變電站自動化系統(tǒng)選型問題的探討

1、    變電站自動化系統(tǒng)選型問題的探討            作者：佚名時間：2007-11-25 12:03:00                     摘要：闡述了關于變電站自動化系統(tǒng)選型中存在的若干問題和應遵循的原則，介紹了被屏蔽廣

2、告變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、功能、通訊網(wǎng)絡和傳輸規(guī)約等內(nèi)容，強調(diào)了抓好選型工作的重要性。 關鍵詞：變電站自動化系統(tǒng)站內(nèi)監(jiān)控功能通訊規(guī)約  近年來，隨著“兩網(wǎng)”改造的深入和電網(wǎng)運行水平的提高，大量采用遠方集中控制、操作等自動化技術(shù)的變電站投入運行，既提高了勞動生產(chǎn)率，又減少了人為誤操作的可能。采用變電站自動化技術(shù)是變電站計算機應用的方向，也是電網(wǎng)發(fā)展的趨勢，值得大力推廣。但工程實際當中，部分變電站自動化系統(tǒng)功能不能充分發(fā)揮出來，存在問題較多，無法正常運行。造成這種情況的一個原因就是系統(tǒng)選型的問題。如果一個變電站自動化系統(tǒng)選擇合適的話，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)

3、量高，其可靠性高、可信度大，更便于運行操作。因此，把好變電站自動化系統(tǒng)的選擇關意義十分重大?；诟脑旖?jīng)驗，本文總結(jié)了變電站自動化系統(tǒng)應具備的結(jié)構(gòu)、功能、通訊網(wǎng)絡的選擇方法，同時也分析了該產(chǎn)品目前存在的問題。1變電站結(jié)構(gòu)形式的選擇目前應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，擴展其外圍接口電路，集中采集變電站的模擬量、開關量和數(shù)字量等信息，集中進行計算與處理，分別完成微機控制、微機保護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

4、低，適用于對35kV或規(guī)模較小的變電站，但運行可靠性較差，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和測控單元分散安裝在開關柜內(nèi)，而高壓線路和主變壓器保護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）1035kV 饋線保護采用分散式結(jié)構(gòu)，就地安裝，可節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場總線與保護管理機交換信息。（2）高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護屏安裝在控制室或保護室中，同樣通過現(xiàn)場總線與保護管理機通信，使這些重要的保護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

5、置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護室中。1.3全分散式全分散式的變電站自動化是以一次主設備如開關、變壓器、母線等為安裝單位，將控制、I/O、閉鎖、保護等單元分散，就地安裝在一次主設備（屏柜）上。站控單元通過串行口與各一次設備相連，并與管理機和遠方調(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）減少了施工和設備安裝工程量。由于安裝在開關柜的保護和測控單元在開關柜出廠前已由廠家安裝和調(diào)試完畢，再加上敷設電纜的數(shù)量大大減少，因此現(xiàn)場施工、安裝和調(diào)試的工期隨之縮短。（3）簡化了變電站二次設備之間的互連線，節(jié)省了大量連接電纜。（4）全分散式結(jié)構(gòu)可靠性高，組

6、態(tài)靈活，檢修方便，且抗干擾能力強，可靠性高。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)有一定的先進性，防止由于功能欠缺影響系統(tǒng)以后的安全運行或很快過時?，F(xiàn)將變電站自動化系統(tǒng)所應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、運行監(jiān)

7、視及報警記錄、設備檢測與診斷、報表編輯生成修改與打印、人機交互聯(lián)系及系統(tǒng)維護管理、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備進行開/合，投/退等控制操作，對各可調(diào)設備進行升/降、定值設定等調(diào)節(jié)控制?？刂崎_關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行控制（無論那種控制方式，都要具備完整的控制閉鎖功能）：進行調(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

8、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，但應滿足遠方調(diào)整電壓無功，即通過自動化系統(tǒng)可在當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度端實現(xiàn)遠方手動調(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，要求對變電站層設備和間隔層IED設備（包括智能電度表等）均實現(xiàn)GPS對時。并具有時鐘同步網(wǎng)絡傳輸校正措施。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)主機或由調(diào)度端發(fā)出的對站內(nèi)間隔層設備

9、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，應裝設分布的通過網(wǎng)絡來實現(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

