變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)研究

1、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)劉欣宇（開(kāi)灤荊各莊礦業(yè)公司 河北唐山 063026）摘 要隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)也得到高速發(fā)展。變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際上是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，對(duì)變電站內(nèi)的二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障濾波、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)。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴(kuò)大設(shè)備的監(jiān)控范圍、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。它的運(yùn)用取代了運(yùn)行工作中的各種人工作業(yè)，從而提高了變電站的運(yùn)行管理水平?！娟P(guān)

2、鍵詞】 自動(dòng)化 優(yōu)化設(shè)計(jì) 智能化 第一章、緒 論變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)實(shí)際上是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)，對(duì)變電站內(nèi)的二次設(shè)備（包括繼電保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)、故障濾波、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。1.1發(fā)展變電站綜合自動(dòng)化的必要性及意義變電站作為整個(gè)電網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，擔(dān)負(fù)著電能傳輸、分配的監(jiān)測(cè)、控制和管理的任務(wù)。變電站的繼電保

3、護(hù)、監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)，變電站自動(dòng)化是電網(wǎng)自動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。另外，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，這樣就要求各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度值班人員掌握、管理、控制的信息量也大量增長(zhǎng)，電網(wǎng)故障處理和恢復(fù)卻要求更為迅速和準(zhǔn)確，發(fā)展變電站綜合自動(dòng)化已經(jīng)是大事所趨，作為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，它應(yīng)確保實(shí)現(xiàn)以下要求；（1） 實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。（2） 采集變電站運(yùn)行實(shí)時(shí)信息，對(duì)變電站運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視、計(jì)量和控制。（3） 采集一次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，供維護(hù)一次設(shè)備參考。（4） 實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾髠淇刂坪途o急控制。（5） 確保通信要求。1.2變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4、狀況 現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站；第二種是部分實(shí)現(xiàn)微機(jī)管理、具有一定自動(dòng)化水平的變電站；第三種是全面微機(jī)化的綜合自動(dòng)化變電站。我國(guó)是從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研制變電站自動(dòng)化技術(shù)，到70年代初，先后研制出了電氣集中控制裝置和集保護(hù)、控制、信號(hào)為一體的裝置。具有代表性的有：北京四方公司的CSC2000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、南京南瑞集團(tuán)公司的BSJ2200計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、上?；莅睵C2000變電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)、南京南瑞繼電保護(hù)電氣有限公司的RCS9000系列綜合自動(dòng)化系統(tǒng)等。 目前變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用范圍，由電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農(nóng)村供電網(wǎng)擴(kuò)展到企業(yè)供電網(wǎng)；其電壓

5、等級(jí)，由當(dāng)初的35110KV變電站，向上擴(kuò)展到200500KV變電站，向下延伸到10KV乃至0.4KV配電網(wǎng)絡(luò)，幾乎覆蓋到全部供電網(wǎng)絡(luò)。其技術(shù)涉及到自動(dòng)控制、遠(yuǎn)動(dòng)、通信、繼電保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、在線監(jiān)測(cè)、信號(hào)及控制等二次系統(tǒng)。第二章、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述自1987年我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造的第一個(gè)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)已得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，結(jié)構(gòu)體系也不斷完善，技術(shù)日趨成熟。2.1變電站綜合自動(dòng)化的體系結(jié)構(gòu) 變電站綜合自動(dòng)化采用自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達(dá)到這一目的，滿足電網(wǎng)運(yùn)行對(duì)變電站的要求，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

6、 “數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護(hù)”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動(dòng)化基礎(chǔ)?！巴ㄐ趴刂乒芾怼笔菢蛄?，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)?！白冸娬局饔?jì)算機(jī)系統(tǒng)”對(duì)整個(gè)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運(yùn)行人員提供變電站運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運(yùn)行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合閘操作?！巴ㄐ趴刂乒芾怼边B接系統(tǒng)各部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和命令傳遞，并對(duì)這一過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)、管理和控制。2.2變電站綜合自動(dòng)化的結(jié)構(gòu)模式 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三種。本次優(yōu)化設(shè)計(jì)采用的是分布分散式結(jié)構(gòu)。分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動(dòng)

