自动化系统在无人值班变电站的应用

【摘 要】无人值班变电站：无人值班变电站是指在无固定值班人员进行日常监视和操作的变电站，它属于变电站的一种管理模式。

【关键词】无人值班变电站 变电站综合自动化系统 分层分布式与集中相结合的综合自动化系统

无人值班变电站：无人值班变电站是指在无固定值班人员进行日常监视和操作的变电站，它属于变电站的一种管理模式。在早期的电网，由于负荷多为民用照明，供电可靠性不高，变电站的设备比较简单，很少需要操作，故一般不设值班员，有电厂在事故时派人检修，这也是最早的变电站无人值班模式。随着电网不断的壮大，工业的发展，对电能质量的要求的提高，变电站的操作及设备也随之增多，变电站也不得不采取有人值班。但随着技术发展和电力体制的逐渐变化，减人增效的提出，使得“无人值班变电站”随着各集控中心模式的建立又被广大电网采用，而这一切有一个坚实的技术支持变电站综合自动化系统。

一、变电站分层式分布式与集中相结合的综合自动化系统

变电站综合自动化系统是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备（包括继电保护、控制、测量、信号、故障录波、自动装置及远动装置等）的功能进行重新组合、优化设计，对变电站全部设备的运行情况执行监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化系统。通过变电站综合自动化系统内各设备间相互交换信息，数据共享，完成变电站运行监视和控制任务。

根据综合自动化系统设计思想和安装的物理位置的不同，综合自动化的结构形式有集中式、分布式、分层分布式，也可以按物理位置来分为集中组屏、分层组屏和分散在一次设备间隔设备上安装等形式。

本文将以郑州市220KV人民集控中心110KV黄河子站为例来浅析一下分层分布式与集中相结合的综合自动化系统结构在无人值班站的应用。

二、无人值班变电站自动化功能

单就技术而言，凡是有遥测、遥信、遥控、遥调功能的变电站，就具备了无人值班运行的条件，无人值班变电站可以采用远动RTU方式，也可以采用综合自动化技术。随着电网发展，对于一些有着优良性能，检修周期长的GIS设备（例如黄河变的110kVGIS设备就是ABB公司生产），真空开关（例如黄河变的10kV设备）、干式变压器、免维护蓄电池等问世，变电站主接线的简化，如黄河变就采用线路变压器组接线，城区110kV变电站变为高压配电变，使得操作大大减少，遥视功能的实现，这些都为无人值班奠定了坚实的基础。

无人值班变电站监控方式有三种，集中式、分散式、集中与分散结合式三种。对于已建成的变电站改造为无人值班时，通常采用分散式集中结合组屏结构。

分层式分布式与集中相结合的综合自动化系统是目前国内外变电站普遍采用的一种综合自动化系统。所谓分层式结构，是将变电站信息的采集和控制分为管理层、站控层和间隔层三个级分层布置。间隔层中各数据采集、监控单元和保护单元做在了一起，分散安装在开关柜上或是其他一次设备附近，各间隔单元的设备相互独立，仅通过光纤和电缆网络由站控机对他们进行管理和交换信息。多为低压开关室内分别组屏（如黄河变的10kV的配电线路）等，而主变压器保护（如黄1#、2#、3#主变保护）和高压线路保护装置等采用集中组屏的系统结构。

这种分散式与集中相结合的变电站综合自动化系统的特点主要有：

（1）10kV―35 kV馈线采用分散式结构，就地安装，节约控制电缆，通过现场总线与保护管理机交换信息。例如黄河变的10kV馈线保护及测控装置就就地安装在10kV开关柜上，新上的三期10kV馈线甚至采用了国电南瑞型号为NSR612R线路保护测控一体的装置。

（2）高压线路保护及变压器保护采用集中组屏结构，保护屏安装在控制室或保护室内，同样通过现场总线与保护管理机通信，使这些保护处于较好的工作环境。

（3）其他自动装置中，备用电源自投装置和电压无功综合控制装置采用集中组屏结构安装于控制室或保护室内。

（4）电能计量采用串行通信接口的智能型电能计量表，由电能管理机将采集到的电能送给监控机，再传给控制中心。

三、无人值班站综自系统其他设备及问题

（一）人机工作站的设立

集控中心建立后，无人值班班站的日常操作一般由集控中心进行，但是一些检修操作和异常事故处理，仍然需要运行人员去现场处理。曾经有人一度提出无人值班站无需设立人机工作站，理由是该监控机利用率低资源浪费，但是从目前我集控中心的运行情况看，无人值班站设立终端显示器是非常有必要的，还以黄河子站为例，由于是老站改造成立的集控中心，在运行中曾多次出现子站后台报的信号与及集控中心报的信号不一致，甚至出现子站报信号，而集控中心却不报的信号，大大影响了安全运行。另外由于所带敏感重要负荷，经常有保电任务，在改有人值班时，监控机的存在更是成了运行人员及时发现处理问题的必要途径。

