微機(jī)綜合自動(dòng)化在牽引變電所中的應(yīng)用

摘 要:本文針對(duì)牽引變電所的特點(diǎn)，討論了保護(hù)單元獨(dú)立，多微機(jī)監(jiān)管，以網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的方案。保護(hù)的獨(dú)立，能快速可靠實(shí)現(xiàn)變電所保護(hù);用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成綜合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源共享。

關(guān)鍵詞:牽引變電所綜合自動(dòng)化保護(hù)監(jiān)控。

中圖分類號(hào):U22文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)05(c)-0093-01

引言

近幾年，牽引變電所綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速，在牽引變電所得到廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品更新?lián)Q代及設(shè)計(jì)定型越來(lái)越快，逐漸走向成熟。牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)的綜合系統(tǒng)，它包括操作控制、微機(jī)保護(hù)、故障測(cè)距、故障錄波，電能計(jì)算、遠(yuǎn)動(dòng)功能、電壓無(wú)功控制調(diào)整等功能。綜合自動(dòng)化技術(shù)的使用，使?fàn)恳冸娝梢钥焖偬幚砉收涎杆倩謴?fù)系統(tǒng)工作，使正常運(yùn)行狀態(tài)、信息的監(jiān)測(cè)及操作界面更清晰、簡(jiǎn)單，增加防止誤動(dòng)、誤操作軟件控制，改善了運(yùn)行人員的工作條件，實(shí)現(xiàn)了變電所無(wú)人或少人值班，提高了運(yùn)行效率。

1 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

隨著變電所的功能日益加強(qiáng)，為實(shí)現(xiàn)控制功能、在線顯示功能、測(cè)量功能、和記錄功能、電能計(jì)量功能、電壓無(wú)功調(diào)整功能等，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以多微機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成，設(shè)有上位綜合控制機(jī)、電壓無(wú)功調(diào)整機(jī)、監(jiān)控管理機(jī)等各部分，以CAN網(wǎng)或LON網(wǎng)將各單元連接。監(jiān)控管理機(jī)監(jiān)管控制操作、中央信號(hào)及重合閘投切等功能。遠(yuǎn)動(dòng)功能由控制中心發(fā)送命令至上位綜合控制機(jī)，再由上位綜合控制機(jī)根據(jù)命令要求傳送給相應(yīng)監(jiān)控管理機(jī)執(zhí)行。正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控管理機(jī)從保護(hù)單元數(shù)據(jù)采集處取數(shù)據(jù)進(jìn)行電量計(jì)算，然后將電量數(shù)據(jù)送上位綜合控制機(jī)。電能計(jì)量在監(jiān)控管理機(jī)中對(duì)電能脈沖變送器計(jì)數(shù)采集計(jì)算獲得。電壓無(wú)功調(diào)整單元數(shù)據(jù)可從網(wǎng)上獲得，達(dá)到資源共享的目的。

在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，由于保護(hù)具有的特殊地位，應(yīng)使保護(hù)具有獨(dú)立性，一是保護(hù)的獨(dú)立，保護(hù)的運(yùn)行與其它信息通信、測(cè)量、監(jiān)控?zé)o關(guān)。二是CPU獨(dú)立，保護(hù)從單一CPU完成多種保護(hù)發(fā)展到單一CPU完成多個(gè)開(kāi)關(guān)的保護(hù)，再發(fā)展到單個(gè)開(kāi)關(guān)保護(hù)由獨(dú)立CPU完成。三是保護(hù)電源獨(dú)立，不與其它保護(hù)、其它單元共用電源。保護(hù)本身的完全獨(dú)立是微機(jī)保護(hù)安全性、可靠性的基礎(chǔ)。