7、化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層和間隔層。 該系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是按照變電站的元件，斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)。將變電站一個(gè)斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護(hù)和控制等功能集中由一個(gè)或幾個(gè)智能化的測(cè)控單元完成。測(cè)控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實(shí)現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護(hù)和擴(kuò)展。分布分散式結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。分布分散式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)有；（1） 間隔級(jí)控制單元的自動(dòng)化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)適用率較高。（2） 包含間隔級(jí)功能的單元直接定位

8、在變電站的間隔上。（3） 邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。（4） 簡(jiǎn)化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（5） 簡(jiǎn)化了變電站二次設(shè)備之間的連線，節(jié)省了大量連接電纜。（6） 分布分散式結(jié)構(gòu)可靠性高、組態(tài)靈活、檢修方便。2.3變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)所具有的功能 根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要，本次所設(shè)計(jì)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)具有以下主要功能：一、 監(jiān)控子系統(tǒng)的功能監(jiān)控子系統(tǒng)取代了常規(guī)的測(cè)量系統(tǒng)，取代針式儀表；改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的告警、報(bào)警、中央信號(hào)、光字牌等；取代常規(guī)的運(yùn)動(dòng)裝置等等。監(jiān)控子系統(tǒng)功能有：1. 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集有兩種。一種是變電站原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)直接來(lái)自一次設(shè)備，如

9、：電壓互感器、電流互感器的電壓和電流信號(hào)、變壓器溫度以及斷路器的輔助接點(diǎn)、一次設(shè)備狀態(tài)信號(hào)。變電站原始數(shù)據(jù)包括模擬量和開(kāi)關(guān)量。另一種是變電站自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換或采集，典型的如：電能量數(shù)據(jù)、直流母線電壓信號(hào)、保護(hù)信號(hào)等。2. 數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與維護(hù)監(jiān)控子系統(tǒng)建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)并不斷更新來(lái)自I/O單元及通信接口的全部實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)并定期更新需要保存的歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)行報(bào)表數(shù)據(jù)。3. 順序事件記錄及事故追憶順序事件記錄包括；斷路器跳合閘記錄，保護(hù)及自動(dòng)裝置的動(dòng)作順序記錄，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、變壓器分接頭等操作順序記錄，模擬輸入信號(hào)超出正常范圍等。事故追憶功能，追憶范圍為事故前1

10、分鐘到事故后2分鐘的所有相關(guān)模擬量值，采樣周期與實(shí)時(shí)系統(tǒng)采樣周期一致。4. 故障記錄5. 操作控制功能 變電站運(yùn)行人員可通過(guò)CRT屏幕對(duì)斷路器、允許遠(yuǎn)方電動(dòng)操作操作的隔離開(kāi)關(guān)和接地開(kāi)關(guān)進(jìn)行分、合操作；對(duì)變壓器及站用變壓器分接頭位置進(jìn)行調(diào)節(jié)控制；對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行投、切控制，為了防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障時(shí)無(wú)法操作被控設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)，保留人工直接跳、合閘方式，即操作控制有手動(dòng)和自動(dòng)兩種控制方式。6. 安全監(jiān)視功能監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量要不斷進(jìn)行超限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)超限，立刻發(fā)出告警，同時(shí)記錄和顯示越限時(shí)間和越限值，另外，還監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電，自控裝置是否正常。7. 人

11、機(jī)聯(lián)系功能（1） CRT顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤是人機(jī)聯(lián)系的橋梁。（2） CRT顯示畫面，實(shí)時(shí)顯示各種技術(shù)數(shù)據(jù)。（3） 輸入數(shù)據(jù)，指輸入電流互感器和電壓互感器變比、保護(hù)定值和越限報(bào)警定值、自動(dòng)控制裝置的設(shè)定值、運(yùn)行人員密碼等。8. 打印功能9. 在線計(jì)算及制表功能10. 運(yùn)行管理功能運(yùn)行管理功能包括：運(yùn)行操作指導(dǎo)、事故記錄檢索、在線設(shè)備管理、操作票開(kāi)列、模擬操作、運(yùn)行記錄及交接班記錄等。二、 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功能 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)功能是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的最基本、最重要的功能，它包括變電站的主要設(shè)備和輸電線路的全套保護(hù)：高壓輸電線路保護(hù)和后備保護(hù)；變壓器的主保護(hù)、后備保護(hù)；母線保護(hù)；低壓配電線路保護(hù)；無(wú)功

