變電站綜合自動化概述

1、變電站綜合自動化概述摘 要 :本文簡要介紹了變電站的組成、工作原理及作用,變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)模式和基本功能,進(jìn)一步敘述了變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點以及存在的問題,提出 了變電站綜合自動化基本概念,并變電站自動化的發(fā)展前景進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞 :變電站 變電站綜合自動化系統(tǒng)1. 概述電網(wǎng)是一個不可分割的整體,對整個電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利用,對保 證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電 力設(shè)施,它通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用計算機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫現(xiàn)代通訊技術(shù)等將變電站 的二次設(shè)

2、備(包括控制、測量、保護(hù)、自動裝置等 ,經(jīng)過功能組合和優(yōu)化設(shè)計,對變 電站實行自動監(jiān)控,測量和協(xié)調(diào)來提高變電站的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。他完全取代了常規(guī) 的監(jiān)控儀表,中央信息系統(tǒng),變送器及常規(guī)遠(yuǎn)動裝置。不僅提高了變電站的可控性,而 且由于采用了無人值班的管理模式,更有效地提升了勞動生產(chǎn)率,減少了人為誤操作的 可能,最大程度提高了變電站的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。2. 變電站變電站 (Substation改變電壓的場所。是把一些設(shè)備組裝起來,用以切斷或接通、 改變或者調(diào)整電壓。在電力系統(tǒng)中,變電站是輸電和配電的集結(jié)點。2.1 變電站組成變電站主要是有設(shè)備及安裝工程、建筑工程(土建 、其他項目工程等。設(shè)備及安 裝

3、工程包括兩部分 :既一次部分(設(shè)備 、二次部分(設(shè)備 。變電站是把一些設(shè)備組裝起來,用以切斷或接通、改變或者調(diào)整電壓,在電力系統(tǒng) 中,變電站是輸電和配電的集結(jié)點,變電站的設(shè)備有變壓器、開閉電路的開關(guān)設(shè)備,匯 集電流的母線,計量和控制用互感器、儀表、繼電保護(hù)裝置和防雷保護(hù)裝置、調(diào)度通信 裝置等,有的變電站還有無功補(bǔ)償設(shè)備。2.2 變電站工作原理變壓器是變電站的主要設(shè)備, 分為雙繞組變壓器、 三繞組變壓器和自耦變壓器即高、 低壓每相共用一個繞組,從高壓繞組中間抽出一個頭作為低壓繞組的出線的變壓器。電 壓高低與繞組匝數(shù)成正比,電流則與繞組匝數(shù)成反比。電壓互感器和電流互感器。它們的工作原理和變壓器相似

4、,它們把高電壓設(shè)備 和母線的運(yùn)行電壓、大電流即設(shè)備和母線的負(fù)荷或短路電流按規(guī)定比例變成測量儀表、 繼電保護(hù)及控制設(shè)備的低電壓和小電流。在額定運(yùn)行情況下電壓互感器二次電壓為 l00V , 電流互感器二次電流為 5A 或 1A 。 電流互感器的二次繞組經(jīng)常與負(fù)荷相連近于短路 , 請注意 :絕不能讓其開路, 否則將因高電壓而危及設(shè)備和人身安全或使電流互感器燒毀。 開關(guān)設(shè)備包括斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、高壓熔斷器等都是斷開和合上電 路的設(shè)備。斷路器在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下用來合上和斷開電路;故障時在繼電保護(hù) 裝置控制下自動把故障設(shè)備和線路斷開,還可以有自動重合閘功能。在我國, 220kV 以上變電站

5、使用較多的是空氣斷路器和六氟化硫斷路器。隔離開關(guān)的主要作用是在設(shè)備或線路檢修時隔離電壓,以保證安全。它不能斷 開負(fù)荷電流和短路電流,應(yīng)與斷路器配合使用。在停電時應(yīng)先拉斷路器后拉隔離開關(guān), 送電時應(yīng)先合隔離開關(guān)后合斷路器。如果誤操作將引起設(shè)備損壞和人身傷亡。負(fù)荷開關(guān)能在正常運(yùn)行時斷開負(fù)荷電流沒有斷開故障電流的能力, 一般與高壓 熔斷絲配合用于 10kV 及以上電壓且不經(jīng)常操作的變壓器或出線上。2.3 變電站作用變電站的作用是電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電 壓的電力設(shè)施,它通過其變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來。變電站作為整個電網(wǎng)中的一個節(jié)點,在電網(wǎng)中,擔(dān)負(fù)著電能傳輸、分

