變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與維護(hù)

1能提高變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性,能采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，節(jié)約土地和建筑面積，減少電纜長(zhǎng)度，降低建設(shè)投資，減少值班人數(shù)，減少員工工作量，提高供電管理水平，確保供電安全穩(wěn)定運(yùn)行。2監(jiān)控系統(tǒng)及保護(hù)設(shè)備的設(shè)置隨著變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的逐步推廣和應(yīng)用,河北省南部電網(wǎng)自1998年開始推行220kV及以上電壓等級(jí)的綜合自動(dòng)化變電站,從2001年開始全面采用,其間設(shè)計(jì)方案和綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)生了很大的改變,基本上來(lái)說經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期。筆者從開始至今一直參與工程的調(diào)試和維護(hù)工作,下面就這三種方案和技術(shù)做一簡(jiǎn)要介紹:a.監(jiān)控系統(tǒng)集中組屏,保護(hù)集中配置的方案1998年建設(shè)的隆堯220kV變電站采用了這種模式。隆堯站采用深圳泰科公司生產(chǎn)的DSS-CAE微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng),取消了控制屏,采用交流采樣技術(shù)進(jìn)行運(yùn)行數(shù)據(jù)采集,控制功能僅限于斷路器,由一面遙控屏來(lái)實(shí)現(xiàn);對(duì)調(diào)度的數(shù)據(jù)傳輸仍采用常規(guī)方式,由一面監(jiān)控屏完成數(shù)據(jù)通訊任務(wù);五防系統(tǒng)采用微機(jī)五防,并和監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。站內(nèi)其他智能設(shè)備通過RS232或RS485方式接入監(jiān)控系統(tǒng),只能實(shí)現(xiàn)對(duì)各裝置的監(jiān)視(如故障報(bào)文、報(bào)警信息等);同期功能仍采用集中同期方式,由專門的同期裝置實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1。由上所述,這種方式只是一個(gè)綜合自動(dòng)化變電站的初級(jí)階段,各種功能還不盡完善。b.小室布置,全部微機(jī)操作適用于無(wú)人值守的方案2001年建設(shè)的平山220kV變電站采用了這種模式。平山站在設(shè)計(jì)當(dāng)初考慮了取消保護(hù)小室,二次設(shè)備直接下放到間隔的方案,并且按此設(shè)計(jì)訂購(gòu)了保護(hù)屏,但后來(lái)考慮到當(dāng)時(shí)二次設(shè)備尚不能滿足室外溫濕度變化較大的惡劣環(huán)境,最終仍采用了保護(hù)小室的模式。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用四方公司CSC2000系統(tǒng),保護(hù)設(shè)備全部為微機(jī)保護(hù),保護(hù)測(cè)控裝置的組屏方案為按間隔組屏,110kV以上為保護(hù)裝置和測(cè)控裝置共同組屏,低壓部分采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置,和監(jiān)控設(shè)備不同廠家的保護(hù)設(shè)備通過保護(hù)管理機(jī)接入系統(tǒng),本廠家保護(hù)直接接入本間隔測(cè)控裝置,可實(shí)現(xiàn)對(duì)各保護(hù)裝置的運(yùn)行監(jiān)視、壓板投退和定值修改功能,保護(hù)屏只保留出口壓板,不再設(shè)功能壓板;站內(nèi)有一個(gè)專用的錄波子網(wǎng)(圖2中虛線部分),可實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)每套保護(hù)裝置的管理和故障錄波信息查詢,并可遠(yuǎn)傳到調(diào)度端;每個(gè)測(cè)控裝置都具備同期功能,實(shí)現(xiàn)了分散同期,并且同期方式可選;在每個(gè)小室還有GPS衛(wèi)星時(shí)鐘,可保證全站智能裝置時(shí)間的一致性,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖2:由上所述,這種方式是一種真正意義上的綜合自動(dòng)化變電站,小室之間采用光纖通訊技術(shù),小室內(nèi)部為雙絞線以太網(wǎng),通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換,各種功能是比較完善的。