10、關的自動控制，電動隔離開關機械轉(zhuǎn)動的不可靠性是原因之一。這種由于一次設備帶來的不完善的自動化系統(tǒng)，不僅給運行維護管理帶來了麻煩，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。隨著一次設備的工藝質(zhì)量提高，一些廠站電動隔離開關使用情況基本沒有問題。隔離開關采用電動操作，自動化系統(tǒng)的五防閉鎖方案是比較完善和可靠的，用戶可根據(jù)自己的情況加以選擇。（8）繼電保護保護裝置作為系統(tǒng)的有機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，設置專用熔斷器（35kV電壓等級以上）電源回路，保護CT與測量CT分開，A/D轉(zhuǎn)換14位，可遠方投退壓

11、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，故負責系統(tǒng)聯(lián)絡線聯(lián)絡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行并列操作，這部分功能也應納入自動化系統(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)視設備也應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。對于按無人值班設計的變電站，更    應該重視這部分功能的實現(xiàn)。3內(nèi)部局域通信網(wǎng)絡及傳輸規(guī)約的選擇數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是構(gòu)成變

12、電站自動化系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)，內(nèi)部通信網(wǎng)絡及傳輸規(guī)約的標準化是使變電站自動化邁向標準化難點之一，很難達成一致。3.1變電站通信網(wǎng)絡變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡傳輸信息時間應符合國際標準要求：設備層和間隔層之間、間隔內(nèi)各個設備之間、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，媒介訪問方式為主從問答式，屬總線結(jié)構(gòu)。這兩個網(wǎng)絡的不足在于節(jié)點數(shù)目比較少，無法實現(xiàn)多主

13、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110kV樞紐變電站自動化通信網(wǎng)絡采用。220500kV變電站節(jié)點數(shù)據(jù)多，站內(nèi)分布成百上千個CP

14、U，大量數(shù)據(jù)信息流的涌動和對速率指標要求高的分布母線保護的采用（要求速率130kB/s），Lonworks網(wǎng)絡的實時性、帶寬和時間同步指標會力不從心。應考慮采用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)不同廠家設備之間還是在和遠方調(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、SC1801、U4f、DNP3.0等一些規(guī)約，1995年IEC為了在兼容的設備之間達到互換目的，頒布了IEC608705101傳輸規(guī)約，1997年原電力工業(yè)部頒布了國際101規(guī)

15、約的國內(nèi)版本DL/T6341997。該規(guī)約為調(diào)度端和站端之間的信息傳輸制定了標準，建議今后變電站自動化設備的遠方調(diào)度傳輸協(xié)議上應采用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，造成不同廠家設備通信連接的困難和以后維護的隱患。IEC在1997年頒布了IEC608705103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/T6671997。103規(guī)約為繼電保護和間隔層（IED）設備與變電站層設備間的數(shù)據(jù)通信傳輸規(guī)定了標準，建議今后的變電站自動化站內(nèi)協(xié)議采用103規(guī)約。4設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)選型當中存在著如所選系統(tǒng)功能不夠全面，產(chǎn)品

16、質(zhì)量不過關，系統(tǒng)性能指標達不到要求等情況。主要有以下問題：由于我國市場經(jīng)濟體制不成熟，廠家過分重視經(jīng)濟利益，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，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù)產(chǎn)品仍能不斷使用。廠家只要有人買就生產(chǎn)，改進的積極性也就不高，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)性能指標宣傳和介紹不夠，導致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對系統(tǒng)認識不透徹，造成設計漏洞較多。4.

17、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、保護與通訊控制器、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。當不同廠家的產(chǎn)品、種類很多時，問題會很嚴重。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)接口標準，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于變電站自動

18、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)上的變電站自動化設備出廠抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關電焊機、風扇、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，這是一個極大的隱患。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)定地運行的基礎，選擇時應注意，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設備選型應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。但實踐證明，只要堅持按照“運行可靠、功能實用、技術(shù)先進、價格合理、維護方便、易于推廣”的選型原則去實施，便會成效顯著，偏離了這個原則，就收不到應有的效果。運行可靠體現(xiàn)在：（1）本身各模塊能穩(wěn)定協(xié)調(diào)地工作；（2）關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)的正常運行；（3）抗干擾能力強。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；