变电站综合自动化设计

【摘要】变电站实现自动化已是电网技术发展的必然趋势。目前, 变电站综合自动化系统的研究、开发已形成热潮。本文就综合自动化系统的结构以及系统设计思路和具体要求进行了探讨。

【关键词】变电站 综合 自动化 设计

中图分类号：U665文献标识码： A

前言

所谓变电站综合自动化, 就是广泛采用微机保护和微机远动技术, 分别采集变电站的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号, 经过功能的重新组合, 按照预定的程序和要求实现变电站监视、测量、协调和控制自动化的集合体和全过程, 从而实现数据共享和资源共享, 提高变电站自动化的整体效益。变电站综合自动化系统能够大大地提高整个电网运行的安全性和经济效益已经形成共识。并且目前变电站综合自动化系统的研究和开发已经形成热潮。在此热潮中, 由于庞大的市场需求, 各种新技术、新产品大量涌现, 在产品的设计、开发中应重视变电站综合自动化系统的特殊问题, 不然会影响产品的性能和电力自动化的发展。

一、综合自动化系统的结构

综合自动化系统总体上可分为主站( 后台监控系统) 层、通讯层、子单元层等三层。主站层可取代传统的中央信号控制系统, 是系统的“最高权力核心”。主站通过接收来自通讯层的信息, 采集整个变电站各电气设备的信息, 并对所有的信息进行处理, 检出事件、故障、状态的变值, 模拟量正常及越限等信息, 并实时更新数据库,保持所需信息的完整性。同时主站发出的命令通过通讯层下达给各子单元, 通过子单元对各电气设备进行控制。通讯层由通讯管理机和M O D E M 组成, 是主站和子单元联系的桥梁。通讯层主要完成对下挂各子单元的管理, 除对采集的所有信息进行存储外, 还对这些信息进行整理分类, 选择一些重要的信息上送主站, 接收主站发出的命令并下达给子单元。上送的重要信息包括测量信息, 保护动作信息( 如保护动作时间、动作类型等) 以及告警信息( 如控制回路断线、P T 断线、装置故障等) 。另外通讯层还可用来完成通讯规约的转换, 以适应不同规约的主站。子单元一般设在就地开关柜上, 每套二次设备对应一个子单元, 各子单元除独立完成包括保护、测量、控制和事故记录等多种功能外, 在系统内还需按要求整理信息并上送管理机。通讯层与子单元层以及各子单元之间, 可通过光缆或屏蔽双绞线连接并进行通信。主站层、通讯层、子单元层以及各子站之间除通信外, 各自独立, 无电气上的联系, 各子站实现的各种功能也不依赖通讯网和主站, 因此即使系统的某一部分出现故障, 也不会影响系统其它部分的工作, 从而使整个系统具有了高可靠性并真正实现了分层分布控制。

二、系统设计思路

完整的变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段外, 其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备, 监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班之需要。目前国内外变电站综合自动化系统大体可分为三种结构: 集中式、分散式以及集中与分散结合式。

1、集中式结构

初期的变电站自动化设计都是采用集中式结构。这种结构的设计方法是将设备按其不同功能进行归类划分, 形成若干个独立系统, 各系统分别采用集中装置来完成自身的功能, 其缺点是资源不能共享, 设备设置重复, 且运行的可靠性低, 功能有限。

2、分散式结构

这种结构方式一般是按一次回路进行设计。首先将设备按一次安装单位划分成若干单元。将控制单元、微机保护单元、数据采集单元安装在户外高压开关附近或户内开关柜内, 并将各分散单元用网络电缆互连, 构成一个完整的分散式综合自动化系统。分散式结构具有很多优点: 各个功能单元上既有通讯联系, 又相对独立, 便于系统扩展、维护管理, 当某一环节发生故障时, 不致于相互影响。此外, 它的抗电磁干扰性能强, 可靠性高, 可以把电度计量、测量表计、控制、保护、远动合为一体, 可使数据统一, 避免设备重复设置。

