220kV廟嶺變電站綜合自動化系統的設計

朱永海

摘 要:本文首先回顧了變電站綜合自動化系統的發展歷程,然后介紹了一個220kV變電站綜合自動化系統的設計實例,并對其主要功能做了簡要說明,希望本文能對類似工程的設計起到一定的借鑒意義。

關鍵詞:變電站綜合自動化IEC61850標準

中圖分類號:TM7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0025-02

變電站綜合自動化是科學技術發展的產物,隨著電子技術、通信技術、自動控制技術的發展,產生了變電站綜合自動化,對電網生產、運行、維護產生了積極而深遠的影響,并且隨著技術的進步,變電站綜合自動化技術也在不斷的完善和發展。本文介紹了220kV廟嶺變電站綜合自動化系統的設計。

1220kV廟嶺變電站系統概況

主變規模:最終規模4×240MVA,本期規模2×240MVA;220kV最終出線8回,本期4回;110kV最終出線14回,本期7回;10kV最終出線30回,本期出線20回;按最終規模每臺主變裝設6×10MVar低壓電容器,本期2臺主變每臺先裝設6×10MVar低壓電容器。

2變電站綜合自動化系統的發展

第一個階段:RTU加常規保護結構。20世紀80年代以前,變電站普遍采用電磁式繼電保護,再通過電纜將繼電器的事故、預告信號接到站內RTU裝置,然后轉發到調度,實現遙控、遙信、遙脈、遙調的“四遙”功能。這種方式的缺點:采集信號單一、數量有限、沒一個信號或采集量都需要電纜的連接,需要大量電纜。

第二個階段:面向功能設計的分布式測控裝置加微機保護結構。20世紀90年代初期,微機保護和獨立的測控裝置開始運用,裝置通過現場總線（CAN,LONWORKS）或RS485網絡連接至總控單元,再轉發至當地監控和調度。這個階段顯然比第一階段進步很多,比如:采集的信號就比原來豐富很多,而不在需要那么多的電纜。但是同樣存在以下缺點。

RS485網的設備間通信只能采用主從式網絡或環形網絡;采用主從式網絡只允許有一臺主設備;采用環形網絡的設備通過令牌形式獲得總線控制權;采用RS485接口通信抗干擾性能差,傳輸速率不高,如果不加中繼,其可靠傳輸距離不超過200m。

采用總控單元沒有實現徹底分散,所有信息都要經過它轉發,給運行、維護帶來不便,安全性也不高。

如果采用LONWORKS現場總線,雖然能夠克服上面的缺點,但是其造價過高,不利于市場競爭,通訊帶寬受限。

第三個階段:面向對象的分層分布式結構。20世紀90年代中期以來,隨著科學技術的發展,按對象設計的保護、測控裝置及分層分布的系統機構成為變電站綜合自動化系統主要形式。在這種形式中以太網得以推廣,通信速率大為提高,帶寬可達10M～100M。整個系統分為間隔層、站控層。保護裝置有3個以太網接口,分別為A,B,C;測控裝置有A,B兩個以太網絡接口;其中A,B網為監控網絡雙網,其中一個作為備用;C網為保護信息網絡。

3220kV廟嶺變電站綜合自動化系統的構成和功能

3.1 系統構成

220kV廟嶺變采用北京四方繼保自動化股份有限公司CSC2000 V2變電站綜合自動化系統,該系統采用分層分布式結構,全以太網組網（監控網絡A,B網,C網為保護信息網絡）。主要由站控層設備、間隔層設備組成。站控層設備包括:2臺操作員工作站,互為備用、1臺五防工作站、2臺遠動工作站、2臺保護信息子站,互為備用。間隔層設備包括:保護裝置、測控裝置、及其他智能設備。

3.2 監控系統組屏方式

操作員站、五防工作站安裝在監控臺,不組屏,通信管理機、保信子站、遠動工作站各組1面屏,保信子站屏含4臺C網交換機;網絡交換機屏共3面,各含8臺網絡交換機,分別用于保護、測控、10kV設備A,B網;110kV,220kV線路2條線組1面測控屏,含2臺測控裝置;110kV #1,2母聯、分段各組1面測控屏,含2臺測控裝置;220kV #1,2母聯及分段組1面測控屏,共3臺測控裝置;#2主變組1面測控屏,含5臺測控裝置（高壓側、中壓側、低壓A側、低壓B側、本體）,#3主變組1面測控屏,含4臺測控裝置（高壓側、中壓側、低壓、本體）;110kV/220kV母線PT及公共測控屏各1面,各含3臺測控裝置,用于母線PT測控及本電壓等級公共測控,組1面10kV母線PT及公共測控屏,含4臺測控裝置,用于母線PT測控及本電壓等級公共測控;組1面公共測控屏,共4臺測控裝置,用于全站公共測控。10kV保護測控一體化裝置就地安裝在10kV高壓室。