6、配任務(wù)。變電 站繼電保護(hù)、監(jiān)控自動化系統(tǒng)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)。在電網(wǎng)統(tǒng)一指揮和協(xié)調(diào)下, 電網(wǎng)各節(jié)點,如變電站、發(fā)電廠具體實施和保障電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。因此, 變電站自動化系統(tǒng)是電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。作為變電站自動化系統(tǒng),它 應(yīng)確保:·檢測電網(wǎng)故障,盡快隔離故障部分;·采集變電站運(yùn)行實時信息,對變電站運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)視和計量;·采集一次設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù),供維護(hù)一次設(shè)備參考;·當(dāng)?shù)睾髠淇刂?。因?要求變電站自動化系統(tǒng)運(yùn)行高效、實時、可靠,對變電站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān) 涮、管理、協(xié)調(diào)和控制。同時,它又必須與電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)進(jìn)行實時、有效的信息 交換

7、、信息共享,優(yōu)化電網(wǎng)操作,提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平,提高經(jīng)濟(jì)效益,并為電 網(wǎng)自動化的進(jìn)一步發(fā)展留下空間。3. 變電站綜合自動化3.1 變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)模式變電站綜合自動化系統(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。 3.1.1 集中式結(jié)構(gòu)集中式一般采用功能較強(qiáng)的計算機(jī)并擴(kuò)展其 I/O接口,集中采集變電站的模擬量和 數(shù)量等信息,集中進(jìn)行計算和處理,分別完成微機(jī)監(jiān)控,微機(jī)保護(hù)和自動控制等功能。 集中式結(jié)構(gòu)也并非指只由一臺計算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微 機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控和與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計算機(jī)完成的,只是每臺微 型計算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多些。例如監(jiān)控機(jī)要

8、擔(dān)負(fù)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、斷路器操作、人機(jī) 聯(lián)系等多項任務(wù);擔(dān)負(fù)微機(jī)保護(hù)的計算,可能一臺微機(jī)要負(fù)責(zé)多回低壓線路的保護(hù)等。 3.1.2 分布式結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計算機(jī)來完成。 分 布式模式一般按功能設(shè)計,采用主從 CPU 系統(tǒng)工作方式,多 CPU 系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā) 事件的能力,解決了 CPU 運(yùn)算處理的瓶頸問題。各功能模塊 (通常是多個 CPU 之間采用網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)或串行方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信, 選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)?瓶頸問題,提高了系統(tǒng)的實時性。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù),局部故障不影響其 它模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成

9、集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu),較 多地使用于中、低壓變電站。3.1.3 分布分散 (層 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化系統(tǒng)劃分為兩層,即變電站層 (站級 測控單元 和間隔層 (間隔單元 。也可分為三層,即變電站層、通信層和間隔層。 該系統(tǒng)的主要特點是按照變電站的元件,斷路器間隔進(jìn)行設(shè)計。將變電站一個斷路 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或幾個智能化的測控單元 完成。測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)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢,大幅度地減少了 連接電纜,減少了電纜傳送信息的電磁干

10、擾,且具有很高的可靠性,比較好的實現(xiàn)了部 分故障不相互影響,方便維護(hù)和擴(kuò)展,大量現(xiàn)場工作可一次性地在設(shè)備制造廠家完成。3.2 變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能變電站綜合自動化系統(tǒng)包含多專業(yè)的綜合性技術(shù), 它以微機(jī)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)對變電站 傳統(tǒng)的繼電保護(hù)、控制方式、測量手段、通信和管理模式的全面技術(shù)改造,實現(xiàn)對電網(wǎng) 運(yùn)行管理的變革。變電站從一次設(shè)備、二次設(shè)備、繼電保護(hù)、自動裝置、載波通訊等與 現(xiàn)代的計算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)和微波通信以及 GIS 組合電器等相結(jié)合,使變電站走向綜合 自動化和小型化。變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能主要體現(xiàn)在六個方面:1. 監(jiān)控子系統(tǒng)功能數(shù)據(jù)采集、 事件順序記錄、 故障測距和錄波

