傳的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙脈等數(shù)據(jù)到工作站的服務(wù)器，然后再通過(guò)通訊軟件PCS900或者PCS9700做數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)和圖形組態(tài)，關(guān)聯(lián)到服務(wù)器存儲(chǔ)的遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙脈等數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)控的功能。二、微機(jī)保護(hù)的優(yōu)越性微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，微機(jī)保

5、護(hù)裝置與繼電器型或晶體管型裝置有不可比擬的優(yōu)越性，微機(jī)保護(hù)裝置是由軟件和硬件結(jié)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能的，因此在很大程度上，不同原理的繼電保護(hù)的硬件可以是一樣的，換以不同的程序即可改變繼電器功能，利用微計(jì)算機(jī)的邏輯判斷能力，很容易解決繼電保護(hù)中碰到要考慮因素太多時(shí)，利用模擬電路很難實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，使繼電保護(hù)動(dòng)作規(guī)律更合理，性能穩(wěn)定，可靠性高。 由于微機(jī)保護(hù)具有突出的優(yōu)越性，是今后繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向，因此變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，采用微機(jī)保護(hù)是必然的趨勢(shì)。尤其是新建的變電站，如果條件許可，則應(yīng)該采用變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，全面提高變電站的技術(shù)水平。三、220kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成概述3.1 自動(dòng)化變電站的

6、一些基本概念SCADA系統(tǒng):指變電站內(nèi)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度所內(nèi)EMS系統(tǒng)或集控站系統(tǒng)。測(cè)控單元：指集中組屏的測(cè)控插箱。 分散式單元：指安裝于開(kāi)關(guān)柜上的分散式單元。 插件：插在控制器或測(cè)控單元內(nèi)的1塊集成電路板稱(chēng)1個(gè)插件。 遠(yuǎn)方：指變電站當(dāng)?shù)卦O(shè)備以外的其他地方，如調(diào)度所機(jī)房、監(jiān)控主控制室。 就地：指變電站所在地的設(shè)備。SOE：帶時(shí)間標(biāo)志的事件順序記錄。COS：不帶時(shí)間標(biāo)志的變化遙信。 口令：指監(jiān)控系統(tǒng)裝置或后臺(tái)微機(jī)進(jìn)行參數(shù)修改、設(shè)置時(shí)需要輸入的密碼。智能變電站是變電站發(fā)展的一個(gè)新的方向，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、繼電保護(hù)技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)等對(duì)變電站

7、的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。智能變電站的應(yīng)用，可以使電力系統(tǒng)的故障率降低，提高供電配電質(zhì)量，降低系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的成本。3.2自動(dòng)化變電站的系統(tǒng)構(gòu)成為了提高供電系統(tǒng)的自動(dòng)化水平 ,確保供電的運(yùn)行質(zhì)量和可靠性 ,設(shè)置功能齊全、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、 操作簡(jiǎn)單的變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式 ,分層分布式的終端采用綜合保護(hù)裝置。全廠電氣數(shù)據(jù) 中心設(shè)置在 ”22OkV總變內(nèi) ,設(shè)置電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái),由以太網(wǎng)交換機(jī)(10OOM)、前置采集服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、SCADA服務(wù)器、DTS服務(wù)器、WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器、PAS服務(wù)器、備機(jī)、工程師工作站、操作員工作站及服務(wù)器、打印機(jī)組成。在動(dòng)力中心控制樓內(nèi)設(shè)置

8、全廠監(jiān)控中心 ,由以太網(wǎng)交換機(jī)、工程師、操作員工作站組成 。動(dòng)力中心綜合自動(dòng)化裝置在動(dòng)力中心控制樓內(nèi),設(shè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái) ,集中組屏和分布式相結(jié)合 ,各綜合保護(hù)裝置采用工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方式與前端機(jī)相連 ,前端機(jī)至后臺(tái)系統(tǒng)采用光纖?？傋冸娝姎獗O(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái),集中組屏和分布式相結(jié)合 ,各綜合保護(hù)裝置采用工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方式與前端機(jī)相連 ,前端機(jī)至后臺(tái)系統(tǒng)采用光纖 。此外35kV區(qū)域變電所電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)、6kV變配電所電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)上傳信號(hào)至全廠電氣集控?cái)?shù)據(jù)中心。3.2.1站控層設(shè)備主機(jī)兼工程師工作站。用于整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)、管理 ,可完成數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、修改,系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改,