保護(hù)單元與監(jiān)控管理單元之間選用串行通信方式，這種方式既容易實(shí)現(xiàn)又具有可靠性，保護(hù)和監(jiān)控的控制輸出用同一控制出口回路，保護(hù)用電量和監(jiān)控測(cè)量用電量采用保護(hù)單元同一PT、CT電量信號(hào)，可達(dá)到簡(jiǎn)化二次接線的目的;保護(hù)分別由單片機(jī)構(gòu)成，保證保護(hù)單元的獨(dú)立性，監(jiān)控單元管理保護(hù)、操作、信號(hào)，用80486工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成。保護(hù)單元執(zhí)行輸出、采集數(shù)據(jù)、信號(hào)量計(jì)算和保護(hù)動(dòng)作判別。對(duì)于一些復(fù)雜的控制、諧波分析、故障點(diǎn)測(cè)量都可轉(zhuǎn)換到監(jiān)控管理單元而完成，減輕保護(hù)單元CPU負(fù)擔(dān)。

2 牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能配置

變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能配置主要以完成保護(hù)、電能計(jì)算、監(jiān)控為目的，考慮系統(tǒng)可靠性、靈敏度、實(shí)時(shí)性等要求來(lái)合理配置系統(tǒng)功能。正常運(yùn)行時(shí)，隨時(shí)在線監(jiān)測(cè)牽引網(wǎng)運(yùn)行、設(shè)備運(yùn)行狀況。故障時(shí)，快速采集、處理故障數(shù)據(jù)，保護(hù)動(dòng)作迅速消除故障，使故障限制在最小范圍內(nèi)。同時(shí)完成牽引電網(wǎng)的在線計(jì)算、存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)、分析報(bào)表、遠(yuǎn)傳和保證電能質(zhì)量的自動(dòng)和遙控調(diào)整等功能。

2.1 保護(hù)監(jiān)控單元

保護(hù)應(yīng)獨(dú)立結(jié)構(gòu)，利用單片機(jī)分別構(gòu)成饋線距離保護(hù)、母線差動(dòng)保護(hù)、變壓器差動(dòng)保護(hù)、電容保護(hù)等單元。用工業(yè)控制機(jī)構(gòu)成保護(hù)監(jiān)控管理機(jī)。監(jiān)控管理機(jī)通過(guò)串口對(duì)保護(hù)單元直接監(jiān)視和定時(shí)巡回監(jiān)測(cè)，如果檢測(cè)不到信號(hào)則認(rèn)為保護(hù)單元故障，立即提醒值班人員注意。監(jiān)控管理機(jī)控制軟壓板，控制保護(hù)的投切功能。監(jiān)控管理機(jī)通過(guò)串口可隨時(shí)巡查或設(shè)定保護(hù)子機(jī)整定值、保護(hù)投切、在線運(yùn)行參數(shù)、開(kāi)關(guān)運(yùn)行狀態(tài)，采集自檢、自診斷參數(shù)、同步時(shí)鐘等。保護(hù)動(dòng)作出口獨(dú)立，遠(yuǎn)方和當(dāng)?shù)夭僮骺稍诒O(jiān)控管理機(jī)上操作，將命令經(jīng)過(guò)串口送至保護(hù)單元執(zhí)行。監(jiān)控出口繼電器和保護(hù)出口繼電器可合二為一，減少出口繼電器重復(fù)、節(jié)省電纜。保護(hù)單元?jiǎng)幼骱螅ㄖO(jiān)控管理機(jī)操作重合閘的投撤及重合閘的啟動(dòng)，做故障記錄，計(jì)算保護(hù)動(dòng)作參數(shù)、短路參數(shù)。監(jiān)控管理機(jī)根據(jù)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)給出中央信號(hào)。電量數(shù)據(jù)由保護(hù)單元在不影響保護(hù)動(dòng)作的情況下，向監(jiān)控管理機(jī)傳送測(cè)量數(shù)據(jù)，在線計(jì)算電能量，達(dá)到資源共享、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、節(jié)省電纜，簡(jiǎn)化設(shè)備的目的。

2.2 電壓無(wú)功綜合控制

電壓無(wú)功綜合控制單元的作用是維持電壓波動(dòng)范圍和優(yōu)化補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)對(duì)有載調(diào)壓變壓器分接頭及無(wú)功補(bǔ)償裝置的綜合調(diào)節(jié)。其電網(wǎng)補(bǔ)償判決數(shù)據(jù)可從網(wǎng)上電容、差動(dòng)保護(hù)監(jiān)控管理機(jī)單元獲得，針對(duì)功率因數(shù)低、負(fù)序大、諧波含量高及隨機(jī)波動(dòng)性大的牽引供電系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用TSC技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)和平滑無(wú)沖擊地投切電容器。

