變電站綜合自動化系統(tǒng)的幾點理解及認識(共8頁)

1、 聯(lián)創(chuàng)化工水電氣分廠 PAGE 水電氣分廠110KV益豐變電站 電話變電站綜合(zngh)自動化系統(tǒng)的幾點理解及認識摘要：本文討論了變電站綜合自動化有關(guān)的技術(shù)要求和基本的功能配置，結(jié)合我國變電站自動化的研究及應(yīng)用現(xiàn)狀，對其在工程應(yīng)用中存在(cnzi)的問題進行了探討，并提出相應(yīng)的理解及認識。關(guān)鍵詞：變電站，綜合自動化，功能(gngnng)，智能單元 引言 近年來，隨著電網(wǎng)運行水平的提高，各級調(diào)度中心要求更多的信息，以便及時掌握電網(wǎng)及變電站的運行情況，提高變電站的可控性，進而要求更多地采用遠方集中控制，操作，反事故措施等，即采用無人值班的管理模式，以提高勞動生產(chǎn)率，減

2、少人為誤操作的可能，提高運行的可靠性。另一方面，當(dāng)代 HYPERLINK /pc/ 計算機技術(shù)，通訊技術(shù)等先進技術(shù)手段的應(yīng)用，已改變了傳統(tǒng)二次設(shè)備的模式，為簡化系統(tǒng)，信息共享，減少電纜，減少占地面積，降低造價等方面已改變了變電站運行的面貌?；谏鲜鲈?，變電站自動化由“熱門話題”已轉(zhuǎn)向了實用化階段，電力行業(yè)各有關(guān)部門把變電站自動化做為一項新技術(shù)革新手段應(yīng)用于電力系統(tǒng)運行中來，各大專業(yè)廠家亦把變電站自動化系統(tǒng)的開發(fā)做為重點開發(fā)項目，不斷地完善和改進相應(yīng)地推出各具特色的變電站綜合自動化系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)中的要求。 國外從80年代初開始進行研究開發(fā)，到目前為止，各大電力設(shè)備公司都陸續(xù)地推出系列化的

3、產(chǎn)品。如ABB，SIEMENS,HARRIS等公司，90年代以來，世界各國新建變電站大部分采用了全數(shù)字化的二次設(shè)備；相應(yīng)地采用了變電站自動化技術(shù)；我國開展變電站綜合自動化的研究及開發(fā)相比世界發(fā)達國家較晚，但隨著數(shù)字化保護設(shè)備的成熟及廣泛應(yīng)用，調(diào)度自動化系統(tǒng)的成熟應(yīng)用，變電站自動化系統(tǒng)已被電力系統(tǒng)用戶接受使用，但在電力部門使用過程中大致有兩方面的原則：一是中低壓變電站采用自動化系統(tǒng)，以便更好地實施無人值班，達到減人增效的目的；二是對高壓變電站（220kV及以上）的建設(shè)和設(shè)計來說，是要求用先進的控制方式，解決各專業(yè)在技術(shù)上分散、自成系統(tǒng)，重復(fù)投資，甚至影響運行可靠性。并且在實際的工程中尚存在以下主

4、要問題： (1)功能重復(fù)，表現(xiàn)在計量，遠動和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測系統(tǒng)所用的變送器各自設(shè)置，加大了CT，PT負載，投資增加，并且還造成數(shù)據(jù)測量的不一致性；遠動裝置和微機監(jiān)測系統(tǒng)一個受制于調(diào)度所，一個是服務(wù)于當(dāng)?shù)乇O(jiān)測，沒有做到資源共享，增加了投資且使現(xiàn)場造成復(fù)雜性，影響系統(tǒng)的可靠性； (2) 缺乏系統(tǒng)化設(shè)計 而是以一種”拼湊”功能的方式構(gòu)成系統(tǒng)，致使 整個系統(tǒng)的性能指標不高,部分功能及系統(tǒng)指標無法實現(xiàn)。 （3）對變電站綜合自動化系統(tǒng)的工程設(shè)計缺乏規(guī)范性的要求，尤其是系統(tǒng)的各部分接口的通信規(guī)約，如涉及到不同廠家的產(chǎn)品，則問題更多，從而導(dǎo)致各系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)時間長，對將來的維護及運行都帶來了極大的不便，進而影響了變電站

5、自動化系統(tǒng)的投入率。 變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)的功能 微機保護：是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進行保護，包括(boku)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。各類保護應(yīng)具有下列功能： ）故障記錄 ）存儲多套定值 ）顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?）與監(jiān)控系統(tǒng)通信。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息，動作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應(yīng)采用標準規(guī)約。數(shù)據(jù)采集包括狀態(tài)數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù) ）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

6、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(yīng)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。事件記錄和故障錄波測距 事件記錄應(yīng)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