9、報(bào)表的制作,以及網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)、系統(tǒng)診斷等工作 ;負(fù)責(zé)收集、處理、存儲(chǔ)站控層數(shù)據(jù);作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要入機(jī)界面,用于圖形及報(bào)表顯示、事件記錄及報(bào)警狀態(tài)顯示和查詢(xún) ,設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢(xún)、操作指導(dǎo)、操作控制命令的解釋和下達(dá)、閉鎖邏輯功能等。在進(jìn)行維護(hù)和監(jiān)控操作時(shí)應(yīng)有可靠的登錄保護(hù) 。主機(jī)兼操作員工作站按雙機(jī)冗余配置。站級(jí)控制層根據(jù)運(yùn)行及操作權(quán)限不同 ,配置2個(gè)主機(jī)和 2臺(tái)操作員工作站、1臺(tái)工程師站 ,供運(yùn)行監(jiān)視及操作控制用 ,并且完成對(duì)系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)的在線(xiàn)維護(hù)和修改 :站級(jí)控制層通過(guò)以太網(wǎng)將這些設(shè)各與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元層互連 ,實(shí)現(xiàn)信息交換。遠(yuǎn)動(dòng)通信設(shè)備應(yīng)采用雙套專(zhuān)用獨(dú)立設(shè)各 ,直采直送通過(guò)專(zhuān)用通

10、道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式以及站內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備向各級(jí)調(diào)度傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息 ;電力系統(tǒng)調(diào)度的遠(yuǎn)程監(jiān)控可分四個(gè)子系統(tǒng)：信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息采集和處理控制子系統(tǒng)、人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)。 信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)的作用是監(jiān)控系統(tǒng)廠站端，通過(guò)輸入設(shè)備采集和處理一些狀態(tài)量后，在發(fā)送到調(diào)度端，并接受調(diào)度端的命令作出動(dòng)作，通過(guò)命令輸出執(zhí)行設(shè)備完成遙控和遙調(diào)等操作。 信息傳輸子系統(tǒng)的作用是，用通信機(jī)和信道組成的系統(tǒng)，完成調(diào)度端和廠站端的信息傳輸，解決兩站間距離較遠(yuǎn)的問(wèn)題。 信息采集處理和控制子系統(tǒng)用來(lái)收集各調(diào)度端從廠站端采集來(lái)的信息，經(jīng)分析處理后，通過(guò)人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)呈現(xiàn)給工作

11、人員，并接受信息，對(duì)廠站下達(dá)調(diào)度指令。 人機(jī)聯(lián)系子系統(tǒng)用來(lái)將電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)量呈現(xiàn)給工作人員，實(shí)現(xiàn)的硬件有調(diào)度模擬屏、顯示器和打印機(jī)等，工作人員可操作鍵盤(pán)就對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)作出調(diào)整。3.2.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(a)網(wǎng) 絡(luò)交換機(jī)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率 1000Mbps (主 網(wǎng)絡(luò)采用1000M站內(nèi)采用100M),構(gòu)成分布式高速工業(yè)級(jí)雙以太網(wǎng) ,應(yīng)經(jīng)過(guò)國(guó)家或電力工業(yè)檢驗(yàn)測(cè)試中心檢測(cè),支持交流、直流供電。(b)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。包括光/電轉(zhuǎn)換器 ,接口設(shè)備 (如光纖接線(xiàn)盒 )和 網(wǎng)絡(luò)連接線(xiàn)、電纜、光纜等。3.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能3.3.1數(shù)據(jù)采集和處理計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò) I/O測(cè)控裝置實(shí)時(shí)采集模

12、擬量、狀態(tài)量等信息量；通過(guò)公共接口設(shè)備接受來(lái)自其他通訊裝置的數(shù)據(jù)。對(duì)所采集的實(shí)時(shí)信息迸行數(shù)字濾波、有效性檢查 ,工程值轉(zhuǎn)換、信號(hào)接點(diǎn)抖動(dòng)消除、刻度計(jì)算等加工。從而提供可應(yīng)用的電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率 ,功率因數(shù)等各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ,并將這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)帶品質(zhì)描述傳送至站控層和各級(jí)調(diào)度中心。I/O數(shù)據(jù)采集單元輸入量額定值：CT二 次額定電流 :1APT二 次額定電壓 :100V(線(xiàn)電壓 )特 殊 量 輸 入 :420mA,DC O±5V3.3.2數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù) ,其數(shù)值應(yīng)根據(jù)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)變化而不斷更新 ,記錄被監(jiān)控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài) 。2