2.3 系統(tǒng)的監(jiān)控功能

上位綜合控制機(jī)完成系統(tǒng)的綜合監(jiān)控功能，包括整個(gè)變電所監(jiān)視、控制、記錄、遠(yuǎn)動(dòng)等功能。上位綜合控制機(jī)和監(jiān)控管理機(jī)在主要功能上互為備用設(shè)計(jì)，上位機(jī)故障時(shí)，由監(jiān)控管理機(jī)完成主要功能。

監(jiān)視功能包括:正常運(yùn)行電量、開(kāi)關(guān)位置狀態(tài)、主變電能脈沖計(jì)量數(shù)據(jù)、中央信號(hào)的顯示。正常時(shí)，保護(hù)采集量送給監(jiān)控管理機(jī)作電量計(jì)算，監(jiān)控管理機(jī)根據(jù)保護(hù)單元信號(hào)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)位置信號(hào)及中央信號(hào)。上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從監(jiān)控管理機(jī)可獲得電量數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)信號(hào)、中央信號(hào)，發(fā)現(xiàn)預(yù)告和事故信號(hào)，進(jìn)行提示報(bào)警。

控制功能包括:完成開(kāi)關(guān)的當(dāng)?shù)乜刂坪瓦h(yuǎn)方控制功能。通過(guò)在上位綜合控制機(jī)操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)本變電所斷路器、隔離開(kāi)關(guān)的操作。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遙控操作時(shí)，應(yīng)閉鎖自動(dòng)重合閘，且將當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方相互閉鎖，防止誤操作。為防止誤操作，還應(yīng)將控制開(kāi)關(guān)的合斷分選擇、執(zhí)行兩步完成。

記錄功能包括:操作記錄、事件順序記錄、故障記錄。正常運(yùn)行時(shí)操作內(nèi)容、運(yùn)行參數(shù)和開(kāi)關(guān)位置信號(hào)記入運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)，以便進(jìn)行分析。故障記錄采用保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)，監(jiān)控管理機(jī)啟動(dòng)重合閘、上位機(jī)根據(jù)保護(hù)動(dòng)作的參數(shù)和信號(hào)分別做故障記錄，并將記錄送控制中心。

遠(yuǎn)動(dòng)功能:上位綜合控制機(jī)接受控制中心發(fā)送的遠(yuǎn)動(dòng)命令，根據(jù)命令要求將具體的控制令轉(zhuǎn)入相應(yīng)被控監(jiān)控單元實(shí)現(xiàn)操作控制和數(shù)據(jù)采集。上位綜合控制機(jī)同時(shí)將變電所中開(kāi)關(guān)信號(hào)、電量數(shù)據(jù)返回控制中心。

3 可靠性措施

在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，由于自動(dòng)化程度高，要求設(shè)備可靠性非常高。

(1)采取保護(hù)單元電源應(yīng)增加濾波、穩(wěn)定措施，使得主要保護(hù)單元的獨(dú)立，電源獨(dú)立。

(2)采取硬件可靠性措施，各保護(hù)單元均設(shè)有“看門(mén)狗”電路，硬件出口可靠閉鎖，保護(hù)出口繼電器設(shè)失電保護(hù)、出口檢查，上電自檢自復(fù)位。

(3)采取軟件可靠性措施，軟件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，各單元程序自檢、自診斷，保護(hù)單元自檢內(nèi)部軟件、存儲(chǔ)器、采集通路。

(4)采取保護(hù)監(jiān)控單元有事故預(yù)告、故障報(bào)警功能，同時(shí)上位綜合控制機(jī)兼有預(yù)告報(bào)警功能，并能夠?qū)⑹鹿市盘?hào)通知控制中心。可以提示故障早發(fā)現(xiàn)，避免發(fā)生重大事故。