3.3 系統特點

3.3.1 總體特點

本站CSC2000 V2變電站綜合自動化系統,采用IEC61850標準,在監控系統數據平臺基礎上,集成電壓無功控制（VQC）功能,監控系統集成一體化五防功能,并實現了完整的操作票專家系統功能,采用圖庫一體化設計,支持拓撲分析動態著色,系統具有良好的開放性,各項功能更人性化,便于工程調試及維護運行。

3.3.2 測控裝置

采用四方公司的CSC200E系列測控裝置,裝置使用32位CPU和DSP硬件平臺,14位及以上高精度模數轉換器,采用嵌入式實時操作系統（RTOS）;裝置具有全中文大屏幕液晶顯示,可顯示本間隔的主接線圖;遙信開入可以定義成多種輸入類型,如狀態輸入（單/雙位置輸入）、告警輸入、事件順序記錄（SOE）、脈沖累積輸入、主變分接頭輸入（BCD或HEX）等,具有防抖動功能,遙信插件按組配置,可根據要求增減;交流可采集并計算本間隔內的三相電壓有效值、三相電流有效值、3U0、3I0、有功、無功、頻率、2～13次諧波等;可采集多種直流量,如DC220V、DC110V、DC24V、DC0V～5V、4mA～20mA等,能完成主變溫度的采集和計算。

3.3.3 監視與報警

通過顯示器對主要電氣設備運行參數和設備狀態進行監視,監視各設備的通信狀態和通信報文,并實時顯示。

顯示的畫面有帶電設備顏色標識。所有靜態和動態畫面存儲在畫面數據庫內,用戶可方便和直觀地完成實時畫面的在線編輯、修改、定義、生成、刪除、調用和實時數據庫連接等功能,并能與其他工作站共享修改或生成后的畫面。

畫面采用符合Window標準的窗口管理系統,窗口顏色、大小、生成、撤除、移動、縮放及選擇等可由操作人員設置和修改。

圖形管理系統應具有漢字生成和輸入功能,支持多種漢字輸入法,支持矢量漢字字庫。具有動態棒型圖、動態曲線、歷史曲線制作功能。屏幕顯示、打印制表、圖形畫面中的畫面名稱、設備名稱、告警提示信息等均應漢字化。

對各種表格具有顯示,生成、編輯等功能。在表格中可定義實時數據、計算數據、模擬顯示并打印輸出。各種報表數據能轉換為EXCEL格式,以利于數據的二次應用。

信息能夠分層、分級、分類顯示,可以人工定義畫面顯示內容。其中開關量信號根據重要性,可分為三類。

第一類為事故信號,包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號、影響全站安全運行的其他信號（包括全站通訊中斷、消防系統火災告警等）。

第二類為報警信號,包括狀態異常信號、模擬量越限、自動化系統的異常事件等。

第三類為告知信號,包括反映設備各種運行狀態的信號以及查詢事故跳閘或設備異常后的詳細信息,如開關分合、保護功能壓板投退、保護的詳細動作信息等。

3.3.4 控制與操作

系統能夠完成站內可遙控設備的操作,110kV,220kV斷路器由測控裝置完成同期功能,刀閘和斷路器的操作需經3層五防閉鎖,站控層、間隔層、現場布線五防閉鎖。本系統還具備順控功能,即在需要進行一系列倒閘操作時,通過單個操作命令,改變過程狀態,將一系列操作票轉化為任務票,減少人工操作量,減少誤操作和提高效率。

4結語

220kV廟嶺變電站綜合自動化系統,采用四方公司最新的CSC2000 V2綜合自動化系統,支持IEC61850標準,技術先進,功能強大,限于篇幅,不一一展開,希望該文能為同類工程的設計提供一些參考。未來的綜合自動化系統將在支持IEC61850標準的基礎上,向全數字化、智能化方向發展。