變電站綜合自動化系統(tǒng)選型的討論

1、變電站綜合自動化系統(tǒng)選型的討論（云南省臨滄供電局云南臨滄 677000）中圖分類口號：TP 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1007-07452008)09-00摘要：本文闡述了關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)選型中存在的些問題和應(yīng)遵循的一些原則，介紹了變電站自動化系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)形式、功能、通訊組網(wǎng)方式和通訊傳輸規(guī)約等內(nèi)容，強(qiáng) 調(diào)了抓好選型環(huán)節(jié)的重要性與必要性。關(guān)鍵詞：變電站自動化系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)通訊規(guī)約個變電站自動化系統(tǒng)選擇合適，不僅可以節(jié)省投資、節(jié)約材料，而且由于系統(tǒng)功能全、質(zhì)量高，其可靠性高、可 信度大，更便于運(yùn)行操作。因此，變電站自動化系統(tǒng)的選擇 意義十分重大。基于筆者幾年來參與改造及參與招標(biāo)的多所 變電

2、站的實踐經(jīng)驗，總結(jié)了變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)具備的結(jié)構(gòu)、 功能、通訊網(wǎng)絡(luò)的選擇方法，同時也分析了變電站綜合自動 化系統(tǒng)目前存在的問題。1變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的選擇目前應(yīng)用較廣泛的變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式主要有集中式、分散與集中相結(jié)合和全分散式三種類型?，F(xiàn)將三 種結(jié)構(gòu)形式的特點簡述如下。1.1 集中式。集中式結(jié)構(gòu)的變電站自動化系統(tǒng)是指采用不同檔次的計算機(jī)，擴(kuò)展其外圍接口電路，集中采集變電站 的模擬量、開關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行計算與處理， 分別完成微機(jī)控制、微機(jī)保護(hù)和一些自動控制等功能 1。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，可減少占地面積，造價低，適用 于對 35kV 或規(guī)模較小的變電站，但運(yùn)行可靠性較差

3、，組態(tài) 不靈活。1.2 分散與集中相結(jié)合。分散與集中相結(jié)合的變電站自動化系統(tǒng)是將配電線路的保護(hù)和測控單元分散安裝在開關(guān) 柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護(hù)裝置等采用集中組屏的系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)形式較常用，它有如下特點：（1） 10 kV35kV饋線保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，可節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場通訊總線與智能信息管理單元交換實時信息。2）高壓線路保護(hù)和變壓器保護(hù)采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護(hù)屏安裝在控制室或保護(hù)室中，同樣通過現(xiàn)場通訊總線與智能信息管理單元通信，使這些重要的保護(hù)裝置處于比較好的工作環(huán)境， 對可靠性較為有利。 （ 3）其他自動裝置中，備用電源自投控制裝置和電壓、無功綜合控制裝置（VQC）

4、采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護(hù)室中， 有的廠家不用無功控制裝置，而是采用微機(jī)加裝 VQC控制軟件來實現(xiàn)無功調(diào)節(jié)， 比如國電 南自，在很多無人值班站采用這種模式實現(xiàn)無功電壓調(diào)節(jié)， 也起到良好的效果。1.3 全分散式。全分散式的變電站自動化是以一次主設(shè)備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、 保護(hù)等單元分散，就地安裝在一次主設(shè)備（屏柜）上。站控單元通過串行口與各一次設(shè)備相連，并與管理機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。它有如下特點：1）簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。 （2）減少了施工和設(shè)備安裝 工程量。由于安裝在開關(guān)柜的保護(hù)和測控單元在開關(guān)柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試

5、完畢，再加上敷設(shè)電纜的數(shù)量大大減 了變電站二次設(shè)備之間的互連線， 節(jié)省了大量連接電纜 全分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能 力強(qiáng)，可靠性高。少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。3）簡化上述三種變電站自動化系統(tǒng)的推出，雖有時間先后，但并不存在前后替代的情況，變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)根據(jù)各種系統(tǒng)特點和變電站的實際情況，予以選配。如以RTU為基礎(chǔ)的變電站自動化系統(tǒng)可用于已建變電站的自動化改造，而分散式變電站自動化系統(tǒng)， 更適用于新建變電站。2變電站自動化系統(tǒng)的主要功能變電站自動化系統(tǒng)功能很多，在選擇時，除了必須保證所選系統(tǒng)功能滿足變電站的需要之外，而且要求技術(shù)有一定 的先進(jìn)性，

