變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

0與變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用關(guān)系該自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于多學(xué)科、多領(lǐng)域的自動(dòng)控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)、通信技術(shù)、數(shù)字預(yù)處理技術(shù)和智能專家系統(tǒng)。此外，還對(duì)二次保護(hù)和核電站管理系統(tǒng)的功能進(jìn)行了優(yōu)化和設(shè)計(jì)，以便使核電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理顯著減少。采用變電站綜合自動(dòng)化技術(shù),可以提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,減少變電站的基建投資,提高變電站自動(dòng)化水平,并為推廣變電站無人值班提供了有效手段,也為事故處理和恢復(fù)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)條件,并將最終提高電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和管理水平,因而已成為當(dāng)前我國電力工業(yè)推行技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)技術(shù)之一。變電站是電力系統(tǒng)中電能傳輸、交換、分配的重要環(huán)節(jié),它集中了變壓器、開關(guān)、無功補(bǔ)償?shù)劝嘿F設(shè)備。因此,對(duì)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性、抗干擾能力、工作靈活性和可擴(kuò)展性的要求很高,尤其是無人值班變電站。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)的故障信息要及時(shí)上報(bào)控制中心,同時(shí)也要能接受和執(zhí)行控制中心下達(dá)的各種操作和調(diào)控命令。概括起來,變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是集保護(hù)、測量、計(jì)量、控制和遠(yuǎn)動(dòng)等功能于一體,通過數(shù)字通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息共享的一套微機(jī)化的二次設(shè)備及系統(tǒng)。1站運(yùn)行人員之間的接口變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成收集站內(nèi)各間隔層裝置采集的信息,完成分析、處理、顯示、報(bào)警、記錄、控制等功能,完成遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)通信以及各種自動(dòng)、手動(dòng)智能控制等任務(wù)。其主要由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理、人機(jī)聯(lián)系、遠(yuǎn)方通信和時(shí)鐘同步等環(huán)節(jié)組成,實(shí)現(xiàn)變電站的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中,監(jiān)控軟件充當(dāng)站內(nèi)保護(hù)、測量、控制以及通訊裝置與變電站運(yùn)行人員之間的接口,要求其一方面能夠接收站內(nèi)保護(hù)測量裝置上傳的數(shù)據(jù)源信息,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列處理后,將結(jié)果通過人機(jī)界面反映給運(yùn)行人員;另一方面能接受站內(nèi)運(yùn)行人員的控制命令,將其下發(fā)給保護(hù)裝置,實(shí)現(xiàn)遙控操作,而同時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)還在變電站與遠(yuǎn)方調(diào)度的關(guān)系中擔(dān)任著上傳數(shù)據(jù)信息、下達(dá)遙控命令的角色。因此,監(jiān)控軟件在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)乃至電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)都起到重要的作用。監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化的核心,其完成的基本功能如下:1)“四遙”功能的實(shí)現(xiàn),即遙測、遙信、遙控、遙調(diào);2)主變檔位的采集;3)微機(jī)保護(hù)的通信聯(lián)系;4)微機(jī)五防系統(tǒng)的通信聯(lián)系;5)其他智能設(shè)備的通信聯(lián)系;6)實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一校時(shí)。監(jiān)控軟件可以將監(jiān)視、控制、測量、錄波、繼電保護(hù)、安全自動(dòng)裝置、通訊、遠(yuǎn)動(dòng)等多種功能綜合于一體,構(gòu)成一套綜合自動(dòng)化系統(tǒng),保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)、安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行,可實(shí)現(xiàn)變電站少人值班或無人值守。