变电站安全运行监控系统设计研究

摘 要：随着智能电网的广泛应用，变电站的智能化、数字化是未来发展的必然趋势，尤其是无人值守变电站的运行，对变电站的安全可靠运行提出更高要求，对变电站安全运行状况进行监控十分必要。文章首先阐述了变电站安全运行监控系统设计的基本要求、功能要求，其次研究了变电站安全运行监控系统的总体设计，以提高变电站的安全运行。

关键词：变电站;安全运行;监控系统

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）32-0013-02

变电站作为配电网的重要组成部分，具有转换、调节电压、控制电能流动等功能，其能否安全、可靠的运行直接决定着配电网的供电质量与可靠性，然而变电站在运行过程中由于受到多种因素的影响，也可能发生故障。为了尽量减少或避免发生故障，对变电站运行进行监控是必不可少的，这个过程要由监控系统提供，内容对变电站安全运行监控系统的设计进行研究。

1 变电站安全运行监控系统设计的基本要求

为了更好的研究变电站安全监控系统，使其能高效、安全的服务于变电站，安全运行监控自动化系统必须满足下述几方面要求：

①安全运行监控系统要具有替代性，能将变电站的继电保护、测量、监视、运行控制和通信集中到同一个系统中，全方位实现对设备的监控，同时该监控系统的所有性能和配置必须有一个终端，以便促进无人值班变电站的实现。

②安全运行监控系统和微机保护系统要相互独立、相互兼容。变电站在运行过程中，继电保护系统仅与保护装置有关，独立于监控系统存在，以确保变电站能稳定、可靠的运行，微机保护和监控系统要保持密切联系。

③安全运行监控系统要具有高可靠性、抗干扰能力强的特性。在设计监控系统时要区分主次，子系统要彼此独立，不同的子系统要能独立的对变电站发生的故障进行分析、处理和恢复。一旦变电站在运行过程中发生故障，监控系统要能及时将故障数据信息传输给监控中心，并对故障类型以代码形式进行说明。

④安全运行监控系统要具有通信功能，要能够充分利用网络技术将变电站运行过程中的各种数据信息及时传输给控制中心。

⑤安全运行监控系统要具有容易操作的界面，工作人员能够通过直观的界面对变电站运行状况进行观察，一旦出现异常情况能及时进行处理。同时，系统还要具有延伸性和协调性，能实现对不同类型的包容和兼容，确保在不同情况下能够稳定运行。

2 变电站安全运行监控系统设计的功能要求

具体来说，变电站安全运行监控系统设计的功能如下。

2.1 数据采集和处理功能

数据采集包括对变电站运行过程中的开关量、模拟量及电能量等数据信息的采集，开关量是指变电站电力设备的状态，保护动作及报警信号等;模拟量是指变电站各段母线的电压、回路的电流值、功率、频率等电量参数及非电量参数等;电能量是指有功、无功电度量等。

2.2 控制操作、报警及处理功能

变电站安全运行监控系统要能够实现对变电站的电力设备进行各种操作的功能，如断路器、隔离开关的分、合操作，电容器组件切换等。

当变电站运行出现故障时，微机保护设备应立即启动报警并显示故障信息。

2.3 远动及其他设备接口功能

安全运行监控系统要与远方调度中心实现通信，既要实现常规的遥信、遥测及遥控，还要将系统采集到的各种数据信息实时传输到调度中心，并接受上级调动中心的控制进行操作。若运行过程中发生故障，要及时向调度中心发生报警，还要将相关数据传输到调度中心，并按照调度中心的要求进行各项操作。同时安全运行监控系统还应该具有与其他智能设备的接口功能，如微机、变电站直流系统、小电流接地选线及智能电表等。

3 变电站安全运行监控系统的总体设计

3.1 结构模式

变电站综合自动化的配置模式主要包括下述三种：集控中心模式、三层传统模式和两层直联模式。

3.1.1 集控中心模式

110 kV变电站由于有多个分站系统需要监控，因此对此类变电站通常是采用集控中心模式，这种监控模式的每个功能模块都针对分站系统独立完成，每个分站系统都配置独立的主备前置机，通过光纤连接到安全监控系统的监控主网，同时安全运行监控系统的所有设备都直接或者间接连入监控网。