6、防止由于功能欠缺影響系統(tǒng)以后的安全運(yùn)行或很 快過時?，F(xiàn)將變電站自動化系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能概括如下：（1）站內(nèi)監(jiān)控功能（SCADA功能）。此功能包括站內(nèi)數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行監(jiān)視及報警記錄、設(shè)備檢測與診斷、報 表編輯生成修改與打印、人機(jī)交互聯(lián)系及系統(tǒng)維護(hù)管理、計算統(tǒng)計、歷史數(shù)據(jù)記錄、事件順序記錄（SOE）、事故追憶、遠(yuǎn)方通信等常用SCADA功能。2）控制和調(diào)節(jié)。通過鍵盤在屏幕所顯示的畫面上對各可控設(shè)備進(jìn)行開 /合，投 /退等控制操作，對各可調(diào)設(shè)備進(jìn)行升 /降、定值設(shè)定等調(diào)節(jié)控制。 控制開關(guān)時可以按選擇一返 校一執(zhí)行的方式實現(xiàn)每次操作一個對象的控制，也可以按批 次控制、順序控制的方式一次對多個對象進(jìn)行

7、控制（無論那 種控制方式，都要具備完整的控制閉鎖功能） ：進(jìn)行調(diào)節(jié)時 可以一次調(diào)節(jié)一檔，也可以一次調(diào)節(jié)多檔，但同樣要具備完 整的調(diào)節(jié)閉鎖和邊界報警功能。（3）電壓無功控制。對于110kV電壓等級以上變電站，要求變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)分布式站內(nèi)自動電壓無功控制（VQC）。對于35kV變電站，站內(nèi)自動電壓無功控制功能不作要求，但應(yīng)滿足遠(yuǎn)方調(diào)整電壓無功，即通過自動化系統(tǒng)可在當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)自行完成或調(diào)度端實現(xiàn)遠(yuǎn)方手動調(diào)整變壓 器分接頭和投切電容器功能。4）對時系統(tǒng)。對時要求是變電站自動化系統(tǒng)的最基本要求。110kV樞紐站和220kV站要求系統(tǒng)具有 GPS對時功能，要求對變電站層設(shè)備和間隔層IED設(shè)備（包括

8、智能電度表等）均實現(xiàn)GPS對時。并具有時鐘同步網(wǎng)絡(luò)傳輸校正措施。110kV終端站、35kV變電站不要求 GPS對時功能，但要求具 有一定精度的站內(nèi)系統(tǒng)對時功能，定時完成由系統(tǒng)主機(jī)或由 調(diào)度端發(fā)出的對站內(nèi)間隔層設(shè)備的對時功能。5）故障錄波。故障錄波的數(shù)據(jù)和波形是電網(wǎng)事故運(yùn)行分析的重要參數(shù)。 35kV 變電站和一般的 110kV 終端站可以 不要求安裝故障錄波，一些分析信息可從保護(hù)裝置的簡短記錄和SOE中提取。但110kV樞紐站要求具有故障錄波功能。6）小電流接地選線。該功能要求配備三相CT或?qū)Ｓ昧阈駽T，一般通過IED檢出母線開口三角電壓越限，主站在 收到信號后調(diào)該母線各IED在接地瞬間記錄的零

9、序電壓電流 資料，匯總分析后作出判斷。對于有 35kV 和 10kV 饋電線路 的變電站，應(yīng)裝設(shè)分布的通過網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)的小電流接地選線 系統(tǒng)。7）五防閉鎖。五防閉鎖功能是自動化必須考慮的主要問題之一。目前國內(nèi)大多數(shù)變電站自動化沒有實現(xiàn)隔離開 關(guān)的自動控制，電動隔離開關(guān)機(jī)械轉(zhuǎn)動的不可靠性是原因之。這種由于一次設(shè)備帶來的不完善的自動化系統(tǒng)，不僅給 運(yùn)行維護(hù)管理帶來了麻煩，而且使得自動化系統(tǒng)的五防閉鎖 必須和一些廠家的現(xiàn)場智能鑰匙（智能鎖控器）扯在一起， 目前還沒有比較好的解決方案。8）繼電保護(hù)。保護(hù)裝置作為系統(tǒng)的有機(jī)部分要求和自動化系統(tǒng)保持相對獨立，一般要求保證電磁兼容指標(biāo)，設(shè) 置專用熔斷器（35k