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)作為一個(gè)完整與協(xié)調(diào)的系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì),在吸收世界先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上,采用完全的分層分布式結(jié)構(gòu)。整個(gè)系統(tǒng)以變電站層與間隔層兩層設(shè)備構(gòu)成,功能齊全、配置靈活、具有極高的可靠性。2綜合自動(dòng)變電站系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.1站和監(jiān)控系統(tǒng)組成變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)備配置分成兩個(gè)層次,即變電站層和間隔層。變電站層即站級(jí)主站層。站級(jí)工作站一般主要由操作員工作站、五防終端、遠(yuǎn)動(dòng)主站及工程師工作站組成,對(duì)于事故分析處理指導(dǎo)和培訓(xùn)等專家系統(tǒng),以及用戶要求的其他功能的工作站則可根據(jù)需要增減。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一般都可以適應(yīng)各種不同的硬件配置,當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較小時(shí),監(jiān)控系統(tǒng)可以安裝在一臺(tái)PC機(jī)上,規(guī)模較大時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)則可以由多臺(tái)PC機(jī)及一體化工控機(jī)主站組成,取消了常規(guī)控制、模擬屏等。間隔層是繼電保護(hù)、測控裝置層。它對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、測量和控制,提供與系統(tǒng)配套的網(wǎng)絡(luò)接口。各間隔單元保留應(yīng)急手動(dòng)操作跳、合手段,各間隔單元互相獨(dú)立、不互相影響。2.2獨(dú)立于電網(wǎng)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的當(dāng)前區(qū)塊配置2.2.1站、站、站、站變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的變電站層設(shè)備通常有監(jiān)控主站、繼保工程師站、VQC/接地選線、五防工作站、遠(yuǎn)動(dòng)主站和打印機(jī)、UPS、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、音響報(bào)警等。主站設(shè)備根據(jù)需要選配,其中前四項(xiàng)主站軟件模塊可安裝于單臺(tái)計(jì)算機(jī)中運(yùn)行,也可安裝于多臺(tái)計(jì)算機(jī)中獨(dú)立運(yùn)行。2.2.2進(jìn)程自動(dòng)采集相關(guān)數(shù)據(jù)的功能監(jiān)控主站是變電站內(nèi)的主要人機(jī)交互界面,它收集、處理、顯示和記錄間隔層設(shè)備采集的信息,并根據(jù)操作人員的命令向間隔層設(shè)備下發(fā)控制命令,從而完成對(duì)變電站內(nèi)所有設(shè)備的監(jiān)視和控制。有時(shí)監(jiān)控主站也叫做人機(jī)接口HMI。監(jiān)控主站實(shí)現(xiàn)以下主要功能:與間隔層裝置通信,獲得實(shí)時(shí)信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理;多種形式的實(shí)時(shí)信息顯示:單線圖、線路分圖、棒圖、曲線等;操作控制功能:通過屏幕/鼠標(biāo)/鍵盤,可操作控制開關(guān)、刀開關(guān)、壓板等可控對(duì)象;各種重要數(shù)據(jù)的保存為歷史數(shù)據(jù)查詢、事故分析及制作報(bào)表曲線等提供準(zhǔn)備;靈活多樣的報(bào)警處理:通過彈出報(bào)警窗口、圖形閃爍、聲音等形式及時(shí)向值班人員發(fā)出事故和預(yù)告警報(bào),提醒值班人員及時(shí)處理;歷史數(shù)據(jù)瀏覽:通過該模塊可以查詢各種歷史報(bào)警信息,如遙信變位,遙測越限,保護(hù)信息及人員操作信息等;用戶的權(quán)限管理:系統(tǒng)管理員、維護(hù)人員、操作人員等被賦予不同權(quán)限,只有被授權(quán)人員才能進(jìn)行相應(yīng)權(quán)限的操作,其操作行為將被記錄在歷史數(shù)據(jù)庫內(nèi),以備查詢;各種日志、報(bào)表和曲線圖的生成與打印。2.2.3監(jiān)視和記錄保護(hù)設(shè)備工程師站的主要功能為:監(jiān)視、查詢和記錄保護(hù)設(shè)備的運(yùn)行信息;監(jiān)視、查詢和記錄保護(hù)設(shè)備的告警、事故信息及歷史記錄;查詢、設(shè)定和修改保護(hù)設(shè)備的定值;查詢、記錄和分析保護(hù)設(shè)備的分散錄波數(shù)據(jù);投切保護(hù)設(shè)備軟壓板等2.2.4常用通信接口變電站通過通訊處理機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)功能,通訊處理機(jī)的主要功能特色為:提供多種通訊接口:LonWorks、CAN、工業(yè)以太網(wǎng)、RS232/485/422,并可根據(jù)需要擴(kuò)展,CSE系列通訊處理機(jī)可提供多個(gè)電以太網(wǎng)接口,多個(gè)485接口或232接口,LonWorks網(wǎng)絡(luò)接口,CAN網(wǎng)絡(luò)接口;可以支持多種常用的通信規(guī)約:內(nèi)嵌了IEC60870-5-101、IEC60870-5-102、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、DNP3.0、部頒CDT、SC1801、MODBUS等通用協(xié)議,并可根據(jù)要求增加新的規(guī)約;各種接口和規(guī)約可以根據(jù)需要靈活配置,遙信、遙測等信息點(diǎn)的容量能滿足各種系統(tǒng)的要求;與各種常用GPS接收機(jī)通信,實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站間隔層裝置的GPS對(duì)時(shí);可根據(jù)需要冗余配置,提高可靠性。