3.1.2 三层模式

对110 kV以下的变电站，全站间隔电力设备的间隔没有超过300 m，这种情况下采用三层传统模式，其组成特点为：变电站安全运行监控系统的功能模块大多数都集成在监控主机、操作站上，交换机和远东工作站两个互为备用，主要作用是确保变电站系统的安全、稳定运行及检修方便。

3.1.3 两层直联模式

对110 kV电压等级的变电站一般采用两层直联模式，其系统整体规模相对比较大，同时还具有多个工作人员同时工作的功能，其组成特点为：保护、测控装置通过两种方式接入监控网，其一是前置机方式接入，其二是通过以太网直接接入。远方工作站通过专线连接到不同级别的调度，如省级调度、地级调度和县级调度，目前常用的专线连接方式是通过防火墙接入路由器再通过网络与各级调度实现连接。

3.2 总体实现框架

综合上述几种结构模式并结合目前变电站的实际运行状况，变电站安全运行监控系统设计通常为分层分布式结构，采用站控层和间隔层两层组成。这种系统是以操作便捷、设备简化、成本低作为设计的基本思想，是以变电站的线路及设备作为目标，将变电站设备运行过程中的测量、保护和控制等功能结合起来，在确保系统安全、稳定运行的前提下，将其设计在统一的装置中，这种设计模式不仅能有效的降低投入成本，还与目前倡导的节能减排目标相符合。目前变电站安全运行监控系统的主控室都安装空调，以便能及时调节系统运行过程中的环境的温度，确保整个系统能够出来良好的运行环境中，避免由于温度过高或过低导致系统发生故障。变电站分层分布式安全运行监控系统结构，如图1所示。

根据上面结构图可知，变电站层包括有打印机、适配器等元件，间隔层包括线路、主变、主变后备、电容器监控等多个单元，系统采用CAN总线实现了将变电站层和间隔层的数据信息传输和通讯。

3.3 变电站底层通讯网络接口、上位机系统的实现

变电站使用CAN总线实现变电站层和间隔层的连接，接口使用要严格遵守《基于CAN网络的保护和控制通信协议V3.02》通讯规约，这种规约能实现多种类型电压等级下各种不同类型数据信息的传输和通信，其现场布线在多个领域都得到广泛使用，具有下述特点：

第一，各类数据信息的采集是以每个单元为基础;

第二，调动中心能实现对各个设备的控制;

第三，监控中心能自动实现对单元数据信息的采集和访问，无需中转装置;

第四，变电站运行过程中的各类数据信息的采集同时进行，不存在优先等级。变电站层由多个组成单元，不同单元具有不一样的功能，前置机通信的功能是确保系统网络的稳定运行，同时能实现将保护、测控装置分开组网。

3.4 安全运行监控分层分布式结构的优势

与其他结构相比，安全运行监控分布具有下述优势：

第一，主控室占地面积减少，系统的保护装置都集中安装在进线柜中，有效实现降低成本，简化设备，有利于变电站系统的安全、可靠运行;

第二，控制、保护装置集中在一起，能简化系统相关设备的连通，便于运行中异常状况的查询;

第三，不同单元能独立进行监测与保护，即便运行过程中通信网络发生故障，间隔层的下位基本不受影响，仍能执行相关功能，提升了可靠性;

第四，主机与相关模式通过光纤连接，各种类型数据信息在传输时相互独立，互补干预，抗干扰能力强。

4 结 语

总之，变电站安全运行监控系统是确保变电站安全、可靠运行的基础，不仅能极大的提升变电站的管理水平，还能降低事故发生率。本文介绍了变电站安全运行监控系统设计的基本要求、功能及总体设计，以期能为变电站安全运行监控系统设计提供帮助。

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