變電站電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)及應(yīng)用

段世良 劉亞麗

摘要：變電站電氣自動(dòng)化是一項(xiàng)提高變電站安全可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的綜合措施。本文闡述了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)模式，并介紹了變電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：變電站自動(dòng)化變配電所 微機(jī)監(jiān)控 微機(jī)保護(hù)

一、變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)概述

變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障錄波、自動(dòng)裝置及遠(yuǎn)動(dòng)裝置等）的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)變電站全部設(shè)備的運(yùn)行情況執(zhí)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng)。通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，完成變電站運(yùn)行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動(dòng)化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡(jiǎn)化了變電站二次接線。變電站綜合自動(dòng)化是提高變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)行維護(hù)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。功能的綜合是其區(qū)別于常規(guī)變電站的最大特點(diǎn)，它以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)， 以數(shù)據(jù)通訊為手段，以信息共享為目標(biāo)。

二、變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)常見的主要模式包括集中式、分層分布式等，各變電站應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)予以選擇。

㈠、集中監(jiān)控系統(tǒng)的模式

區(qū)域供電集中監(jiān)控系統(tǒng)適用于供電區(qū)域廣、設(shè)備分布分散的電力監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)采用分布通信、主控室統(tǒng)一管理的模式。通過(guò)由網(wǎng)絡(luò)、光纖附件等組成的站級(jí)以太網(wǎng)將各個(gè)變電所的通信管理機(jī)集成為一個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域的電力監(jiān)控。主控室后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)采用雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)，主、備機(jī)的數(shù)據(jù)始終保持一致，互為熱備用，極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、完整性。系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化、功能分布的體系結(jié)構(gòu)，可靠性高，維護(hù)方便，具備軟、硬件的擴(kuò)充能力，支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展和功能的升級(jí)?？梢愿鶕?jù)系統(tǒng)的規(guī)模和特殊需求，充分優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)資源，均衡網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，便于系統(tǒng)的分階段實(shí)施。

㈡、分層分布式的模式

對(duì)于供電范圍集中、監(jiān)控對(duì)象數(shù)量不大的電力監(jiān)控系統(tǒng)，采用分層分布式機(jī)構(gòu)。 分層分布式結(jié)構(gòu)，縱向上分為站控層和間隔層（從整體上分為三層，既變電站層、通信層和間隔層）。 站級(jí)系統(tǒng)包括站控系統(tǒng)（SCS）、站監(jiān)視系統(tǒng)（SMS）、站工程師工作臺(tái)（EWS）及同調(diào)度中心的通信系統(tǒng)（RTU）。站控系統(tǒng)（SCS）具有快速的信息響應(yīng)能力及相應(yīng)的信息處理分析功能，能完成站內(nèi)的運(yùn)行管理及控制（包括就地及遠(yuǎn)方控制管理兩種方式），例如事件記錄、開關(guān)控制及SCADA的數(shù)據(jù)收集功能。站監(jiān)視系統(tǒng)（SMS）對(duì)站內(nèi)所有運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為站控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)及異常信息，即提供全面的運(yùn)行信息功能，如擾動(dòng)記錄、站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、二次設(shè)備投入/退出狀態(tài)及設(shè)備的額定參數(shù)等。站工程師工作臺(tái)（EWS）可對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)檢查、參數(shù)整定、調(diào)試檢驗(yàn)等功能，也可以用便攜機(jī)進(jìn)行就地及遠(yuǎn)端的維護(hù)工作。

三、變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)功能及應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展發(fā)展，變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的功能也得到了極大的擴(kuò)展，其工作質(zhì)量和工作效率也獲得了有效提升，所以需要在變電站建設(shè)時(shí)進(jìn)行變電站功能的選擇，首先要保證所選系統(tǒng)功能能夠十分有效地滿足變電站的各項(xiàng)基本需求，并且根據(jù)其自身的成本等方面的具體條件，要求變電站電氣化系統(tǒng)能夠相對(duì)先進(jìn)，以防由于變電站系統(tǒng)功能的欠缺而影響變電站功能的具體發(fā)揮，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)較快過(guò)時(shí)的現(xiàn)象，所以，根據(jù)變電站運(yùn)行的具體情況，將變電站電氣自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具備的具體功能進(jìn)行相應(yīng)的概括和總結(jié)。

（一）、數(shù)字式微機(jī)綜合保護(hù)功能及應(yīng)用

對(duì)變電站系統(tǒng)及設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)保護(hù)是電氣自動(dòng)化主要任務(wù)，采用繼電保護(hù)是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)的重要措施。目前微機(jī)保護(hù)裝置已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)的電流繼電器+時(shí)間繼電器保護(hù)方式，是變電站自動(dòng)化主要組成部分。能夠?qū)ψ冸娬緝?nèi)部所有的電氣設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，包括變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、母線保護(hù)等安全自動(dòng)保護(hù)裝置。微機(jī)保護(hù)是用微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成的繼電保護(hù)，是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的發(fā)展方向，它具有高可靠性，高選擇性，高靈敏度。微機(jī)保護(hù)裝置硬件包括微處理器為核心，配以輸入、輸出通道，人機(jī)接口和通訊接口等。微機(jī)的硬件是通用的，而保護(hù)的性能和功能是由軟件決定。所以，微機(jī)保護(hù)裝置適應(yīng)了高壓開關(guān)柜裝置標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的需求，在變電站新建及改擴(kuò)建工程中被批量使用。在電力系統(tǒng)中，對(duì)于微機(jī)的保護(hù)還應(yīng)該從多方面入手，保證其功能的完善，同時(shí)還應(yīng)該提高其數(shù)據(jù)處理、語(yǔ)言編程以及通信的能力，對(duì)其保護(hù)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)等多方面進(jìn)行不斷的優(yōu)化完善。