12、補(bǔ)償裝置保護(hù)；所用變壓器保護(hù)等。各保護(hù)單元，除具備獨(dú)立、完整的保護(hù)功能外，還具有以下附加功能：1. 具有事件記錄功能。2. 具有與系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能。3. 具有存儲(chǔ)多種保護(hù)定值功能。4. 具備就地人機(jī)接口功能。5. 具備通信功能。6. 具備故障自診斷功能。7. 具有滿足保護(hù)裝置的快速性、選擇性和靈活性要求。第三章、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)采用RCS9600系列分布變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，此系統(tǒng)是南瑞繼保電氣有限公司為適應(yīng)變電站綜合自動(dòng)化的需要，在總結(jié)多年從事變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用新技術(shù)、新規(guī)約推出的新一代集保護(hù)、測(cè)控功能于一體的新型變電站自動(dòng)化系統(tǒng)。實(shí)用于高壓和超高壓等

13、級(jí)變電站，滿足35500KV各種電壓等級(jí)變電站綜合自動(dòng)化需要。3.1 RCS9600系統(tǒng)構(gòu)成RCS9600綜合自動(dòng)化系統(tǒng)整體分三層，即變電站層、通信層、間隔層，硬件主要由保護(hù)測(cè)控單元、通信控制單元和后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3、圖4所示圖3 RCS9600系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖13.2 RCS9600后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)一、 硬件部分 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用雙機(jī)配置，其中兩個(gè)工作站用于變電站實(shí)時(shí)監(jiān)控，相互備用。主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過(guò)兩臺(tái)通信控制器與變電站內(nèi)的保護(hù)、測(cè)量相連接，實(shí)現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)采集和控制，兩臺(tái)通信控制器互為備用，任一臺(tái)出現(xiàn)故障，可自動(dòng)切換，接替故障設(shè)備工作。圖3、圖4兩種配置軟硬件平臺(tái)完全一樣。用戶可隨著變電

14、站規(guī)模的擴(kuò)大，逐步發(fā)展擴(kuò)充原有系統(tǒng)。保護(hù)測(cè)控單元是硬件的主要部分，保護(hù)單元主要有交流插件、CPU插件、繼電器出口回路、顯示面板和電源及開(kāi)入插件等模塊構(gòu)成。RCS9600系列保護(hù)測(cè)控單元硬件典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。 圖5 保護(hù)測(cè)控單元硬件結(jié)構(gòu)框圖二、 軟件部分 軟件部分包括WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、畫面編輯和應(yīng)用軟件等幾個(gè)部分，如圖6所示。圖6 監(jiān)空控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖軟件平臺(tái)為WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)庫(kù)ANSI標(biāo)準(zhǔn)SQL接口，適用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用面向?qū)ο蟮腣C+語(yǔ)言編程，系統(tǒng)具有廣泛的實(shí)用性和可移植性。三.保護(hù)測(cè)控單元裝置

15、RCS9600系列保護(hù)測(cè)控單元主要有：電源自投保護(hù)測(cè)控單元、變壓器保護(hù)測(cè)控單元、線路保護(hù)測(cè)控單元、公用信號(hào)測(cè)控單元、通信控制單元等組成，完全可以滿足整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的各類保護(hù)需要。電源自投保護(hù)裝置適用于圖7、圖8兩種連接方式，假定兩臺(tái)主變壓器分列運(yùn)行或一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用。（1） 若正常運(yùn)行時(shí)，一臺(tái)主變壓器帶兩段母線并列運(yùn)行，另一臺(tái)備用，采用進(jìn)線（變壓器）備自投；若正常運(yùn)行時(shí)，兩段母線分列運(yùn)行，每臺(tái)主變壓器各帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。（2） 若正常運(yùn)行時(shí)，一條進(jìn)線帶兩段母線并列運(yùn)行，采用進(jìn)線備自投；若正常運(yùn)行時(shí)，兩段母線分列運(yùn)行，每條進(jìn)線帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。圖7 備自投接線方式1圖8備自投接線方式2以上是電源自投保護(hù)測(cè)控單元控制原理，其他保護(hù)單元在此不做詳細(xì)敘述。第四章、結(jié) 束 語(yǔ)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)將得到更快的發(fā)展。未來(lái)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)也將更完善成熟，逐步實(shí)現(xiàn)變電站的小型化、智能化、無(wú)人職守化、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；提高變電站的運(yùn)行管理水平，更好的服務(wù)于社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)。參考文獻(xiàn) 【1】王