变电站综合自动化的基本功能及结构研究

　　引言随着现代电力系统自动化技术的发展，对于各种电压等级的变电站，尤其是110kV及以下电压等级的变电站，采用微机实现变电站综合自动化已成为一种发展趋势。很多新上的变电站都提出了无人或少人值守，实现综合自动化的要求；一些已建变电站也提出了这方面的技改要求。变电站综合自动化集微机监控、数据采集及微机保护于一体，可以取代变电站的常规仪表、常规操作控制屏及中央信号系统等二次设备，减少控制室面积，实现变电站实时数据采集、电气设备运行监控、防误操作、电压自动调节、小电流接地选线、数据远程通信、保护设备状态监测、以及继电保护定值的检查与修改。


　　2分散式控制系统变电站综合自动化的分散式控制系统分为站级和间隔级两层结构。站级位于变电站主控室内，又可称为变电站层；间隔级面向变电站开关场各间隔内的一次电力设备，即间隔层。这种控制系统的主要特点是以一次电力设备为安装单位，将控制、I/O、保护等单元分散就地安装在一次电力设备屏柜上。站级控制单元通过串口与各一次电力设备屏柜相连，并与上位机和远方调度中心通信。


　　变电站级主要包括本地监控工作站和工程师工作站微机，以及用于传送远动信息的主站微机。间隔级在横向按站内一次设备(主变、线路等)分散配置。对于站级和出线间隔级功能进行微处理化和分散安装(地理上的分散和功能上的分布)，站级主单元、间隔级I/O单元、保护单元或测控保护综合单元之间又分为保护相对独立，控制和测量合一及保护、控制和测量合一等两种模式。各单元相互之间依赖参数化方式达到组态的灵活性和可靠性。这种分散式控制系统同集中式系统相比具有以下明显的优点：


　　①系统控制可靠性提高，局部故障不会导致全系统的瘫痪。


　　②由于信息采集系统分布合理，从而缩短了传输距离与传输密度(即通道流量)，提高了传输系统的可靠性与可利用性，同时也减少电缆耗用量，节省投资，简化维护。


　　③减少了站级主机的负担。


　　④加快了系统响应速度。


　　⑤提高了控制系统的可扩展性与灵活性，便于管理，使各层计算机的容量与规模配置得更为合理，提高了软件与软件资源共享的程度。


　　3基本功能3.1数据采集变电站数据采集包括状态量、模拟量、脉冲量等数据的采集。


　　状态量有：断路器状态、隔离开关状态、周期检测状态、锁定状态、变电站一次设备运行告警信号、变压器分接头位置信号、阀门及接地信号等。对保护动作信号(常规方式作为状态量输入)则采用串行口或LAN网络通过通信方式获得。


　　图1分散式综合自动化系统原理图模拟量有：各段母线电压，线路电压、电流和功率值，馈线电流、电压及功率值，频率、相位等。此外还有变压器油温、直流电源电压、所用电电压和功率等。


　　脉冲量指电能表输出的电度量。


　　3.2控制操作人员在变电站或远方调度中心，可通过键盘或鼠标对断路器、隔离开关开合进行操作，可以对变压器有载分接头进行调节控制，可对电容器组进行投切。


　　3.3微机保护微机保护包括线路保护、变压器保护、馈电线保护、母线保护、电容器保护及备用电源自投等，高压系统则包括主保护和后备保护。


　　3.4数据处理变电站数据处理包括：断路器动作次数、断路器切除故障时的故障电流和跳闸操作次数统计；线路、变压器的有功和无功，母线电压定时记录的最大值、最小值及其时间；控制操作及修改定值的记录；独立负荷有功无功每天的峰值、最大值及其时间。


　　3.5事件记录及其它事件记录包括保护动作顺序记录(一般由微机保护产生)、开关跳合记录(一般由监控系统记录)。另外，还可根据需要配置专用微机故障录波器及增加小电流接地自动选线功能。


　　3.6通信监控系统应能与微机保护、微机故障录波器等通信，以及与调度中心通信、对时。


　　3.7自诊断功能系统内各插件应具有自诊断功能，自诊断信息可送往站级主机或远动调度中心。


　　3.8人机联系人机联系的主要内容有：显示画面与数据，例如单线图状态、潮流信息、保护定值、值班记录等等；输入数据；人工控制操作、检修或巡视中应具有的最低限度的人机联系功能等。


　　4基本结构对于110kV及以下电压等级的变电站，分散式系统将保护单元与测控装置分散下放到开关柜上，用光缆连接起来，如图1所示。对于主变的测控及保护，可安装到主变附近，亦可安装于控制室内。例如，南供朝阳变的每条10kV出线及所用的变电柜均就地配置一个I/O单元和一个保护装置，主变保护及I/O屏则安装于主控室内。


　　对于220kV及以上电压等级的变电站，则采用局部分散在开关场内若干设备小间安装就近设备的保护及测控装置，中间用光缆连接，如图2所示。


　　5几个问题的讨论①10kV电压等级的保护应能直接装于开关柜，并能满足使用场合对保护装置电磁干扰、震动(开并操作等引起)、温度及湿度的要求。


　　图2一个220kV局部分散式变电站综合自动化系统配置示例②国内产品与国外产品的比较。


　　目前，国内变电站综合自动化设备与国外产品比较的不足之处主要在以下几个方面：硬件制造工艺、变电站一次设备制造工艺等方面的差距较大；采用专用芯片、光缆等高质量设备较少；国外一些大型跨国公司的产品从变电站一次设备到综合自动化设备一应俱全，产品的整体性较强。


　　但是，国内产品也有其自身的特点，例如：国内厂家对国产设备较熟，对运行规程掌握较好，在开发实用系统、微机保护设备等方面有一定的优势；站控级的软件开发，尤其是人机联系应用软件的开发，国内各厂家都具有相当的实力，特别是汉化工作比外商更具优势；国内厂家在工程组织、现场调试、培训和售后服务等方面有较明显的优势；国内产品在价格上具有一定的优势。


　　③对于现有变电站改造，应重视对一次设备进行技改或更新，使之满足自动控制的要求。


　　④加强技术培训，提高现场人员使用、维护、故障处理的能力。


　　⑤应考虑防雷电、防静电、防感应过电压等问题，确保系统设备的安全运行。


　　⑥厂家一般将各微机保护按电力设备单元独立设置，直接由相关CT、PT输入电气量，动作信号直接送到操作开关的跳闸线圈。在这种情况下，保护装置应设有通信接口，接入站内通信网，以便在保护动作后向站级机提供报告等。此外，除微机保护外，其它一些自动装置，如备用电源自投装置、控制电容器投切和有载调压变压器分接头的电压控制装置等，也应设置专门的装置，放在相应的间隔层上。


　　6结语新建和现有变电站有条件时都应考虑实现综合自动化问题，并严格按完整的技术功能规范向厂家提要求，以提高变电站安全运行水平，取得更好的技术经济效益。变电站综合自动化设备应尽可能选择在国内区内有成功经验的分散式控制系统，并做好与厂家的技术配合、协调厂家间的技术配合及技术培训工作。另外，根据国内政策、资金等方面的实际情况，一般工程从设计到安装投运往往有几年甚至10年以上的间隔，对于在这段时间内技术的新发展，应能及时修改原设计，以直接更新产品。