11、、 控制功能、 安全監(jiān)視和人機(jī)聯(lián)系功能。 2. 微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)功能通訊與測控方面的故障應(yīng)不影響保護(hù)正常工作。 微機(jī)保護(hù)還要求保護(hù)的 CPU 及電源均 保持獨立。3. 自動控制子系統(tǒng)功能備用電源自動投入裝置、故障錄波裝置等與微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)應(yīng)具備各自的獨立性。 4. 遠(yuǎn)動和通信功能變電站與各間隔之間的通信功能;綜合自動化系統(tǒng)與上級調(diào)度之間的通信功能,即 監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度之間通信,故障錄波與測距的遠(yuǎn)方傳輸功能。5. 變電站系統(tǒng)綜合功能通過信息共享實現(xiàn)變電站 VQC (電壓無功控制功能、小電流接地選線功能、自動減 載功能、主變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制功能。6. 系統(tǒng)在線自診斷功能系統(tǒng)應(yīng)具有自診斷到各設(shè)備的插件級

12、和通信網(wǎng)絡(luò)的功能。3.3 變電站自動化系統(tǒng)的特點從變電站綜合自動化系統(tǒng)基本功能的介紹可以看出,變電站綜合自動化系統(tǒng)具有:功能綜合化、 結(jié)構(gòu)微機(jī)化、 測量顯示數(shù)字化、 操作監(jiān)視屏幕化、 運(yùn)行管理智能化等特點: 1. 功能綜合化1 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了原來的儀表、控制屏、模擬屏、變送屏、運(yùn)動裝置、中央 信號系統(tǒng)功能。2 微機(jī)保護(hù)子系統(tǒng)綜合了全部自動裝置、故障錄波、故障測距及小電流選線功能。 2. 結(jié)構(gòu)微機(jī)化變電站綜合自動化系統(tǒng)由各個不同的子系統(tǒng)組成, 通過網(wǎng)絡(luò)將微機(jī)監(jiān)控、 微機(jī)保護(hù)、 自動裝置等各子系統(tǒng)連接起來。3. 測量顯示數(shù)字化用 CRT 顯示器表示儀表數(shù)字,或由計算機(jī)軟件代替原來的常規(guī)儀表。4

13、. 操作監(jiān)視屏幕化監(jiān)視系統(tǒng)由 CRT 畫面顯示運(yùn)行的實時數(shù)據(jù)的一次主接線圖表示, 設(shè)備異?；蚴鹿蕰r用 語音報警及文字提示。5. 運(yùn)行管理智能化運(yùn)行管理采用的是計算機(jī)軟件,對變電運(yùn)行班組管理系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置、 定值管理系統(tǒng)、倒閘操作、模擬仿真系統(tǒng)、故障診斷及事故恢復(fù)的專家系統(tǒng)等實現(xiàn)了智 能化的管理。3.4變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題(一 目前 , 對變電站綜合自動化系統(tǒng)還沒有統(tǒng)一的規(guī)范性的要求,例如:自動化系 統(tǒng)的模式、設(shè)計管理標(biāo)準(zhǔn)等問題,尤其是系統(tǒng)各部分接口的通信規(guī)約,不同廠家的產(chǎn)品 規(guī)格不一,這就給運(yùn)行及維護(hù)帶來極大不便。(二 監(jiān)控機(jī)后臺的電源配備。在綜合自動化變電站中,監(jiān)控后臺一

14、旦失去電源,整 個變電站就失去監(jiān)控、失去控制,所以必須為監(jiān)控機(jī)配置不間斷電源。但在一些變電站 中,后臺監(jiān)控機(jī)使用的是站用變的交流電源,當(dāng)系統(tǒng)停電時,后臺監(jiān)控機(jī)失去電源,不 能工作,存在極大的安傘隱患。(三 變電站綜合自動化的抗干擾技術(shù)。 經(jīng)常有變電站出現(xiàn)這樣后臺監(jiān)控機(jī)誤發(fā)信號 的情況,使得監(jiān)控值班人員將大量的精力用在判斷監(jiān)控機(jī)所發(fā)信號的真?zhèn)紊?影響監(jiān)控 人員正常的判斷。因此,變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證綜合自動化系統(tǒng)可 靠和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),合格的自動化產(chǎn)品,除滿足一般檢驗項目外,主要還應(yīng)通過抗干 擾試驗。(四 后臺監(jiān)控機(jī)運(yùn)行管理。監(jiān)控機(jī)無法正常運(yùn)行將嚴(yán)重影響變電站的安全運(yùn)行,因 此后