（二）无人值班站的安全防误闭锁

保护、测控一体化是目前实现中低压变电站自动化的共识，这样大大简化了变电站接线，但是它也存在不少问题，由于远方有控制权，仅仅靠“远方、就地”切换无法进行安全可靠的操作，因为是否关好网门，临时地线位置等无法采集，而又要求保护测控一体装置在操作中保证正确操作，不违反五防条件，及要实现保护、测控、五防一体。目前为了弥补微机五防的却陷，在无人值班系统的五防中又增加了一些综合防误闭锁，比如黄河变就采用了JSXGN10箱式柜用机械锁及电磁闭锁等。

（三）无人值班站的其他自动化装置

A.电压无功综合控制装置：作为变电站调压的主要手段，一般都采用有载调压变压器和补偿电容器。当系统无功容量充足时，仅仅是无功分布不合理造成电压下降时，利用有载调压变压器分接头进行调压时，将产生很好的作用。但是调压本身并不产生无功功率，而利用并联电容器进行调压时，由于补偿装置本身可以产生无功功率，因此这种方式即能满足无功不足，又可以改变网络无功分布。因此只有将两者有机结合起来才有可能达到良好的调压效果。目前人民集控中心的无功补偿和电压调节依然采用传统的调节方式，有载调压变压器、并联电容器等只能手动调节和投切，不能实现实时电压调节或无功补偿。随着技术的发展，为了实行实时无功补偿，优化无功潮流分布，提出一种全网无功补偿和电压优化实时控制方法，以实现从离线处理转化为实时处理，以此提高全网各节点电压合格率，减少网损。但是由于种种原因，我局的无功优化系统并未投入使用。

B.备用电源自动投入装置：为保证电力系统供电可靠性以及满足电网经济运行及可靠供电，对具备两个及以上电源点的分段母线主接线方式，采用了备用电源自动投入装置（以下简称“备用自投”装置），作为提高供电可靠性的补充措施。目前，备用自投装置广泛应用于110 kV变电站，其可靠性直接影响整个变电站乃至系统的安全稳定运行，稍有不慎就会导致全站停电或者大面积停电。

由于黄河变采用的是线路主变接线，因此其备投方式有两种：主变备投和分段备投，目前的运行方式决定只能允许分段备投方式，采用的备投装置分别为 LFP―965A及RCS―9653II型备投，运行状况良好，为无人值班站安全运行奠定了坚实的基础。

C.小电流接地自动选线装置：对于10kV―35 kV电网，单相接地故障是最常见的故障，而对于经消弧线圈接地或中性点不接地系统的小电流接地系统，单相接地后，虽说线电压仍然是对称的，允许接地运行一段时间，但是如果接地故障不及时处理，很有可能发展成两相接地短路故障，便会危及电网安全。以往处理10kV接地，当系统发出接地信号时，由运行人员操作用拉路法寻找故障线路，这不仅复杂而且还会造成不必要的停电损失，影响断路器寿命。因此在一些综自站就配置有小电流接地选线装置，即单相接地选线装置，用于在不停电情况下寻找故障线路。但是在实际使用中，由于装置本身的原因，我站的小电流接地选线装置目前未真正投入使用。

D.无人值班的遥视系统：变电站作为重要的生产场所，安全要求非常高，为了保证安全，应对环境情况、设备运行、文明生产等各种情况加以监视，特别是要防范火灾、爆炸、泄露、失窃及恶意破坏等，对安全生产构成极大威胁的情况加以监视。只有这样才能保证变电站的安全水平。有了信息网络平台，实现变电站遥视已经成了无人值班自动化进程的重要一步，无人值班的遥视系统主要用途：1.用于安全防范、环境状况和对付自然灾害。2.可以实现在调度或集控中心监视大量的无人值班站的常规表计直观监视，变电站遥视系统为无人值班提供了可靠的保证。

综上所述，要实现无人值守变电站的安全运行，各安全自动装置需要更加贴近现场实际，不断的从技术上改善自身系统，只有有了这些坚实的硬件条件，无人值班变电站这种模式才能安全运作。

参考文献：

[1]丁书文 变电站综合自动化原理及应用 2002.12