但由于管理機(jī)制和考慮到可靠性的原因,壓板和定值操作不宜采用遠(yuǎn)方操作的方式;錄波子網(wǎng)的數(shù)據(jù)需要保護(hù)裝置本身有錄波功能,但功能比較簡(jiǎn)單,采樣密度也不夠。c.小室布置,部分微機(jī)操作適用于少人值守的方案自2001年雙樓220kV變電站以后所有變電站均采用了這種模式,這種模式只是在上一種模式的基礎(chǔ)上去除了壓板投退和定值修改功能,并取消了錄波子網(wǎng);針對(duì)保護(hù)信息需要遠(yuǎn)傳到調(diào)度端的問題,專門安裝了故障信息管理系統(tǒng);布置方式也確定為小室式。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖3。這種方案目前來(lái)看已經(jīng)成為一種成熟模式,并且得到了廣泛的推廣應(yīng)用。3目前，二級(jí)系統(tǒng)實(shí)施的總體情況3.1現(xiàn)在常用的微型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)3.1.1監(jiān)控系統(tǒng)工作原理在220kV以上的變電站,一般都采用分層分布式布置,包括變電站層和間隔層,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3。變電站層包括2臺(tái)主機(jī)兼操作員站、2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)工作站、1臺(tái)工程師站、2臺(tái)打印機(jī)。2臺(tái)操作員站互為備用,可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換,為運(yùn)行人員提供操作和監(jiān)視界面,對(duì)于告警和故障,可按不同優(yōu)先級(jí)進(jìn)行報(bào)警,并有音響提示;2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)工作站互為備用,可以實(shí)現(xiàn)無(wú)擾切換,將從網(wǎng)絡(luò)獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)篩選和排序后發(fā)送到各級(jí)調(diào)度;工程師站供維護(hù)人員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù),可完成數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)參數(shù)、報(bào)表和畫面的定義、制作、修改,以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、通訊報(bào)文監(jiān)視等工作。間隔層包括各測(cè)控裝置或保護(hù)測(cè)控一體化裝置,主要用于對(duì)本間隔模擬量、開關(guān)量、脈沖量、溫度量的采集和斷路器刀閘的控制,各間隔層設(shè)備在本小室直接接入以太網(wǎng)。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主網(wǎng)采用光纖雙冗余以太網(wǎng)結(jié)構(gòu),可靠性高,開放性強(qiáng);由于采用光纖作為傳輸介質(zhì),避免了電磁干擾引起的通訊不暢。在每個(gè)小室都裝有GPS,實(shí)現(xiàn)對(duì)本小室智能裝置的硬對(duì)時(shí)。每個(gè)小室的保護(hù)裝置等智能設(shè)備通過管理機(jī)接入微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。3.1.2遠(yuǎn)動(dòng)裝置在線監(jiān)測(cè)、報(bào)警處理,背景設(shè)備設(shè)備微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能如下:實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理,數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和維護(hù),控制操作、同期檢查和防誤閉鎖,電壓無(wú)功自動(dòng)調(diào)節(jié),報(bào)警處理,事件順序記錄,畫面生成和顯示,在線計(jì)算及制表,電量處理,遠(yuǎn)動(dòng)功能,時(shí)鐘同步,人機(jī)聯(lián)系,與其他設(shè)備接口,保護(hù)報(bào)文分析、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視和查詢、定值查閱、裝置復(fù)歸等。