3、集中与分散结合式结构

这种结构方式介于集中式与分散式两种结构之间, 形式较多。但目前国内应用较多的是分散式结构集中式组屏。它具有分散式结构的全部优点, 由于采用了集中式组屏, 非常有利于系统的设计、安装与维护管理。因为中低压变电所的一次设备比较集中, 所以此种结构方式比较适用于中低压变电站。

三、综合自动化系统的结构设计要求

1、分层分布式系统

在电压等级较高、可靠性要求高的变电站中, 一般采用分层分布式结构的系统, 该系统的设计思想符合IEC 关于变电站自动化系统分为所级和间隔级分层结构的技术规范要求, 如图1 所示。

分散( 层) 分布式组态模式的变电所综合自动化系统在功能上, 对间隔层设备采用尽量下放的原则;凡是可以在该间隔就地完成的功能绝不依赖通讯网。这样, 当系统任一设备故障时只影响局部, 其他设备仍能正常工作, 具有较高的扩展性和灵活性。

2、分布式系统和集中式系统

分布式设备通常以一台主变或一条馈线为单元装置, 完成对每个单元模拟量、数字量的采集以及开关的控制和继电保护功能。通常分为监控、保护两部分, 可分开设置为监控模块与保护模块, 也可设置为一个单元模块。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种组态结构, 它较多地适用于中低压变电所。

3、继电保护装置

继电保护的可靠性在自动化系统中要求非常高, 各个单元的保护装置、备自投装置、电容器投切、变压器有载调压分接头等重要的控制设备均为独立工作装置, 正常工作时完全不依赖于站内通讯网, 保证站内通讯发生故障甚至完全瘫痪时, 各间隔的保护装置依然正常工作。微机保护通过改变软件设置可得到不同的原理和特性, 在较常规保护具有更强的适应性。微机保护通过通讯网接口能有效地向变电站主站及通讯装置发送各种信息及接收命令, 信息传递快捷。

4、监控部分

监控部分负责全站电流电压模拟量和信号量的采集和处理, 完成对各个单元的控制任务。它基本上以线路( 或开关) 为单元, 每个单元完成对一条线路的电流电压的测量、开关刀闸位置信号的采集及开关的控制。对于监控装置, 应具备以下功能: 测量、信号量的采集, 脉冲量的采集, 遥控输出、远方调节。

5、变电站的主控级

变电站的主控级是指变电所中央控制级, 主要用于完成变电站的综合数据处理、远方通讯、显示/打印、输出等功能。

( 1) 35kV 及以下变电站、110kV 终端站可不设显示器, 但宜保留必须的数据存储手段和简单的声光报警手段以及打印机; 必须预留足够的输出接口( 插座) , 供操作队在赶赴现场工作时能使用便携式电脑从系统调用有足够依据的正常操作维护和事故处理分析数据。

( 2) 110~ 35kV 枢纽站及220kV 变电站宜设置主站和就地PC 机, 主要包括显示器、操作键盘和打印机、数据存储和声光报警系统。

6、其他相关设备

( 1) 直流系统。为减少维护量, 直流系统一般采用铅酸免维护电池和微机充电模块、微机监控装置,无需配置常规直流电流/ 电压表。

( 2) 交流系统。采用变配电站综合自动化系统之后, 其监控单元均为交流采样, 直接从电流或电压互感器采集5A 或0- 100V 测量信号。应设置独立的交流回路给就地监控PC 机供电, 并设UPS 装置。

( 3) 由于电能计量的特殊性及重要性, 一般配有专门的电能表进行计量。电能表应优先选用自带供电电源的有源型, 输出为隔离型的脉冲电度表。

结论

变电站综合自动化系统是依托高新技术才形成的，无人值班变电站是顺应科技发展和电业部门的需要而产生的，也是提高电力调度部门生产技术和管理水平的有效途径。

【参考文献】

［1］ 程明，金明，李建英.无人值班变电站监控技术.中国电力出版社，2009

［2］ 杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势.中国电机工程学报，2010，16

［3］ 丁书文.变电站综合自动化原理及运用.中国电力出版社，2004