7、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?？刂坪筒僮鏖]鎖 操作人員可通過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(yīng)保留人工直接跳合閘手段。操作閉鎖應(yīng)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(yīng)具有同時操作閉鎖功能 ）操作出口應(yīng)具有跳合閉鎖功能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(dl)的同期設(shè)備實

8、現(xiàn)，也可以由微機保護軟件模塊實現(xiàn)。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)。數(shù)據(jù)處理和記錄 HYPERLINK /lishi/ 歷史(lsh)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

9、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(dāng)?shù)厝繉崿F(xiàn)，也可在遠動操作中心或調(diào)度中心實現(xiàn)。 人機聯(lián)系系統(tǒng)的自診斷功能：系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)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。與遠方控制中心的通信 本功能在常規(guī)遠動四遙的基礎(chǔ)上增加了遠方修改整定保護定值、故障錄波與測距信號的遠傳等，其信息量遠大于傳統(tǒng)的遠動系統(tǒng)。 根據(jù)現(xiàn)場的要求，系統(tǒng)應(yīng)具有通信通道的備用及切換功能，保證通信的可靠性，同時應(yīng)具備同多個調(diào)度中心不同方式的通信接口，且各通信口及MODEM應(yīng)相互獨立。保護

10、和故障錄波信息可采用獨立的通信與調(diào)度中心連接，通信規(guī)約應(yīng)適應(yīng)調(diào)度中心的要求，符合國標及IEC標準。 變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)具有同調(diào)度中心對時，統(tǒng)一時鐘的功能，還應(yīng)具有當(dāng)?shù)剡\行維護功能。 防火、保安系統(tǒng)。從設(shè)計原則而言，無人值班變電站應(yīng)具有防火、保安措施。變電站綜合(zngh)自動化的結(jié)構(gòu)及模式 目前從國內(nèi)、外變電站綜合自動化的開展情況而言，大致存在以下(yxi)幾種結(jié)構(gòu)： ）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 HYPERLINK /pc/ 計算(j sun)機單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的 HYPERLINK /network/ 網(wǎng)絡(luò)上實現(xiàn)分布式處理。這里所談的分布是

11、按變電站資源物理上的分布（未強調(diào)地理分布），強調(diào)的是從計算機的角度來研究分布問題的。這是一種較為理想的結(jié)構(gòu)，要做到完全分布式結(jié)構(gòu)，在可擴展性、通用性及開放性方面都具有較強的優(yōu)勢，然而在實際的工程應(yīng)用及技術(shù)實現(xiàn)上就會遇到許多目前難以解決的問題，如在分散安裝布置時，惡劣運行環(huán)境、抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上存在的問題等等，就目前技術(shù)而言還不夠十分成熟，一味地追求完全分布式結(jié)構(gòu)，忽略工程實用性是不必要的。 ）集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)的硬件裝置、數(shù)據(jù)處理均集中配置，采用由前置機和后臺機構(gòu)成的集控式結(jié)構(gòu)，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

12、能。目前國內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)有以下不足：前置管理機任務(wù)繁重、引線多，是一個信息瓶頸，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，即在前置機故障情況下，將失去當(dāng)?shù)丶斑h方的所有信息及功能，另外仍不能從工程設(shè)計角度上節(jié)約開支，仍需鋪設(shè)電纜，并且擴展一些自動化需求的功能較難。在此值得一提的是這種結(jié)構(gòu)形成的原由，變電站二次產(chǎn)品早期開發(fā)過程是按保護、測量、控制和通信部分分類、獨立開發(fā)，沒有從整個系統(tǒng)設(shè)計的指導(dǎo)思想下進行，隨著技術(shù)的進步及電力系統(tǒng)自動化的要求，在進行變電站自動化工程的設(shè)計時，大多采用的是按功能拼湊的方式開展，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的性能指標下降以及出現(xiàn)許多無法解決的工程問題。 ）分層分布式結(jié)構(gòu) 按變

13、電站的控制層次和對象設(shè)置全站控制級（站級）和就地單元控制級（段級）的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 站級系統(tǒng)大致包括站控系統(tǒng)（SCS）、站監(jiān)視系統(tǒng)（SMS）、站工程師工作臺（EWS）及同調(diào)度中心的通信系統(tǒng)（RTU）： 站控系統(tǒng)（SCS）：應(yīng)具有快速的信息響應(yīng)能力及相應(yīng)的信息處理分析功能，完成站內(nèi)的運行管理及控制（包括就地及遠方控制管理兩種方式），例如事件記錄、開關(guān)控制及SCADA的數(shù)據(jù)收集功能。 站監(jiān)視系統(tǒng)（SMS）：應(yīng)對站內(nèi)所有運行設(shè)備進行監(jiān)測，為站控系統(tǒng)提供運行狀態(tài)及異常信息，即提供全面的運行信息功能，如擾動記錄、站內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)、二次設(shè)備投入/退出狀態(tài)及設(shè)備的額定參數(shù)等。 站工程師工作臺（EW