15、臺監(jiān)控機(jī)的運(yùn)行管理工作十分重要,要嚴(yán)防人為導(dǎo)致的系統(tǒng)癱瘓事件。比如,可以 制定變電站后臺監(jiān)控機(jī)的運(yùn)行和管理制度并嚴(yán)格執(zhí)行,對值班人員進(jìn)行約束,禁止使用 后臺監(jiān)控機(jī)做任何與工作無關(guān)的事情, 也不能隨意進(jìn)入操作系統(tǒng)和啟動、 停運(yùn)監(jiān)控軟件。 (五 后臺監(jiān)控系統(tǒng)的事故和預(yù)告音響信號。在一些變電站,所有的事故和預(yù)告音響 信號都從監(jiān)控后臺發(fā)出,當(dāng)后臺監(jiān)控機(jī)不能工作時,如果發(fā)生開關(guān)跳閘或設(shè)備異常,信 號則不能發(fā)出,值班人員無法及時知道,將會構(gòu)成嚴(yán)重的安全隱患。因此,如果將事故 和預(yù)告音響信號獨立出來,發(fā)生異常情況時,及時發(fā)出音響信號,通知監(jiān)控人員迅速處 理 。3.5 變電站綜合自動化的發(fā)展趨勢1. 保護(hù)監(jiān)控

16、一體化這種方式在 35kV 及以下的電壓等級中已普遍采用,今后在 llOkV 及以上的線路間隔 和主變?nèi)齻?cè)中采用此方式也已是大勢所趨 它的好處是功能按一次單元集中化,利于穩(wěn) 定的進(jìn)行信息采集以及對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行控制,極大地提高了性能效率比。其目前的缺點 也是顯而易見的:此種裝置的運(yùn)行可靠性要求極高,否則任何形式的檢修維護(hù)都將迫使 一次設(shè)備的停役。可靠性、穩(wěn)定性要求高,這也是目前 11O 千伏及以上電壓等級還采用 保護(hù)和監(jiān)控分離設(shè)置的原因之一。隨著技術(shù)的發(fā)展,冗余性、在線維護(hù)性設(shè)計的出現(xiàn), 將使保護(hù)監(jiān)控一體化成為必然。2. 人機(jī)操作界面接口統(tǒng)一化、運(yùn)行操作無線化無人無建筑小室的變電站,變電運(yùn)行人員

17、如果在就地查看設(shè)備和控制操作,將通過 一個手持式可視無線終端,邊監(jiān)視一次設(shè)備邊進(jìn)行操作控制,所有相關(guān)的量化數(shù)據(jù)將顯 示在可視無線終端上。3. 就地通訊網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化強(qiáng)大的通訊接口能力,主要通訊部件雙備份冗余設(shè)計 (雙 CPU 、雙電源等 ,采用光 纖總線等等,使現(xiàn)代化的綜合自動化變電站的各種智能設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)組成一個統(tǒng)一的、 互相協(xié)調(diào)工作的整體。4. 數(shù)據(jù)采集和一次設(shè)備一體化除了常規(guī)的電流電壓、有功無功、開關(guān)狀態(tài)等信息采集外,對一些設(shè)備的在線狀態(tài) 檢測量化值,如主變的油位、開關(guān)的氣體壓力等等,都將緊密結(jié)合一次設(shè)備的傳感器, 直接采集到監(jiān)控系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)庫中。高技術(shù)的智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器的 應(yīng)用,必將給數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)帶來全新的模式4. 結(jié)束語近年來,通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,給變電站綜合自動化技術(shù)水平的提高 注入了新的活力,變電站綜合自動化技術(shù)正在朝著網(wǎng)絡(luò)化、綜合智能化、多媒體化的方 向發(fā)展。鑒于變電站綜合自動化系統(tǒng)當(dāng)前還缺乏