10、V電壓等級以上）電源回路，保護(hù) CT與測量 CT 分開， A/D 轉(zhuǎn)換 14 位，可遠(yuǎn)方投退壓板和控制字， 在線修改定值，帶簡短的事故采樣數(shù)據(jù)和動作記錄。9）同期。由于實現(xiàn)電網(wǎng)互聯(lián)是必然趨勢，故負(fù)責(zé)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線聯(lián)絡(luò)變壓器的樞紐變電站仍需配待自動同期裝置， 使待并列的兩個系統(tǒng)在電壓、頻率、相位角都能滿足條件的 情況下對進(jìn)行并列操作，這部分功能也應(yīng)納入自動化系統(tǒng)。10）消防、保衛(wèi)。由于值班人員的減少和自動化系統(tǒng)功能的完善，消防、保衛(wèi)自動監(jiān)視設(shè)備也應(yīng)納入變電站自動 化系統(tǒng)一并考慮，要求能及時將煙霧、溫度、案情等報警信 息傳送給值班人員或上級調(diào)度中心。對于按無人值班設(shè)計的 變電站，更應(yīng)該重視這部分功能的

11、實現(xiàn)。3內(nèi)部局域通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的選擇數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是構(gòu)成變電站自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)及傳輸規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化是使變電站自動化邁向標(biāo)準(zhǔn) 化難點之一，很難達(dá)成一致。3.1 變電站通信網(wǎng)絡(luò)。變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸信息時間應(yīng)符合國際標(biāo)準(zhǔn)要求：設(shè)備層和間隔層之間、間隔內(nèi)各個設(shè)備之間、間隔層各間隔單元之間為1100ms;間隔層和變電站層之間為101000ms；變電站層各個設(shè)備之間、變電 站和控制中心之間1000ms2。RS422和RS485串口傳輸速率指標(biāo)都是不錯的，可在1000m內(nèi)傳輸速率100kbps，短距離速率可到10Mbps ; RS422串口為全雙工，RS485串口為半雙工，媒介訪問方式為主

12、從問答式，屬總線結(jié)構(gòu)。這兩個網(wǎng) 絡(luò)的不足在于節(jié)點數(shù)目比較少，無法實現(xiàn)多主冗余，有“瓶頸”問題，在35kV變電站和110kV終端變電站等小中型變電站，RS422和RS485可作為主要網(wǎng)絡(luò)采用。中型樞紐 110kV站接點數(shù)一般在 40 個左右，多主冗余要求、節(jié)點數(shù)量增加 使RS422和RS485難以勝任?，F(xiàn)場總線網(wǎng)可以方便的增減節(jié) 點，具有點對點、一點對多點和全網(wǎng)廣播傳送數(shù)據(jù)的功能， 常用的有 Lonworks網(wǎng)，CAN網(wǎng)。Lonworks網(wǎng)上的所有節(jié)點是平等的，CAN網(wǎng)可以方便的構(gòu)成多主機(jī)構(gòu)，不存在“瓶頸”問題。據(jù)近年國內(nèi)數(shù)百個站的經(jīng)驗，CAN 網(wǎng)和 Lonworks 網(wǎng)可作為目前一般中型的11

13、0kV樞紐變電站自動化通信網(wǎng)絡(luò)采用。220kV500kV 變電站節(jié)點數(shù)據(jù)多， 站內(nèi)分布成百上千個 CPU，大量數(shù)據(jù)信息流的涌動和對速率指標(biāo)要求高的分布母線保護(hù)的采用（要求速率 130kB/s）， Lonworks 網(wǎng)絡(luò)的實時性、帶 寬和時間同步指標(biāo)會力不從心。應(yīng)考慮采用 Ethernet 網(wǎng)。3.2 系統(tǒng)傳輸規(guī)約的現(xiàn)狀。國內(nèi)變電站自動化系統(tǒng)的傳輸規(guī)約使用較為混亂，無論是在站內(nèi)不同廠家設(shè)備之間還是 在和遠(yuǎn)方調(diào)度的連接中，由規(guī)約轉(zhuǎn)換問題而引發(fā)的軟件編程成為實際工程調(diào)試量最大的項目，必須加以統(tǒng)一。目前各個地方情況不一，現(xiàn)場大多采用各形式CDT、 SC 1801 、 U4f 、DNP3.0等一些規(guī)約，

14、1995年IEC為了在兼容的設(shè)備之間達(dá)到 互換目的，頒布了 IEC60870 5 101 傳輸規(guī)約， 1997年原電力工業(yè)部頒布了國際 101 規(guī)約的國內(nèi)版本 DL/T634 1997 。該規(guī)約為調(diào)度端和站端之間的信息傳輸制定了標(biāo)準(zhǔn)，建議今后變電站自動化設(shè)備的遠(yuǎn)方調(diào)度傳輸協(xié)議上應(yīng)采用101 規(guī)約。對于站內(nèi)通信規(guī)約，各生產(chǎn)廠家基本是各作各的，造成不同廠家設(shè)備通信連接的困難和以后維護(hù)的隱患。IEC在1997年頒布了 IEC60870 5- 103規(guī)約，國家經(jīng)貿(mào)委在 1999年頒布了 103規(guī)約的國內(nèi)版本 DL/T667 1997。103規(guī)約為繼電保護(hù)和間隔層（IED）設(shè)備與變電站層設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信