14、S）：可對站內(nèi)設(shè)備進行狀態(tài)檢查、參數(shù)整定、調(diào)試檢驗等功能，也可以用便攜機進行就地及遠端的維護工作。 上面是按大致功能基本分塊，硬件可根據(jù)功能及信息特征在一臺站控計算機中實現(xiàn)，也可以兩臺雙備用，也可以按功能分別布置，但應(yīng)能夠共享數(shù)據(jù)信息，具有多任務(wù)時實處理功能。 段級在橫向按站內(nèi)一次設(shè)備（變壓器或線路等）面向?qū)ο蟮姆植际脚渲茫诠δ芊峙渖?，本著盡量下放的原則，即凡是可以在本間隔就地完成的功能決不依賴通訊網(wǎng)，特殊功能例外，如分散式錄波及小電流接地選線等功能的實現(xiàn)。 這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點： （1）可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，即將危險分散，當(dāng)站級系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只

15、影響到監(jiān)控部分，而最重要的保護、控制功能在段級仍可繼續(xù)運行；段級的任一智能單元損壞不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷，比如長期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)。 （2） 可擴展性和開放性較高，利于工程的設(shè)計及應(yīng)用。 （3） 站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也簡化了調(diào)試維護。 基本的模式 ）基本配置： （） 集中處理集中布置：將集控式屏、臺都集中布置在主控制室。 （） 分布處理集中布置：將分布式單功能設(shè)備集中組屏仍集中布置在主控制室。 （） 分布處理分散布置：將分布式單功能設(shè)備布置在一次設(shè)備的機柜內(nèi)或采用就地就近組屏分散設(shè)置的方式。 ）基本模式： （） 對于新建變電站的自動化系統(tǒng)的設(shè)計方式： 對于容量較大、設(shè)備進

16、出線回路數(shù)較多、供電地位重要且投資較好的變電站，可采用分層分布式結(jié)構(gòu)的雙機備用系統(tǒng)，輔之相應(yīng)的保護、測量、控制及監(jiān)測功能，并完成遠方的功能。 對于容量較小，主接線簡單，供電連續(xù)性要求不高的變電站，宜取消常規(guī)的配置及前置機，采用單機系統(tǒng)，完成保護、測量、控制等功能的管理，并完成遠方的功能。 （） 對于擴建及改造現(xiàn)有的按常規(guī)二次系統(tǒng)設(shè)計的自動化系統(tǒng)設(shè)計方式： 改造項目可采用新配置的具有三遙（或四遙）功能的RTU,完成對老站保護動作信息、設(shè)備運行狀態(tài)及部分功能的測量，并對原有的常規(guī)二次設(shè)備進行必要的改造或增加數(shù)據(jù)采集板，使之能與增設(shè)的自動化設(shè)備構(gòu)成(guchng)整體。 當(dāng)擴建項目的范圍較大，用戶對

17、自動化的要求較高，投資又允許時，通常采用自動化系統(tǒng)方案。 幾個(j )問題的認識及探討變電站自動化的基本概念 變電站自動化是指應(yīng)用自動控制技術(shù)、信息處理和傳輸技術(shù)，通過計算機硬軟件系統(tǒng)或自動裝置代替人工進行各種運行作業(yè)，提高變電站運行、管理水平的一種自動化系統(tǒng)。變電站自動化的范疇包括綜合自動化技術(shù)；變電站綜合自動化是指將二次設(shè)備（包括控制、保護、測量、信號、自動裝置和遠動裝置）利用微機技術(shù)經(jīng)過功能的重新組合和優(yōu)化設(shè)計，對變電站執(zhí)行自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)，它是自動化和計算機、通信技術(shù)在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。其具有以下特征： ）功能綜合化：是按變電站自動化系統(tǒng)的運行要求

18、，將二次系統(tǒng)的功能綜合考慮，在整個的系統(tǒng)設(shè)計方案指導(dǎo)下，進行優(yōu)化組合設(shè)計，以達到協(xié)調(diào)一致的繼電保護及監(jiān)控系統(tǒng)。綜合（INTEGRATED）并非指將變電站所要求的功能以拼湊的方式組合，而是指在滿足基本要求的基礎(chǔ)上，達到整個系統(tǒng)性能指標的最優(yōu)化。表現(xiàn)在： （） 簡化變電站二次設(shè)備的硬件配置，盡量避免重復(fù)設(shè)計。如遠動裝置和微機監(jiān)測系統(tǒng)功能的重復(fù)設(shè)置，沒有達到信息共享。 （） 簡化變電站各二次設(shè)備之間的互聯(lián)線，節(jié)省控制電纜，減少、的負載。力爭克服(kf)以前計量、遠動和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測系統(tǒng)所用的變送器各自設(shè)置，不僅增加投資而且還造成數(shù)據(jù)測量的不一致性。 （） 保護模塊相對獨立，網(wǎng)絡(luò)及監(jiān)測系統(tǒng)的故障不應(yīng)影響保護

