110kV變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

陸宇

摘要：變電站是電網(wǎng)的重要組成部分，智能化的變電站是促進(jìn)電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)110kV變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的硬件和軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)110kV變電站重要電氣設(shè)備的智能保護(hù)，通過電源系統(tǒng)的配置、四遙功能的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：變電站;硬件;系統(tǒng)設(shè)計(jì);繼電保護(hù)

1 引言

對(duì)于自動(dòng)化技術(shù)來說，其在諸多工程行業(yè)中都是具有壓倒性的優(yōu)勢(shì)的，這也是其能夠被應(yīng)用于電氣行業(yè)中的最關(guān)鍵的原因。從總體上來看，當(dāng)前電氣行業(yè)在自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用上可分為三大方面：繼電保護(hù)系統(tǒng)、時(shí)間記錄系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。這三個(gè)部分是互相依賴的，但彼此之間有存在著一定的對(duì)立性，這使得不同系統(tǒng)之間能夠更好地做到合理分工、相互協(xié)作。然而，在實(shí)際的應(yīng)用中，前面兩者都存在著一些問題，但是繼電保護(hù)系統(tǒng)卻有上述兩者所無法比擬的優(yōu)勢(shì)，因而，在整個(gè)變電站的自動(dòng)化綜合系統(tǒng)中，繼電保護(hù)在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中所存在的一些問題將會(huì)更加突出，而這些問題正是需要我們將其單獨(dú)拿出來進(jìn)行分析和解決的。

2 變電站自動(dòng)綜合化的優(yōu)勢(shì)

變電站方面，基本上都是由人工手段來進(jìn)行操作，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)在自動(dòng)化方面的程度低下。此外，由于識(shí)別因素往往會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行記錄的過程中發(fā)生錯(cuò)誤，因此導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的變電站系統(tǒng)對(duì)人的依賴性十分強(qiáng)，這種強(qiáng)依賴性是離不開監(jiān)控時(shí)所發(fā)生的數(shù)次錯(cuò)誤的，而錯(cuò)誤的產(chǎn)生又是由于部分工人的技術(shù)水平較低的緣故。這些現(xiàn)象若長(zhǎng)此以往，必將引起變電站的安全事故。好在系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)使得錯(cuò)誤率大大降低，減輕了工人負(fù)擔(dān)，也使得工人們受到人身傷害的可能性被降低，使得相關(guān)的管理成本得以減少，更提升了整個(gè)變電站的運(yùn)行效率。但是，自動(dòng)化技術(shù)的使用也會(huì)使電纜等連接設(shè)備大量增加，產(chǎn)生新的問題。

3 110kV變電站結(jié)構(gòu)介紹

3.1 變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控主機(jī)的外圍電路包括GPS通訊電路，人機(jī)對(duì)話窗口，數(shù)據(jù)采集、傳輸接口電路等。這種架構(gòu)“面向?qū)ο蟆碧幚?，?shí)現(xiàn)對(duì)間隔層電氣參量信息的的采集和處理。相比集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有：（1）通過面向?qū)ο蠓绞竭M(jìn)行處理，譬如主變維護(hù)等單元，處理速度更快;（2）電路連接通過光纖實(shí)現(xiàn)，可以方便后續(xù)的維護(hù)和電路擴(kuò)展;（3）采用直流電壓供電，當(dāng)某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的時(shí)候，不影響其他裝置的使用。

3.2 110kV變電站系統(tǒng)需求分析

110kV變電站繼電保護(hù)的功能主要包括數(shù)據(jù)在線監(jiān)測(cè)和保護(hù)兩個(gè)方面，從結(jié)構(gòu)上來區(qū)分，變電站的主體結(jié)構(gòu)包括：站控層、間隔層、過程層3個(gè)部分。站控層實(shí)現(xiàn)對(duì)繼電保護(hù)功能的輸入，間隔層主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、過程層的任務(wù)是執(zhí)行機(jī)電保護(hù)的任務(wù)，通過繼電保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓設(shè)備的操作。相關(guān)的需求如下：（1）站控層。站控層的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的運(yùn)行監(jiān)測(cè)和管理，通過電容的投切，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的無功優(yōu)化和電壓優(yōu)化。在運(yùn)行監(jiān)測(cè)過程中，自動(dòng)區(qū)分電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，發(fā)出警報(bào)并在現(xiàn)場(chǎng)的光字牌上顯示不正常運(yùn)行的故障類型（電壓異常、電流異常等）。在系統(tǒng)的故障狀態(tài)下，在光字牌上顯示故障類型并向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出動(dòng)作指令。（2）間隔層。對(duì)站控層的信息進(jìn)行整合，保證站控層和過程層之間數(shù)據(jù)的通訊正常。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警信息或者操作信息時(shí)，及時(shí)進(jìn)行處理。（3）過程層。主要的操作機(jī)構(gòu)，面向一次高壓側(cè)，在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，提供檢測(cè)數(shù)據(jù)和執(zhí)行操作指令。