3.2保護(hù)小室的設(shè)置二次設(shè)備采用小室方式分散布置,除安裝交直流屏和計(jì)算機(jī)的主控小室外,500kV每串設(shè)1個(gè)保護(hù)小室,220kV和110kV根據(jù)出線多少設(shè)1-3個(gè)保護(hù)小室,主變和低壓部分也設(shè)有相應(yīng)的保護(hù)小室,各間隔的保護(hù)設(shè)備分別安裝在各自的小室內(nèi),母差保護(hù)集中安裝于相應(yīng)電壓等級(jí)的某個(gè)小室內(nèi)。3.3保護(hù)裝置配置3.3.1聯(lián)絡(luò)線安全自動(dòng)裝置500kV線路采用雙主雙后,一般有一套單獨(dú)的后備保護(hù),并且配有過電壓保護(hù)和遠(yuǎn)跳裝置,對(duì)于聯(lián)絡(luò)線還有失步解列等安全自動(dòng)裝置;斷路器配有斷路器保護(hù)和短引線保護(hù);220kV線路配雙套主后一體保護(hù),變壓器配置三套差動(dòng)保護(hù)和非電量保護(hù);500kV和220kV母線均配置雙套母差保護(hù);失靈保護(hù)由母差來(lái)實(shí)現(xiàn);低壓部分采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置。3.3.2線路保護(hù)和失靈保護(hù)220kV線路配雙套主后一體保護(hù),變壓器配置兩套差動(dòng)保護(hù);110kV線路配一套保護(hù);變壓器配置兩套差動(dòng)保護(hù)和非電量保護(hù);220kV母線均配置雙套母差保護(hù),110kV母線均配一套母差保護(hù);失靈保護(hù)由母差來(lái)實(shí)現(xiàn);低壓部分采用保護(hù)測(cè)控一體化裝置。3.3.3系統(tǒng)的改造每個(gè)站單獨(dú)安裝一套保護(hù)故障信息管理系統(tǒng)子站,保護(hù)裝置和錄波器通過RS485接入系統(tǒng)中,完成對(duì)各裝置運(yùn)行信息和故障信息的采集,并遠(yuǎn)傳到安裝于調(diào)度端的故障信息管理系統(tǒng)主站。3.4蓄電池組直流在每個(gè)保護(hù)小室都裝有兩套UPS電源,為本小室需要交流的設(shè)備提供電源,UPS的交流輸入采用低壓盤交流,直流輸入采用站內(nèi)的蓄電池組直流;在主控室裝有2組蓄電池、3臺(tái)充電機(jī)和相應(yīng)的饋線屏,對(duì)于500kV變電站,每個(gè)小室還裝有直流分電屏,小室內(nèi)裝置的直流電源直接取自分電屏,220kV變電站各小室內(nèi)裝置的直流電源直接取自主控直流饋線屏。3.5監(jiān)控系統(tǒng)接入每個(gè)小室都裝有相應(yīng)間隔的全電子式多功能電能表,非計(jì)量點(diǎn)的電能表通過RS485方式組網(wǎng)接入微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);計(jì)量點(diǎn)的電度表通過RS485方式組網(wǎng)接入計(jì)費(fèi)系統(tǒng),再通過表的脈沖接點(diǎn)或計(jì)費(fèi)采集裝置的串口接入微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。3.6防計(jì)算機(jī)的邏輯控制功能五防系統(tǒng)取消了原來(lái)的模擬屏,通過一臺(tái)五防計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬操作和邏輯閉鎖。五防計(jì)算機(jī)和微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的操作員站相連,實(shí)時(shí)獲取斷路器和刀閘位置來(lái)進(jìn)行邏輯判斷,五防機(jī)對(duì)操作員站有邏輯閉鎖功能。運(yùn)行人員在五防機(jī)上正確模擬操作后,五防機(jī)才開放操作員站上相應(yīng)設(shè)備的操作權(quán),否則無(wú)法進(jìn)行操作。4主要功能特點(diǎn)a.數(shù)據(jù)記錄、信號(hào)采集準(zhǔn)確齊全,有利于對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)視和分析,有利于故障和事故分析;數(shù)據(jù)報(bào)表靈活多樣,報(bào)表形成方便快捷,改變了以前值班員填寫報(bào)表的落后局面,提高了報(bào)表的準(zhǔn)確性,降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。b.由于二次設(shè)備采用了小室式分散下放布置方案,節(jié)省了建筑面積和電纜投資,其中建筑面積可以減少40%左右,電纜總長(zhǎng)度可以減少30%。c.操作手段可靠,運(yùn)行人員可在操作員工作站計(jì)算機(jī)操作,在系統(tǒng)癱瘓或檢修的情況下也可以到就地用把手進(jìn)行操作,并且就地把手也有五防功能。d.監(jiān)控系統(tǒng)與站內(nèi)所有智能設(shè)備如微機(jī)保護(hù)、直流系統(tǒng)、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、五防系統(tǒng)等均實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)通訊,運(yùn)行記錄更加全面可靠。