15、傳輸規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)，建議今后的變電站自動化站內(nèi)協(xié)議采用103 規(guī)約?，F(xiàn)在出臺IEC61850規(guī)約以后，很多廠家按照該規(guī)約進(jìn)行自動 化系統(tǒng)設(shè)備通訊的開發(fā)，解決了各個廠家規(guī)約難以統(tǒng)一的問 題，為變電站自動化系統(tǒng)的統(tǒng)一性提供了可靠保證。該規(guī)約的變電站以后會越來越多。4設(shè)備選型中的幾個問題4.1 生產(chǎn)廠家的問題。目前在變電站自動化系統(tǒng)選型當(dāng)中存在著如所選系統(tǒng)功能不夠全面，產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求等情況。主要有以下問題：由于我國市場經(jīng)濟(jì)體制不成熟，廠家過分重視經(jīng)濟(jì)利益，用戶過分 追求技術(shù)含量，不重視產(chǎn)品的性能，因而一批技術(shù)含量雖較 高，但產(chǎn)品并不過關(guān)，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù) 產(chǎn)品仍能

16、不斷使用。廠家只要有人買就生產(chǎn)，改進(jìn)的積極性 也就不高，甚至有些產(chǎn)品生產(chǎn)過程中缺乏起碼的質(zhì)量保證措 施，有些外購件的生產(chǎn)更是缺乏管理，因而導(dǎo)致部分投產(chǎn)的 變電站問題百出。還有一種情況，有些廠家就某產(chǎn)品只組織 技術(shù)鑒定，沒搞產(chǎn)品鑒定。另外，生產(chǎn)廠家對變電站自動化 系統(tǒng)的功能、作用、結(jié)構(gòu)及各項技術(shù)性能指標(biāo)宣傳和介紹不 夠，導(dǎo)致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對系統(tǒng)認(rèn)識不透徹，造成設(shè) 計漏洞較多。因此，建議盡可能的采用知名品牌的電力系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)廠家設(shè)備，為日后電站安全可靠運(yùn)行提供保障。4.2 不同產(chǎn)品的接口問題。接口是自動化系統(tǒng)中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU與通 信控制器、保護(hù)與通訊

17、控制器、小電流接地裝置與通訊控制 器、故障錄波與通訊控制器、無功裝置與通訊控制器、通訊 控制器與主站、通訊控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通訊。這 些不同廠家的產(chǎn)品要在數(shù)據(jù)接口方面溝通，需花費軟件人員 很大精力去協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)格式、通訊規(guī)約等問題。當(dāng)不同廠家的 產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴(yán)重。如果所有廠家的自動化 產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一的、開放的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，則上述 問題可得到圓滿解決，用戶可以根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進(jìn)行選 擇，以滿足自身的使用要求。4.3 變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾問題和采取的措施。關(guān)于變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問 題，是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統(tǒng)上的變 電

18、站自動化設(shè)備出廠抗干擾試驗手段相當(dāng)原始，僅僅做一些 開關(guān)電焊機(jī)、風(fēng)扇、手提電話等定性實驗，到現(xiàn)場后往往也 只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標(biāo)，這是個極大的隱患。變電站自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證變 電站自動化系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定地運(yùn)行的基礎(chǔ)，選擇時應(yīng)注意， 合格的變電站自動化產(chǎn)品，除滿足一般檢驗項目外，主要還 應(yīng)通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模 試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗， 分別是： 1MHz脈沖干擾試驗；靜電放電干擾試驗；輻射電磁場干擾試驗； 快速瞬變干擾試驗。4.4 設(shè)備選型應(yīng)遵循的原則。近些年來，變電站自動化方面的工作，既有經(jīng)驗也有教訓(xùn)。但實踐證明，只要堅持按照“運(yùn)行可靠、 功能實用、 技術(shù)先進(jìn)、 價格合理、 維護(hù)方便、易于推廣”的選型原則去實施，便會成效顯著，偏離了這個 模塊能穩(wěn)定協(xié)調(diào)地工作； （2）關(guān)鍵部分一定要有冗余、備份 等措施，不因單個模塊的故障而影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行；原則，就收不到應(yīng)有的效果。運(yùn)行可靠體現(xiàn)在：1）本身各3）抗干擾能力強(qiáng)。功能實用體現(xiàn)在： （ 1）基本功能、日常操作所需的功能必須完備、簡明； （ 2）信息分流，哪一層需要的信息才送往哪一層。技術(shù)先進(jìn)體現(xiàn)在： （