4 110kV變電站繼電保護(hù)及自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 后臺(tái)管理軟件模型

采用DCOM來構(gòu)建分布式模型，同時(shí)為模型提供規(guī)范要求;在分布式變電站基礎(chǔ)上，結(jié)合模塊組件化技術(shù)，將后臺(tái)管理軟件中的所有功能模塊都轉(zhuǎn)化為組件，此時(shí)各類組件可以隨意進(jìn)行組合，使后臺(tái)管理軟件可以應(yīng)用在不同規(guī)格、不同要求的分布變電站自動(dòng)管理要求當(dāng)中。

4.2 電源系統(tǒng)配置

（1）交直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)。交流系統(tǒng)用電采用三相三線中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，利用所用變壓器產(chǎn)生220V電壓。直流系統(tǒng)采用可充電蓄電池作為直流電源，為了直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，蓄電池選型為鉛酸蓄電池，大小250AH，直流負(fù)載以2h事故作為放電參考，變電站的通訊系統(tǒng)以4h事故作為放電參考。直流系統(tǒng)具有接地故障定位、集中監(jiān)控、電池監(jiān)控和絕緣狀態(tài)監(jiān)控等功能，而且使用一致的接口和綜自系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。（2）UPS電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)。UPS的電能來源是220V直流母線、交流展，電能儲(chǔ)備量為3kVA，在變電站斷電的情況下，UPS的主要供電設(shè)備包括：變電站計(jì)算機(jī)設(shè)備、火災(zāi)報(bào)警設(shè)備、故障錄波設(shè)備。

4.3 接線系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）在母線上通過一組斷路器的配合使用，將單母線分成兩段，同時(shí)按照平均分配的原則，將變電站的負(fù)荷分成兩個(gè)部分，分別接在兩個(gè)母線上，當(dāng)電廠中的某一個(gè)用電設(shè)備出現(xiàn)故障或者發(fā)生停電故障時(shí)，可以將改路中的重要負(fù)荷切換到另一路母線上，減小對(duì)電廠生產(chǎn)的影響，保證重要負(fù)荷的持續(xù)供電，從而提高系統(tǒng)的供電可靠性。（2）在需要檢修時(shí)，可以將兩路負(fù)荷相互到彼此的母線上，方便檢修，增加靈活性。（3）設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)維成本低，出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)切換負(fù)荷。

4.4 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

主要選用Lonworks局域網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)，Lonworks主要具有三項(xiàng)技術(shù)特點(diǎn)：①開放性，Lonworks的兼容性很強(qiáng)，且其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對(duì)所有用戶提供的服務(wù)完全一樣;②通訊介質(zhì)兼容性高，可兼容光纖、雙絞線、電纜、紅外線等多種通信介質(zhì);③通信距離較長(zhǎng)，同時(shí)可保障下載速度，具體數(shù)值為：直接通信距離2700m，下載速度達(dá)78kbit/s，滿足設(shè)計(jì)需求。在設(shè)計(jì)中采用雙絞線作為通信介質(zhì)，通過布設(shè)得到總線網(wǎng)，這種總線網(wǎng)具有擴(kuò)展靈活、結(jié)構(gòu)間接特點(diǎn);出于可靠性考慮，采用了主從方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，即在通信服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上，通過樹形結(jié)構(gòu)與其他節(jié)點(diǎn)連接，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的循環(huán)訪問。

4.5 測(cè)控單元設(shè)計(jì)

每個(gè)測(cè)控單元設(shè)計(jì)都采用保護(hù)CPU、測(cè)量控制CPU、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)芯片、外圍芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。該裝置具有如下特點(diǎn)：①可實(shí)現(xiàn)CPU之間的相對(duì)獨(dú)立，且滿足不同繼電保護(hù)方式的應(yīng)用要求，在此條件下可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)CPU、測(cè)控CPU的信息交互;②設(shè)計(jì)中的測(cè)控CPU為測(cè)量模板或智能電能表，這兩個(gè)設(shè)施具有智能化、可視化的特征，滿足自動(dòng)化運(yùn)行需求，具體選擇需要根據(jù)適用條件而定;③因?yàn)橥獠恳蛩氐挠绊?，可能?dǎo)致測(cè)控CPU運(yùn)行不正常，那么出于運(yùn)行考慮，本文選擇了多任務(wù)分時(shí)復(fù)用操作方式來設(shè)計(jì)測(cè)控CPU。

5 結(jié)束語

本文主要分析了110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用，分析當(dāng)中首先為了明確設(shè)計(jì)方向，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，之后通過設(shè)計(jì)工作得到了完整的分布式變電站自動(dòng)化管理系統(tǒng)，最終結(jié)合實(shí)例應(yīng)用與數(shù)據(jù)對(duì)比，說明本文設(shè)計(jì)有效，并具有更高的應(yīng)用價(jià)值。

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