e.系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)VQC功能,自動(dòng)根據(jù)電壓曲線對(duì)電壓和無(wú)功進(jìn)行控制,可以使電壓合格率達(dá)到100%,保證了電網(wǎng)輸送的電能質(zhì)量。f.同期功能靈活完善,可在任一開關(guān)以任一種方式進(jìn)行同期,減少了投運(yùn)時(shí)的操作,并網(wǎng)方式靈活。g.因大部分操作都可通過微機(jī)實(shí)現(xiàn),所以能實(shí)現(xiàn)少人值守,運(yùn)行值班員可以減少50%左右,節(jié)省了人員開支。h.便于實(shí)現(xiàn)站端和遠(yuǎn)動(dòng)主站端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通訊。因站內(nèi)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用了高速以太網(wǎng)技術(shù),這樣就可以通過路由器來(lái)對(duì)調(diào)度進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,大大提高了調(diào)度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性,并且數(shù)據(jù)量也不再受限。i.微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和五防交換數(shù)據(jù)、邏輯互鎖,大大降低了誤操作的可能性;由于在計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方操作,也避免了現(xiàn)場(chǎng)操作一次設(shè)備的危險(xiǎn)性。5通訊接口和協(xié)議a.不便于運(yùn)行人員的巡視和壓板操作。由于各種二次設(shè)備均布置在不同的保護(hù)小室,工作地點(diǎn)的轉(zhuǎn)移浪費(fèi)了一定時(shí)間,每天巡視時(shí)間大約要增加1小時(shí)左右。b.各廠家設(shè)備通訊連接還不夠完善,經(jīng)常出現(xiàn)通訊中斷和誤碼問題,就統(tǒng)計(jì)看基本上達(dá)到了1.2次/臺(tái)?年。c.因擴(kuò)建時(shí)技術(shù)已經(jīng)發(fā)展,新的通訊接口和協(xié)議不一定能兼容原監(jiān)控系統(tǒng)的接口和協(xié)議,所以擴(kuò)建時(shí)對(duì)保護(hù)設(shè)備的要求有所限定。d.保護(hù)等智能設(shè)備軟件升級(jí)時(shí)會(huì)使裝置的報(bào)文內(nèi)容發(fā)生變化,因此微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也需做相應(yīng)的改動(dòng),工作量有所增加。6保護(hù)裝置的布置河北南部電網(wǎng)在采用綜合自動(dòng)化技術(shù)上起步是比較早的,經(jīng)過這幾年的經(jīng)驗(yàn)積累,目前也形成了一種成熟的模式,從目前運(yùn)行的情況來(lái)看,設(shè)備運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定,技術(shù)比較先進(jìn),操作靈活便捷,深受運(yùn)行人員的歡迎,從經(jīng)濟(jì)角度和技術(shù)角度上來(lái)說,值得推廣。綜合這些年來(lái)的經(jīng)驗(yàn),總結(jié)有以下幾點(diǎn)需要注意并改進(jìn):a.應(yīng)仔細(xì)研究保護(hù)小室的設(shè)置位置及二次設(shè)備在保護(hù)小室中的布置,以確定最節(jié)省電纜的方案,避免布置位置不當(dāng),浪費(fèi)電纜。b.應(yīng)統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)約解釋標(biāo)準(zhǔn),這樣有利于確保不同廠家設(shè)備之間的通訊暢通,并且可以避免因開發(fā)多種規(guī)約而造成的人力浪費(fèi)。c.應(yīng)逐步改變管理模式,適應(yīng)技術(shù)的不斷進(jìn)步,由于傳統(tǒng)專業(yè)分工較細(xì),而新出現(xiàn)的設(shè)備如測(cè)控裝置、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等無(wú)法分工,專業(yè)銜接不好,非常不利于設(shè)計(jì)、調(diào)試和運(yùn)行維護(hù),所以專業(yè)合并是一種很好的解決方式。目前河北南網(wǎng)已有3家單位進(jìn)行了專業(yè)合并,效果較好。d.應(yīng)盡量考慮配置同一廠家設(shè)備。目前綜合自動(dòng)化變電站已將各保護(hù)裝置等智