論述變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：變電站自動化屬于一種自動化系統(tǒng)，主要是利用自動控制原理、信息處理技術(shù)以及數(shù)據(jù)的傳輸技術(shù)，來提高變電站的運(yùn)行和管理水平，除此之外，還利用計(jì)算機(jī)和相關(guān)的自動化設(shè)備來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工作業(yè)對變電站進(jìn)行管理。

關(guān)鍵詞：變電站;自動化;設(shè)計(jì)

一、變電站自動化概述

變電站自動化通常指的是一種綜合的自動化系統(tǒng);變電站綜合自動化指的是能夠?qū)崿F(xiàn)對變電站自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)其工作的一類系統(tǒng)，該類系統(tǒng)是利用微機(jī)技術(shù)，將傳統(tǒng)的二次設(shè)備，經(jīng)過重新的組合和優(yōu)化而實(shí)現(xiàn)的，主要特點(diǎn)包括以下幾方面：

（1）功能綜合化

這里的“綜合”指的是將變電站所具有的基本功能進(jìn)行最優(yōu)化處理，使得進(jìn)行綜合后，變電站不僅滿足基本的要求，還能使系統(tǒng)的整體性能達(dá)到最優(yōu)。概括來講，功能綜合化指的是將在新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化處理的技術(shù)方案指導(dǎo)下，滿足系統(tǒng)的基本要求，將二次系統(tǒng)進(jìn)行性能最優(yōu)化處理。

（2）系統(tǒng)構(gòu)成的數(shù)字化及模塊化

將系統(tǒng)的控制、測量、協(xié)調(diào)設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化處理，一方面有利于把各功能模塊通過通信網(wǎng)絡(luò)連接起來，便于接口功能模塊的擴(kuò)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。

（3）操作監(jiān)視屏幕化

對于變電站的監(jiān)控是一般有兩種狀態(tài)：有人值班和無人值班。當(dāng)監(jiān)控室有人值班的時(shí)候，人機(jī)之間的聯(lián)系是在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的后臺機(jī)，也就是通常所說的主機(jī)上來完成的。當(dāng)變電站的監(jiān)控室處于無人值班的狀態(tài)，人機(jī)之間的聯(lián)系功能是在遠(yuǎn)方的調(diào)度中心，也就是操作控制中心的主機(jī)上或操作控制中心工作站上來完成的。無論變電站監(jiān)控室處于何種狀態(tài)，值班維護(hù)人員所直接面對的對象是計(jì)算機(jī)屏幕，其操作工具則是鍵盤、鼠標(biāo)。

（4）運(yùn)行管理智能化

主要表現(xiàn)在無人值守，人機(jī)對話和屏幕的操作，制表，打印，“超限”監(jiān)控及信息管理系統(tǒng)，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，開關(guān)操作和防誤操作閉鎖等，可以降低員工的勞動，以及工作人員無法完成的工作。

二、變電站綜合自動化功能需求分析

1.監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的功能應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容：

1.1數(shù)據(jù)采集

變電站的數(shù)據(jù)包括模擬量、開關(guān)量和電能量。

（1）電能計(jì)量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠利用交流采樣得到的電流、電壓值，通過一定的軟件計(jì)算出有功電能和無功電能。

（2）模擬量的采集。變電站需采集的模擬量有：各段母線和線路的電壓電流、有功、無功，主變、電容器以及各出線的電壓、電流、功率、頻率、相位和功率因數(shù)等。此外還有主變壓器油溫、站用變壓器電壓和直流電源電壓等。

（3）開關(guān)量的采集。變電站的開關(guān)量包括斷路器、隔離開關(guān)的狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、繼電保護(hù)動作信號、同期檢測狀態(tài)和運(yùn)行告警信號等，通過局域網(wǎng)絡(luò)通信輸入計(jì)算機(jī)。

1.2事件順序記錄

事件順序記錄（Sequence of Events，SOE），包括斷路器跳合閘記錄、保護(hù)動作順序記錄。微機(jī)保護(hù)或監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)必須能存放足夠容量的事件順序記錄，以確保當(dāng)遠(yuǎn)方集中控制主站或后臺監(jiān)控系統(tǒng)通信中斷時(shí)丟失事件信息，并在毫秒級記錄事件發(fā)生的事件。

1.3故障錄波和測距、故障記錄

（1）故障錄波與測距。變電站的故障錄波和測距可采用兩種方法實(shí)現(xiàn)，一種方法是采用專用的、具有串行通信功能的微機(jī)故障錄波器，可以與監(jiān)控系統(tǒng)通信;另一種是由微機(jī)繼電保護(hù)裝置兼作故障記錄和測距，將結(jié)果送監(jiān)控機(jī)存儲打印輸出或直接送調(diào)度主站。

（2）故障記錄。記錄繼電保護(hù)動作前后母線電壓以及故障有關(guān)的電流量，記錄保護(hù)啟動前2個(gè)周期和保護(hù)啟動后10個(gè)周期以及重合閘等全過程的情況。

