變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

0變電站綜合自動化系統(tǒng)綜合能源效率是利用現(xiàn)代信息技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)對能源二次設(shè)備的功能進(jìn)行重組、優(yōu)化和設(shè)計的綜合能源效率。它是一個全面的自動化系統(tǒng)，用于監(jiān)測、測量、控制和協(xié)調(diào)能源系統(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、共享數(shù)據(jù),完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備,簡化了變電站二次接線。變電站綜合自動化是提高變電站安全穩(wěn)定運行水平、降低運行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益并向用戶提供高質(zhì)量電能的一項重要技術(shù)措施。1綜合自動化系統(tǒng)的組成變電站綜合自動化系統(tǒng)主要有測量、控制、保護(hù)和通信4大功能模塊。變電站的綜合自動化系統(tǒng)具體細(xì)分為繼電保護(hù)、四遙、小電流接地選線、防誤閉鎖、操作票、備自投、低周減載、同期并列、故障錄波、SOE與事故追憶、定值傳送、后臺監(jiān)控及遠(yuǎn)程通信等功能單元。1.1變電站設(shè)備保護(hù)繼電保護(hù)功能是變電站最重要的功能之一,變電站的保護(hù)要獨立于監(jiān)控系統(tǒng),即監(jiān)控系統(tǒng)各軟、硬件發(fā)生故障退出運行時,繼電保護(hù)單元仍然能正常運行。變電站一次設(shè)備,如變壓器、線路(包括進(jìn)線和出線)、母線、電容器和接地變,都配有相應(yīng)的保護(hù)裝置:變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、母線保護(hù)、電容器保護(hù)和接地變保護(hù)。綜合自動化系統(tǒng)的保護(hù)測控裝置完成了繼電保護(hù)的功能。1.2過保護(hù)測控裝置的使用四遙是變電站綜合自動化的基本功能之一,其他的功能單元都是以四遙為基礎(chǔ),通過共享在通訊網(wǎng)絡(luò)上的四遙數(shù)據(jù)實現(xiàn)。綜合自動化系統(tǒng)通過保護(hù)測控裝置采集現(xiàn)場的模擬量和開關(guān)量,由保護(hù)測控裝置內(nèi)部處理器將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,通過通信網(wǎng)送到調(diào)度端或后臺監(jiān)控機,完成遙測、遙信功能。調(diào)度端或后臺監(jiān)控機發(fā)出的斷路器、隔離開關(guān)跳合閘命令或有載調(diào)壓、無功調(diào)節(jié)投退電容器命令通過通信網(wǎng)到達(dá)綜合自動化系統(tǒng)測控裝置,由測控裝置與二次操作控制回路完成斷路器、隔離開關(guān)的跳合閘或有載調(diào)壓、無功調(diào)節(jié)投退電容器,實現(xiàn)遙控、遙調(diào)功能。1.3保護(hù)裝置3i0的數(shù)據(jù)模型小電流接地選線功能是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一個重要功能。通過采取3I0,3U0及其增量來判斷是否有接地故障,也可用5次諧波方式分析接地故障。目前,國內(nèi)外綜合自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家,都不設(shè)獨立的的小電流接地選線裝置,通過測控裝置的某一模塊或者后臺監(jiān)控軟件實現(xiàn)這一功能,完成這一功能所需要的3I0,3U0數(shù)據(jù)取自10kV保護(hù)裝置·64·水利電力機械2007年8月發(fā)送到通信網(wǎng)絡(luò)上的3I0,3U0數(shù)據(jù),不需要獨立的接至10kVCT,PT的電纜,對10kV出線多的變電站來說,節(jié)省的投資是可觀的。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,10kV單相接地的危害性越來越大,過去的單相接地僅僅發(fā)信已不能適應(yīng)需要。據(jù)有關(guān)綜合自動化站的運行記錄,雷雨季節(jié)雷擊曾擊壞過站內(nèi)的通信網(wǎng),若同時發(fā)生10kV線路單相接地故障,運行人員就不能及時發(fā)現(xiàn)線路單相接地故障,若不及時處理,則有可能造成故障線路由單相接地發(fā)展成為兩相或三相接地短路故障。因此,小電流接地選線功能獨立于通信網(wǎng)是現(xiàn)實的迫切要求。目前,小電流接地選線技術(shù)在很大程度上依賴于通信網(wǎng),因此,對于一些出線是10kV電纜、對地電容大或雷擊頻繁的變電站,可考慮采用一套獨立的小電流接地選線裝置。