變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

王展

【摘要】變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將變電站的二次設(shè)備功能進(jìn)行重新組合，在使用過程中不斷進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并且對(duì)變電站系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)督。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域十分廣泛，所要求的技術(shù)比較高。本文主要對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的主要組成部分、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及重點(diǎn)問題展開論述。

【關(guān)鍵詞】變電站；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；分析；設(shè)計(jì)

引言

變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系著電力系統(tǒng)的運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在我國還沒有形成統(tǒng)一的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，市場(chǎng)上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和類型也是不同的，這為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施造成了一定的阻礙。所以提高變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和拓展，有利于提高我國電力系統(tǒng)的發(fā)展水平，能為國家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供更加有力的支持。

1.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的組成

1.1 變電所

變電所是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)必不可少的組成部分之一，它對(duì)電力的綜合調(diào)度起著指導(dǎo)和決定作用。變電所作為調(diào)度運(yùn)行的主要窗口，有利于使人機(jī)之間進(jìn)行有效的交互，語音報(bào)警、彩表打印等功能可以對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)督、對(duì)可控裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以完成“四遙功能”。變電所通常由監(jiān)控工作站、運(yùn)動(dòng)主站、工程師監(jiān)控站這三個(gè)部分組成。

1.2 遠(yuǎn)方工程師站

遠(yuǎn)方工程師站通過MKDEN系統(tǒng)，可以與公用電話線進(jìn)行連接，這樣工程師就可以在有電話的任何地方，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)上的元件進(jìn)行通信，還可以就地對(duì)計(jì)算機(jī)中的磁盤進(jìn)行讀取，通過對(duì)波長(zhǎng)記錄的分析，對(duì)遠(yuǎn)方存在的故障和問題進(jìn)行診斷與分析。

1.3 就地監(jiān)控工作站

變電所的監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)的監(jiān)視系統(tǒng)為監(jiān)控中心，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行全程的監(jiān)視、測(cè)量、控制、記錄以及報(bào)警等功能，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制中心和保護(hù)設(shè)備與就地監(jiān)控工作站之間的通訊，實(shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)共享。就地監(jiān)控工作站的監(jiān)視系統(tǒng)具備的功能有：畫面顯示功能、記錄功能、數(shù)據(jù)采集與處理功能、報(bào)警處理功能、控制功能以及順序計(jì)錄功能。

1.4 運(yùn)動(dòng)主站

運(yùn)動(dòng)主站可以利用微機(jī)技術(shù)，即MODEN技術(shù)，通過專用運(yùn)動(dòng)通道，從而實(shí)現(xiàn)在上一級(jí)調(diào)度的運(yùn)動(dòng)功能。這是運(yùn)動(dòng)主站的主要作用。

1.5 工程師主站

工程師主站有一個(gè)LONWORKS接口，這個(gè)接口的主要作用就是分別用于與錄波專用網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)相連接。工程師主站的主要功能是：與監(jiān)控網(wǎng)和錄波網(wǎng)的任一元件進(jìn)行通信，實(shí)施多種測(cè)試、讀取數(shù)值的工作；工程師主站的就地計(jì)算機(jī)主要用途是可以把分散在各個(gè)保護(hù)裝置的中錄波插件數(shù)據(jù)，迅速進(jìn)行記錄并且存盤，而且計(jì)算機(jī)還可以與配套軟件工具合作，實(shí)施多種工作。

1.6 網(wǎng)絡(luò)層

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是引用了國外先進(jìn)的LONWORKS 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使其作為變電站內(nèi)的技術(shù)。LONWORKS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有很高的可靠性，使用便捷、具有開放性、廉價(jià)性的優(yōu)點(diǎn)，而且在網(wǎng)絡(luò)初始化、變電所的擴(kuò)建、通信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行以及監(jiān)視的過程中，可以使用變電站內(nèi)通信網(wǎng)LONWORKS站內(nèi)的通信網(wǎng)絡(luò)。變電站包括兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)，分別是故障錄波專用網(wǎng)和監(jiān)控主網(wǎng)。

1.7 間隔層

間隔層設(shè)立在各繼電保護(hù)小間內(nèi)，是繼電保護(hù)監(jiān)控的子站層。間隔層各間隔的設(shè)備相互獨(dú)立，呈橫向一次分布式布置，僅是憑借通信網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)系，所堅(jiān)持的工作目標(biāo)就是在本間隔可以完成的工作絕不下放。間隔層對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行上送，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量和控制，即使中央控制出現(xiàn)失效，間隔層仍可以使子站的測(cè)量、保護(hù)和控制工作順利進(jìn)行；而且間隔層內(nèi)，測(cè)量、控制、保護(hù)等工作可以通過一個(gè)裝置全部完成。

2.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 分層分布式結(jié)構(gòu)

在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的分層分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)設(shè)備部件和功能的不同，把變電站的設(shè)備分為三層，分別是間隔層、設(shè)備層和變電站層。間隔層是按照斷路器的間隔來劃分的，具有測(cè)量、控制和繼電保護(hù)部件的功能；設(shè)備層主要包括電流互感器、電壓互感器等主要設(shè)備，還包括隔離開關(guān)、輔助觸點(diǎn)等；變電站層包括遠(yuǎn)距離通信的遠(yuǎn)動(dòng)通信機(jī)和站級(jí)監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)主要負(fù)責(zé)監(jiān)控變電站的運(yùn)行情況。