（二）、變電站自動(dòng)化測(cè)控功能應(yīng)用

自動(dòng)化測(cè)控功能是完成對(duì)整個(gè)變電站數(shù)據(jù)采集和變電站運(yùn)行控制的總稱。數(shù)據(jù)采集是供配電監(jiān)控的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)采集主要由分布式微機(jī)保護(hù)裝置、智能儀表、底層多功能網(wǎng)絡(luò)儀表采集完成，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的本地實(shí)時(shí)顯示。數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的顯示給用戶，達(dá)到配電監(jiān)控的自動(dòng)化化和智能化要求，同時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供用戶查詢。變電站采集數(shù)據(jù)包括變電站的狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)形式。狀態(tài)量包括斷路器狀態(tài)，隔離開關(guān)狀態(tài)，變壓器分接頭信號(hào)及變電站一次設(shè)備告警信號(hào)、事故跳閘總信號(hào)、預(yù)告信號(hào)等。常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括各段母線電壓、線路電壓，電流和有功、無(wú)功功率值，饋線電流，電壓和有功、無(wú)功功率值等模擬值。

變電站自動(dòng)化控制與操作是對(duì)各項(xiàng)供配變?cè)O(shè)備（如斷路器、變壓器分接頭、電容器）進(jìn)行有效的遠(yuǎn)程操作與自動(dòng)調(diào)整，但在實(shí)際的變電站工作當(dāng)中，為了防止變電站人員所使用的系統(tǒng)出現(xiàn)故障后無(wú)法進(jìn)行操控的現(xiàn)象，在變電站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)當(dāng)中，仍然應(yīng)保留人工直接跳合閘手段以防止故障事故的發(fā)生，保證變電站的正常運(yùn)營(yíng)。

（三）、事件順序記錄SOE和故障錄播測(cè)距

變電站的電氣設(shè)備具有相應(yīng)的記錄功能，包含事件記錄和故障錄播測(cè)距記錄。一般來(lái)說(shuō)，事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動(dòng)作序列記錄、開關(guān)跳合、操作命令等記錄內(nèi)容。而變電站故障錄波可根據(jù)需要，一般利用兩種手段實(shí)現(xiàn)其功能，第一種是集中式配置專用故障錄波器，它能夠有效實(shí)現(xiàn)和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信的功能。另一種是分散型配置，利用微機(jī)保護(hù)裝置作為記錄及測(cè)距計(jì)算的工具，并將數(shù)字化的波型及測(cè)距所得到的結(jié)果傳送到監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，利用監(jiān)控系統(tǒng)所具有的存儲(chǔ)和分析的功能進(jìn)行事件和故障的分析存儲(chǔ)。

（四）、系統(tǒng)及裝置自診斷功能

自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)插件具有自診斷功能，并能夠?qū)⒆栽\斷信息按照時(shí)間與后臺(tái)或控制中心在進(jìn)行通信之后將各種自診斷信息送往后臺(tái)或者上級(jí)控制中心。在信息的傳遞上，其自身的傳遞數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了以前，并且具有同調(diào)度中心對(duì)準(zhǔn)時(shí)間，統(tǒng)一時(shí)鐘設(shè)置的功能和進(jìn)行當(dāng)?shù)剡\(yùn)行維護(hù)功能。對(duì)裝置本身應(yīng)有實(shí)時(shí)自檢功能，方便維護(hù)與維修，可對(duì)其各部分采用查詢標(biāo)準(zhǔn)輸入檢測(cè)等方法實(shí)時(shí)檢查，能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷，并給出提示，指出故障位置。

（五）、實(shí)時(shí)趨勢(shì)及歷史數(shù)據(jù)記錄應(yīng)用

對(duì)于變電站工作歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理工作的主要內(nèi)容，它包括變電站的上級(jí)調(diào)度中心，變電管理和保護(hù)所要求的數(shù)據(jù)，所記錄和處理的數(shù)據(jù)一般包括以下內(nèi)容：斷路器進(jìn)行動(dòng)作的次數(shù);斷路器在解決故障時(shí)截?cái)嗳萘亢瓦M(jìn)行跳閘操作的次數(shù)及其總共的累計(jì)數(shù)量;輸電線路的有功、無(wú)功，變壓器的有功、無(wú)功、母線電壓定時(shí)記錄的最大和最小值及其所用時(shí)間;獨(dú)立負(fù)荷有功、無(wú)功，天的高峰值及其時(shí)間;控制操作及修改整定值的記錄。根據(jù)具體的工作需要，處理和記錄數(shù)據(jù)的功能即可在變電站完全實(shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動(dòng)操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)此功能。

總結(jié)

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，有利于供電企業(yè)增加效益、節(jié)約成本;有利于供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行與實(shí)時(shí)維護(hù)。

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