1.4次電纜防誤開關(guān)防誤閉鎖設(shè)計應(yīng)遵循的原則是:凡是有可能引起誤操作的高壓設(shè)備,均應(yīng)在控制中采取防誤閉鎖措施。防誤閉鎖主要有電氣防誤閉鎖和微機防誤閉鎖2種方式。電氣防誤閉鎖回路是一種現(xiàn)場電氣聯(lián)鎖技術(shù),主要通過相關(guān)設(shè)備的輔助接點連接來實現(xiàn)閉鎖,這種方式需要接入大量的二次電纜,接線方式復(fù)雜,運行維護(hù)較為困難,且輔助接點可靠性差;其防誤功能隨二次接線而定,不宜增加和修改。微機防誤閉鎖是通過用軟件編寫斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘間的操作閉鎖規(guī)則,將現(xiàn)場大量的二次閉鎖回路變?yōu)殡娔X中的“五防”閉鎖規(guī)則庫,實現(xiàn)防誤閉鎖的數(shù)字化,并可以實現(xiàn)電氣閉鎖不能或難以實現(xiàn)的防誤功能,具有智能化程度高、功能齊全、操作簡單及擴充方便等優(yōu)點。在變電站綜合自動化的設(shè)計中,采用微機防誤閉鎖是發(fā)展趨勢,采用獨立的微機防誤閉鎖裝置,不需再連接相關(guān)設(shè)備的輔助接點,節(jié)省了大量的二次電纜,微機防誤閉鎖裝置所需要的斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘位置信號可從通訊網(wǎng)絡(luò)獲得。隨著變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展,各變電站綜合自動化設(shè)備生產(chǎn)廠家已將該功能嵌套在后臺監(jiān)控軟件中,不再設(shè)計單獨的微機防誤閉鎖裝置。1.5自動生成票的編制倒閘操作是指電氣設(shè)備由一種運行狀態(tài)變換到另一種運行狀態(tài),由一種運行方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運行方式時所進(jìn)行的一系列有序操作。為保證操作的準(zhǔn)確性,首先由專業(yè)人員以操作票的形式編制操作步驟,然后交由現(xiàn)場人員執(zhí)行。根據(jù)運行方式的變化,按規(guī)范程序自動生成正確的操作票,以減輕運行人員的勞動強度,并減少誤操作的可能性。這部分功能同防誤閉鎖功能密切聯(lián)系,也已嵌套在后臺監(jiān)控軟件中。1.6系統(tǒng)工作電源放線備自投是對用戶提供不間斷供電的經(jīng)濟(jì)而又有效的一種技術(shù)措施。變配電站備自投有2種基本的供電方式:第1種是母聯(lián)分段供電方式,分段開關(guān)斷開,2個工作電源分別供電,2個電源互為備用,此方式稱為母聯(lián)(橋)備自投方式(也稱暗備用方式);第2種方式是雙進(jìn)線向單母線供電,#1進(jìn)線工作,#2進(jìn)線作為備用,此方式稱為線路備自投方式(也稱明備用方式)。在變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用過程中,需要掌握每種確定的一次接線方式對應(yīng)的充電條件、放電條件及動作過程,此時,給備用電源投入裝置設(shè)置邏輯判別條件相對簡單。1.7低每周減少110kV,10kV線路可由各自的保護(hù)裝置實現(xiàn),不用單獨配置低周減載裝置。整定值由各條線路裝置自行整定。1.8檢無壓同步預(yù)警和控制與追蹤用于220kV線路斷路器、220kV旁路兼母聯(lián)斷路器、110kV線路斷路器、110kV旁路斷路器、110kV母聯(lián)斷路器及主變220kV側(cè)斷路器、110kV側(cè)斷路器處,同步檢測斷路器兩側(cè)電壓的幅值、相位和頻率,并發(fā)出同期合閘啟動或閉鎖信號。此功能可進(jìn)行檢無壓同期,亦能進(jìn)行手動準(zhǔn)同期和捕捉同期。既能滿足正常運行方式下的同期,亦能滿足系統(tǒng)事故時的同期。同期方式分為集中式和分布式手動準(zhǔn)同期,正常情況下采用后臺監(jiān)控計算機手動準(zhǔn)同期,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、遠(yuǎn)動主站退出運行時,上述各元件的同期并列操作應(yīng)能在各自的保護(hù)屏處手動進(jìn)行。1.9初步識別故障點位置故障錄波是電力系統(tǒng)發(fā)生故障及振蕩時自動記錄故障數(shù)據(jù)的一種技術(shù),通過對故障錄波數(shù)據(jù)的分析、計算,有助于了解故障性質(zhì)、類型及相別,并初步判定故障點位置,縮短查找故障及進(jìn)行處理的時間,保證盡快地恢復(fù)正常供電。一般用于220kV及以上變電所和110kV重要變電所。在綜合自動化的設(shè)計應(yīng)用中,已基本淘汰了集中獨立的故障錄波的方式,完全可由110kV或以上線路保護(hù)裝置或變壓器保護(hù)裝置附加一功能模塊,通過共享保護(hù)CT的數(shù)據(jù),再配合后臺監(jiān)控軟件完第29卷第8期江忠湖:變電站綜合自動化的功能分析·65·成這一功能。