2.2.5監(jiān)控主站控制VQC的功能是監(jiān)視變電站的電壓、無功情況,并在電壓或無功不滿足要求時(shí)根據(jù)預(yù)定義的調(diào)節(jié)策略自動(dòng)投切變壓器分接頭和/或投退電容器組。通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獲得有關(guān)信息,包括有關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓、電流、功率因數(shù)、有關(guān)斷路器和刀開關(guān)的位置信息等,電壓、無功控制主站或監(jiān)控主站按照預(yù)定的九域圖控制原則做出控制決定。在需要調(diào)節(jié)主變分接頭時(shí),由主站發(fā)令通過監(jiān)控網(wǎng)傳輸給相應(yīng)主變的測控裝置CSF202執(zhí)行,需要投切電容器時(shí),由相應(yīng)的電容器保護(hù)裝置執(zhí)行。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能提供變壓器的分接頭調(diào)節(jié)和16組電容器的投切,另外也可考慮用戶的特殊要求,能自動(dòng)識(shí)別整個(gè)變電站的運(yùn)行工況,能根據(jù)用戶定義的時(shí)區(qū)范圍自動(dòng)切換工作定值區(qū),自動(dòng)判斷并調(diào)節(jié)分接頭,自動(dòng)判斷外部條件實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電容器組的有效投切,實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的母線電壓和功率因數(shù)的綜合調(diào)節(jié)。2.2.6動(dòng)開口操作票五防工作站的主要功能是對(duì)遙控命令進(jìn)行防誤閉鎖檢查,自動(dòng)開出操作票,確保遙控命令的正確性。此外,五防工作站通常還提供編碼/電磁鎖具,確保手動(dòng)操作的正確性。五防工作站通常由用戶單獨(dú)采購,具體信息請參見相關(guān)產(chǎn)品的文檔。2.27主、副2主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主、主間隔層設(shè)備一般包括測控裝置、保護(hù)及其他智能電子裝置。在間隔內(nèi),110kV及以上電壓等級(jí)的繼電保護(hù)和測控裝置是相對(duì)獨(dú)立的,在110kV以下電壓等級(jí)采用保護(hù)、測量、控制三合一裝置,但在設(shè)計(jì)中盡量保持保護(hù)和測控功能分開。2.3工業(yè)網(wǎng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)變電站層可采用10M/100M工業(yè)以太網(wǎng)作為主干網(wǎng),可采用單網(wǎng)或雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),間隔層采用工業(yè)現(xiàn)場總線或工業(yè)以太網(wǎng)。通信網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)需要冗余配置(雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)),熱備用方式運(yùn)行,以提高可靠性。2.3.1電以太網(wǎng)及光纖以太網(wǎng)系統(tǒng)采用工業(yè)現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)時(shí),通信電纜采用屏蔽雙絞線。采用工業(yè)以太網(wǎng)時(shí),支持10M/100M電以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)。如需光纖連接站端和間隔層,通過光纖收發(fā)器完成。變電站層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括集線器、通訊網(wǎng)關(guān)CSE系列和電纜/光纜。集線器、電纜/光纜和光電/電光轉(zhuǎn)換設(shè)備可以采用通用的工業(yè)器材。2.3.2內(nèi)部通訊系統(tǒng)支持基于工業(yè)現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)CSCL2000內(nèi)部通訊協(xié)議、ModBus、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104等國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。滿足與其他系統(tǒng)互操作性和接口。3綜合自動(dòng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖3.1監(jiān)控計(jì)算機(jī)接口變電站中保護(hù)裝置為Lonworks通訊,上位機(jī)為Lonworks通訊,監(jiān)控計(jì)算機(jī)需配置Lonworks卡(ISA接口),CSE201轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(2路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約;1路以太網(wǎng)支持104規(guī)約),如圖1所示。