2.2 分散式結(jié)構(gòu)

分散式結(jié)構(gòu)是按照系統(tǒng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在每個(gè)開關(guān)柜上直接安裝單回路的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控單元以及微機(jī)的保護(hù)單元，這樣分散式結(jié)構(gòu)不僅可以節(jié)約光纜，起到合理利用資源的作用，還可以增強(qiáng)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的抗干擾能力。用網(wǎng)絡(luò)電纜連接起單回路的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控單元以及微機(jī)的保護(hù)單元和I/O通信控制器，最終的結(jié)果導(dǎo)致作用單一，僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的傳送。

2.3 集中式結(jié)構(gòu)

上世紀(jì)90年代研制出來的集中式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，變電站控制室內(nèi)的計(jì)算機(jī)是變電站自動(dòng)化的心臟和核心位置，而且其他的零部件結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集工作。在微機(jī)保護(hù)中，每一個(gè)保護(hù)柜都有一個(gè)相對(duì)應(yīng)的單元，管理的單元的串行口和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制部件系統(tǒng)相連接，可以實(shí)現(xiàn)傳送保護(hù)裝置各種數(shù)據(jù)和參數(shù)的功能，還可以顯示保護(hù)裝置的定值。

3.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的關(guān)鍵問題以及解決策略

3.1 測(cè)量功率的方向問題

測(cè)量功率的方向問題主要體現(xiàn)在四個(gè)主要方面。（1）在變壓器中，電流的流入方向是正方向，流出方向是負(fù)方向；（2）容電器、抗電器等元件，以流出母線的功率作為正方向；（3）對(duì)于所有的線路，統(tǒng)一以流出母線為正方向，流入母線作為負(fù)方向；（4）電流沒有方向。

3.2 精簡(jiǎn)優(yōu)化傳送調(diào)度端的監(jiān)控信號(hào)

精簡(jiǎn)優(yōu)化傳送調(diào)度端的監(jiān)控信號(hào)主要是因?yàn)樾畔⒘窟^于龐大、信號(hào)的選取沒有標(biāo)準(zhǔn)、取消中央系統(tǒng)信號(hào)帶來的問題這三個(gè)主要的方面。首先信息量過于龐大主要指的是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)每天產(chǎn)生的信息量過于龐大，所以在工作過程中，要精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)和信息，篩選出有用數(shù)據(jù)。對(duì)于本身具有自動(dòng)調(diào)節(jié)功能的直流系統(tǒng)，只需要將故障信號(hào)和接地信號(hào)反映給值班人員，對(duì)于其他的信號(hào)可以直接忽略；對(duì)于為專業(yè)的維護(hù)人員服務(wù)的信號(hào)，值班人員不需要了解，對(duì)于這類信號(hào)可以不用采集；對(duì)于斷路器操作機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的信號(hào)，雖然信號(hào)比較多，但是作為調(diào)度員，只需要對(duì)總體情況有把握，不需要對(duì)每一個(gè)信號(hào)都進(jìn)行了解；其次信號(hào)選取的標(biāo)準(zhǔn)首先要根據(jù)保護(hù)裝置的型號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，對(duì)微機(jī)的保護(hù)信號(hào)統(tǒng)一管理；最后因?yàn)樽冸娬揪C合自動(dòng)化系統(tǒng)由于是完全自動(dòng)化的管理，所以不需要安排人員進(jìn)行看管。但是當(dāng)變電站發(fā)生事故和異常情況時(shí)，無法進(jìn)行音響警告，這時(shí)就需要安排人員進(jìn)行看管。

3.3 母線電壓測(cè)量問題

在正常的運(yùn)行方式下，設(shè)備的母線電壓測(cè)量可以正確反映各段母線電壓值。但是當(dāng)某臺(tái)變壓器停電或者變壓器保護(hù)實(shí)現(xiàn)校驗(yàn)，而母線仍然運(yùn)行時(shí)，這時(shí)如果將變壓器的后備保護(hù)電源斷開后，就不能正確反映母線的電壓。當(dāng)雙母線的接線方式被使用時(shí)，只有一條母線正常運(yùn)轉(zhuǎn)，也不能正確反映母線測(cè)量的電壓。所以要準(zhǔn)確的測(cè)量母線的電，要采用獨(dú)立的測(cè)量裝置。

3.4 對(duì)一些信號(hào)進(jìn)行特殊處理

這些信號(hào)包括保護(hù)跳閘信號(hào)、斷路器位置信號(hào)、事故總信號(hào)、控制回路斷線信號(hào)、預(yù)告總信號(hào)、通信狀態(tài)信號(hào)以及保護(hù)裝置失電信號(hào)。這些信號(hào)具有一定的特殊性，需要進(jìn)行特殊的處理，才能夠服務(wù)于變電站綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)的需要。

4.結(jié)語

變電站作為國家電網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，對(duì)于電網(wǎng)整體的運(yùn)行和電力的供應(yīng)有重要作用。我國目前已經(jīng)開始實(shí)施變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，但是就目前來看，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)依然存在著一些發(fā)展的問題，不能滿足電力系統(tǒng)保護(hù)的所有需要。隨著電力科技的發(fā)展和研究的不斷深入，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)成為變電站發(fā)展的主要方向和趨勢(shì)， 為國家電力的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 王澤芳，董鋼，景興紅等.淺談變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和優(yōu)化[J].科學(xué)咨詢，2012，（1）：75-76.