1.10事故追蹤系統(tǒng)用于事故的事后分析,查找事故第一原因。SOE用來記錄事故發(fā)生前后重要開關(guān)量的變位情況,事故追憶用來記錄事故發(fā)生前后重要模擬量的變化情況。在綜合自動化系統(tǒng)中,保護(hù)及測控裝置的運行數(shù)據(jù),通過通信網(wǎng)絡(luò)上傳到調(diào)度端或當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機存檔,在需要時提供查詢,從而實現(xiàn)這一功能。1.11工控制人工操作可就地、可東南角根據(jù)系統(tǒng)潮流進(jìn)行無功自動調(diào)節(jié)控制,也可人工控制(人工操作可就地、可遠(yuǎn)方)。自動控制時可根據(jù)電壓、潮流和無功負(fù)荷由裝置進(jìn)行自動控制調(diào)節(jié)變壓器抽頭位置或投退電容器組。1.12保護(hù)整定值為通過后臺監(jiān)控機或調(diào)度端查看微機繼電保護(hù)裝置的保護(hù)整定值,也可在后臺監(jiān)控機或調(diào)度端修改微機繼電保護(hù)裝置的保護(hù)整定值。比直接在微機繼電保護(hù)裝置上查看或修改保護(hù)整定值方便快捷了很多,減少了繼電保護(hù)工作人員的工作量。1.13基于軌道交通的自動化設(shè)計后臺監(jiān)控系統(tǒng)除常規(guī)的監(jiān)視與控制功能外,還集成了AVQC、定值傳送、五防和操作票等諸多功能,為變電站自動化提供了一體化的方案和強有力的手段。當(dāng)有人值班時,人機聯(lián)系功能在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機上進(jìn)行,運行人員利用CRT屏幕和鍵盤或鼠標(biāo)器進(jìn)行操作。當(dāng)無人值班時,人機聯(lián)系功能在上級調(diào)度中心的主機或工作站上進(jìn)行。1.14事故響應(yīng)監(jiān)測將站內(nèi)運行的有關(guān)數(shù)據(jù)及信息遠(yuǎn)傳至調(diào)度中心及設(shè)備運行管理單位,其中包括正常運行時的信息和故障狀態(tài)時的信息,以便調(diào)度中心人員及時了解設(shè)備運行狀況及進(jìn)行事故處理?？蓪崿F(xiàn)四遙和遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)值、故障錄波與測距信號的遠(yuǎn)傳等。在綜合自動化的設(shè)計和應(yīng)用中,遠(yuǎn)程通信主要有以下技術(shù)內(nèi)容:通道為載波、微波或擴頻等;通訊方式為同步或異步;通訊速率;通信協(xié)議如CDT,DNP,IEC61870-5-103等;調(diào)度端站址和本站站址。以上各項協(xié)調(diào)內(nèi)容應(yīng)與調(diào)度端完全一致,否則數(shù)據(jù)傳送有可能出錯,嚴(yán)重時影響通訊。2通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計在變電站的應(yīng)用變電站綜合自動化的實現(xiàn),很大程度上依賴于通信,除繼電保護(hù)獨立于通信外,其他的功能單元都依賴于通信來實現(xiàn)。由于通信技術(shù)的發(fā)展,變電站的一些功能的實現(xiàn)方式也發(fā)生了較大的變化,如小電流接地選線、故障錄波、無功補償由以前的集中式向分散式發(fā)展及節(jié)省了大量電纜等。通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和應(yīng)用的主要內(nèi)容有通信媒介的選用、通訊口接口方式、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及通信規(guī)約協(xié)議,在層次上包括當(dāng)?shù)夭杉刂茊卧c變電站監(jiān)控管理層之間的通信,變電站當(dāng)?shù)嘏c遠(yuǎn)方調(diào)度中心之間的通信。一個綜合自動化變電站所采用的智能設(shè)備是否先進(jìn)可靠,可直接從其他通訊功能反映出來,如通訊協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸速度、誤碼率及接口方式等,在變電站綜合自動化設(shè)計應(yīng)用中應(yīng)充分地認(rèn)識這一點,選用通訊功能好的設(shè)備。3變電站及綜合自動化設(shè)備選型變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計和應(yīng)用是一門綜合學(xué)科,要求設(shè)計應(yīng)用人員既要掌握電氣專業(yè)知識,又必須具備計算機和通信知識。任何一個變電站綜合自動化的設(shè)計和應(yīng)用,都是圍繞上述功能的實現(xiàn)而展開的,在設(shè)計時可