3.2遠(yuǎn)動(dòng)裝置cse201變電站中保護(hù)裝置為Lonworks通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,CSE101轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控,CSE201轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(2路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約;1路以太網(wǎng)支持104規(guī)約),如圖2所示。由于一臺(tái)CSE901只能運(yùn)行一種程序,因此有幾種需要接入的設(shè)備就要有幾臺(tái)CSE901。3.3cse201轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)變電站中保護(hù)裝置為Lonworks通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,CSE101轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控,CSE201轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(2路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約),如圖3所示。此種方式遠(yuǎn)動(dòng)不支持以太網(wǎng)104規(guī)約。此種方式試用于裝置數(shù)量較多,CSE101的數(shù)量大于等于2臺(tái),有助于減少CSE201的數(shù)量。3.4cse113-dnp變電站中保護(hù)裝置為Lonworks通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,CSE101轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控,CSE600轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(12路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約;3路以太網(wǎng)支持104規(guī)約),如圖4所示。3.5cse統(tǒng)一轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)變電站中保護(hù)裝置為Lonworks通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,CSE101轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控,CSE600轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(12路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約;3路以太網(wǎng)支持104規(guī)約),如圖5所示。此種方式CSE600不但轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng),還負(fù)責(zé)接入第三方設(shè)備。如新站選用的是Lonworks裝置,可以采用此種配置,用CSE600代替CSE901.3.6cse400轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)變電站中保護(hù)裝置為Lonworks通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,CSE101轉(zhuǎn)發(fā)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控,CSE600轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(12路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約;3路以太網(wǎng)支持104規(guī)約),如圖6所示。此種方式通過增加1臺(tái)CSE600實(shí)現(xiàn)接入于轉(zhuǎn)出分離,適用遠(yuǎn)動(dòng)要求較高的電力系統(tǒng)用戶。3.7cse統(tǒng)一遠(yuǎn)動(dòng)變電站中保護(hù)裝置為單以太網(wǎng)通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,一臺(tái)CSE600轉(zhuǎn)發(fā)(12路RS232口支持CDT/MODBUS/103等規(guī)約;3路以太網(wǎng)支持103規(guī)約),一臺(tái)CSE600遠(yuǎn)動(dòng)(12路RS232口支持CDT/101/DNP等規(guī)約;3路以太網(wǎng)支持104規(guī)約),如圖7所示。就地安裝的交換機(jī)根據(jù)需求配置,選用原則應(yīng)考慮DC220V(110V)供電,工業(yè)級(jí),抗干擾強(qiáng)。3.8cse400轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)變電站中保護(hù)裝置為單以太網(wǎng)通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,CSE600轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)動(dòng)(12路RS232口支持CDT/101/DNP/MODBUS/103等規(guī)約;3路以太網(wǎng)支持104/103規(guī)約),如圖8所示。3.9三個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)圖變電站調(diào)度系統(tǒng)采用光纖進(jìn)行通訊,如圖9所示。3.10ct/mspts/1k規(guī)制變電站中保護(hù)裝置為雙以太網(wǎng)通訊,上位機(jī)為以太網(wǎng)通訊,一臺(tái)CSE600轉(zhuǎn)發(fā)(12路RS232口支持CDT/MODBU