1.4操作控制功能

通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對變壓器分接位置調(diào)節(jié)、對斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行分、合操作，控制電容器投切;在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留人工直接拉、合閘方式以防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障時(shí)，無法操作被控設(shè)備，同時(shí)要能接受遙控操作命令，進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。

1.5安全監(jiān)視功能

監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度和頻率等量要不斷進(jìn)行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，同時(shí)記錄和顯示越限時(shí)間和越限值，另外，還要監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電，自控裝置工作是否正常等。

1.6人機(jī)聯(lián)系功能。

變電站采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在主控室內(nèi)可對全站的斷路器和隔離開關(guān)等進(jìn)行分、合操作，徹底改變傳統(tǒng)的依靠模擬屏或操作屏和指針式儀表等手段的操作方式。

2 CRT顯示畫面的要求

CRT顯示畫面的要求包括顯示采集和計(jì)算的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)定值和自控裝置設(shè)定值顯示、事件順序記錄顯示、主變負(fù)荷曲線和母線電壓曲線的歷史趨勢顯示、顯示實(shí)時(shí)主接線圖、值班記錄顯示、越限報(bào)警顯示以及故障記錄顯示和設(shè)備運(yùn)行狀況顯示等。

3輸入數(shù)據(jù)

變電站投入運(yùn)行后，對著送電量的變化，保護(hù)定值、越限值等需要修改，必須能夠輸入TA和TV變比、保護(hù)定值和越限報(bào)警定值自控裝置的設(shè)定值等。

三、綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：采用開放式分層分布結(jié)構(gòu)，由站控層、間隔層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)成。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用以太網(wǎng)單網(wǎng)連接，連接結(jié)構(gòu)采用間隔層的測控單元直接上站控層網(wǎng)絡(luò)，測控裝置直接與站控層通信。在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，間隔層仍能獨(dú)立完成間隔的監(jiān)測和斷路器控制功能。遠(yuǎn)動與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分別通訊于測控單元。

系統(tǒng)軟件：主機(jī)應(yīng)采用安全操作系統(tǒng)，如基于UNIX或LINUX的操作系統(tǒng)，或經(jīng)過軟件加固的WINDOWS等安全性能較高的操作系統(tǒng)。

2）電源：為保證遠(yuǎn)動系統(tǒng)可靠供電，考慮配置1臺臺逆變電源裝置逆變電源裝置的直流電源取自站內(nèi)220伏直流系統(tǒng)。

3）GPS對時(shí)系統(tǒng)：站內(nèi)配置一套獨(dú)立的GPS同步時(shí)鐘系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置、故障錄波器、自動化裝置等設(shè)備的時(shí)間同步，保證各裝置同步對時(shí)精度和對時(shí)接口要求。

4）調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備：為了就近接入地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，本變電站應(yīng)配置一套調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備，包括交換機(jī)、路由器設(shè)備等。

5）二次系統(tǒng)安全防護(hù)裝置：為保障本站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，防范實(shí)時(shí)系統(tǒng)因網(wǎng)絡(luò)攻擊及由此引起的電力系統(tǒng)事故，應(yīng)建立相應(yīng)的安全防護(hù)體系。故在站內(nèi)配置二次系統(tǒng)安全防護(hù)裝置一套，包括專用安全隔離防護(hù)裝置、硬件防火墻和網(wǎng)絡(luò)安全管理軟件，并配置相應(yīng)IP認(rèn)證加密裝置，從而有效保證調(diào)度自動化信息的實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性。

6）電能計(jì)量裝置的配置：計(jì)量用電壓互感器準(zhǔn)確度等級為0.2級;電流互感器準(zhǔn)確度等級為0.2S級。電能表應(yīng)選用電子式多功能表，有功準(zhǔn)確度等級0.2S級，無功準(zhǔn)確度等級2.0級，失壓計(jì)時(shí)功能滿足DL/T566-1995《電壓失壓計(jì)時(shí)器技術(shù)條件》。

7）微機(jī)五防閉鎖功能：本站通過微機(jī)監(jiān)控的邏輯閉鎖軟件實(shí)現(xiàn)全站的五防操作閉鎖功能，同時(shí)在受控設(shè)備的操作回路中串接本間隔的閉鎖回路，此種方案是數(shù)字化變電站技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。

四、結(jié)束語

變電站自動化的設(shè)計(jì)方案和遠(yuǎn)動及自動化系統(tǒng)配置目標(biāo)進(jìn)行了概述。從自動化功能要求及設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)兩個(gè)方面，對變電站綜自實(shí)現(xiàn)的功能、設(shè)計(jì)原則作簡要的介紹。結(jié)合一次系統(tǒng)方案，根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)對本站的要求以及遠(yuǎn)動綜合自動化的各種條件，確定了變電站綜自系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

作者簡介：

許良（1985.12-），男，本科，工程師，主要研究方向：電力系統(tǒng)自動化。