13、.歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于需要長(zhǎng)期保存的重要數(shù)據(jù)將存放在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。 3.3.3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出控制輸出的接點(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，控制輸出:1個(gè)獨(dú)立的合間接點(diǎn)、 1個(gè)獨(dú)立的跳閘接點(diǎn)和 1個(gè)獨(dú)立的閉鎖接點(diǎn)。合閘、跳閘輸出 ,均應(yīng)通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)閉鎖邏輯判斷。閉鎖接點(diǎn)應(yīng)能實(shí)時(shí)正確反映隔離開(kāi)關(guān)的閉鎖狀態(tài) ,當(dāng)滿(mǎn)足相關(guān)閉鎖條件就允許對(duì)該隔離開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作時(shí) ,該閉鎖輸出接點(diǎn)閉合 ,以接通電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的控制電源回路 ;且該接點(diǎn)應(yīng)能長(zhǎng)期保持 ,直到閉鎖條件不滿(mǎn)足時(shí) ,該接點(diǎn)斷開(kāi)以切斷電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的控制電源。3.3.4調(diào)度端軟件 軟件從層次上來(lái)分，可分為兩大類(lèi)，即系統(tǒng)軟件、和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件

14、由計(jì)算機(jī)公司提供，面向機(jī)器本身，它的主要任務(wù)是使硬件所提供的能力可以得到充分的利用，支持用戶(hù)的應(yīng)用軟件的運(yùn)行并提供恰當(dāng)?shù)姆?wù)。   操作系統(tǒng)是微機(jī)最基本的系統(tǒng)軟件，由它來(lái)管理內(nèi)存分配，鍵盤(pán)操作，屏幕顯示，驅(qū)動(dòng)軟盤(pán)，硬盤(pán)等外設(shè)。操作系統(tǒng)有一部分固化在主機(jī)內(nèi)存中，大部分是在開(kāi)機(jī)后，從軟盤(pán)或硬盤(pán)調(diào)入內(nèi)存。     現(xiàn)場(chǎng)使用LUNIX和WINDOWS 系統(tǒng)特點(diǎn)：具備高穩(wěn)定性、可靠性及高實(shí)時(shí)響應(yīng)的特點(diǎn)；具備強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力及較強(qiáng)的抗計(jì)算機(jī)病毒侵染的能力；硬件成本高，運(yùn)營(yíng)維護(hù)欠直觀。 動(dòng)力和總變采用LUN

15、IX操作系統(tǒng)，化工區(qū)工作站采用WINDOWS操作系統(tǒng)。 3.3.5通訊、對(duì)時(shí)微機(jī)保護(hù)裝置應(yīng)具備通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)和GPS衛(wèi)星時(shí)鐘對(duì)時(shí)功能。應(yīng)具備IRIG-B碼（直流）或脈沖對(duì)時(shí)功能，并通過(guò)保護(hù)柜端子接線(xiàn)。采用軟件對(duì)時(shí)，CDT、DNP、Modbus等規(guī)約提供了軟件對(duì)時(shí)手段，可采用軟件對(duì)時(shí)。但由于受到通信速率的影響，需要采取修正措施。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要增加硬件設(shè)備。3.3.6自恢復(fù)和自檢測(cè)功能 RTU作為遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，必須保證不間斷地完成和SCADA系統(tǒng)的通信，但RTU的工作環(huán)境惡劣，具有強(qiáng)大電磁干擾，運(yùn)行中難免發(fā)生程序受干擾，或通信瞬時(shí)中斷等異常情況，有時(shí)也會(huì)發(fā)生電源瞬

16、時(shí)掉電，這都會(huì)造成RTU死機(jī)，而使系統(tǒng)無(wú)法收到該被控對(duì)象的信息。因此要求RTU在遇這些情況時(shí)，能在最短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)恢復(fù)，重新從頭開(kāi)始運(yùn)行程序，為了維護(hù)方便，通常RTU含有自檢程序。3.4 有線(xiàn)RS-485通訊方式綜述  在通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線(xiàn)收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)，RS-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線(xiàn)，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線(xiàn)傳輸?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中超過(guò)300m左右的距離采用光纖傳輸。四、總結(jié)本文根據(jù)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)用分層、模塊化和面向?qū)ο蟮膽?yīng)用方法和組態(tài)技術(shù)，通過(guò)對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及其微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和基本功能以及變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)及其微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成等進(jìn)行了分析和研究，得出了變電站綜合自動(dòng)化微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案、整體結(jié)構(gòu)和組成框圖?？傊?提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