19、功能的正常工作；對于110kV及以上電壓等級變電站，由于其重要程度，應(yīng)考慮保護、測量系統(tǒng)分開設(shè)置；而對于110kV以下低壓變電站，就目前的技術(shù)應(yīng)用水平及工程應(yīng)用角度而言，可以考慮將保護與測控功能合為一體的智能單元，這樣不但利于運行管理及工程組合，而且降低投資成本。 （） 減少安裝施工和維護的工作量，減少總占地面積，降低總造價或運行費用。 （） 提高運行的可靠性和 HYPERLINK /Economic/ 經(jīng)濟(jngj)性，保證電能質(zhì)量。 （） 有利于全系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定控制。 ）系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字化及模塊化：保護、控制、測量裝置的數(shù)字化（即采用微機實現(xiàn)，并具有數(shù)字化通信能力），利于把各功能模塊通過

20、通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，便于接口功能模塊的擴充及信息的共享。另外方便模塊的組態(tài)，適應(yīng)工程的集中式、分布分散式和分布式結(jié)構(gòu)集中式組屏等方式。 ）操作監(jiān)視屏幕化：當(dāng)變電站有人值班時，人機聯(lián)系在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機（或主機）上進行，當(dāng)變電站無人值班時，人機聯(lián)系功能在遠方的調(diào)度中心或操作控制中心的主機或工作站上進行，不管那種方式，操作維護人員面對的都是屏幕，操作的工具都是鍵盤或鼠標。 ）運行管理智能化：體現(xiàn)在無人值班、人機對話及操作的屏幕化、制表、打印、越限監(jiān)視和系統(tǒng)信息管理、建立實時數(shù)據(jù)庫和 HYPERLINK /lishi/ 歷史數(shù)據(jù)庫、開關(guān)操作及防誤操作閉鎖等方面，能夠減輕工作人員的勞動及人無法做到的

21、工作。 變電站綜合自動化站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)的建立 變電站內(nèi)傳送或交換的基本信息有：測量及狀態(tài)信息；操作信息；參數(shù)信息。根據(jù)信息傳送的性能要求，大致可分兩類考慮，一類要求實時響應(yīng)較高的信息，如事故的檢出、告警、事件順序記錄和用于保護動作的信息，要求傳送速度較高；另一類是對時間響應(yīng)要求不高的信息，如用于錄波、記錄及故障分析的信息，可允許較長的傳送時間。對于不同的數(shù)據(jù)亦有不同的安全性要求，站內(nèi)通信網(wǎng)聯(lián)系站內(nèi)各個智能單元、后臺監(jiān)控及遠方通信裝置，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，根據(jù)實際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工程實際需要，大致按以下原則考慮： ）電力生產(chǎn)的連續(xù)性和重要性，通信網(wǎng)的可靠性應(yīng)放在第一位一方面應(yīng)具有較強的抗干擾能力，以滿足溫

22、度、濕度和電磁干擾等環(huán)境要求，另一方面應(yīng)考慮備用措施。 ）站內(nèi)通信網(wǎng)應(yīng)根據(jù)通信負荷的特點合理分配，保證不出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象，通訊負荷不過載，對于大型變電站考慮100256個負載節(jié)點，一般中小型變電站考慮不超過60100個負載節(jié)點。通訊距離設(shè)計考慮不超過kM.。 ）站內(nèi)通信網(wǎng)應(yīng)滿足組合靈活、可擴展性好、具有較好的開放性以及調(diào)試維修方便的要求。宜采用總線形網(wǎng)絡(luò)。 ）通信媒介的選用原則是盡量采用光纖，考慮到工程的經(jīng)濟性，仍可采用電纜作為主要的通信媒介，但電纜接口一般設(shè)有隔離變壓器，以抑制共模干擾 ）站內(nèi)通信網(wǎng)的協(xié)議及規(guī)約應(yīng)盡量符合國家及國際標準 ）站內(nèi)通信網(wǎng)的站級通信網(wǎng)由于處于較佳的運行環(huán)境，其信息流較大（分布式集中布置），故可采用高速網(wǎng)；段級通信網(wǎng)根據(jù)實際工程需要，并且可能處于運行環(huán)境比較惡劣（分布式分散布置），因?qū)嶋H的信息量不是很大，可考慮慢速網(wǎng)（如現(xiàn)場總線或通信方式）的環(huán)境。 實際工程設(shè)計的考慮 為了使實際工程工作可靠，維護方便，擴展靈活，易于用戶操作和管理，在系統(tǒng)不同的