35kV坎頂變電站監控系統

管斌斌

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

0 前言

坎頂35kV變電站主接線方式為內橋接線，平坎3679線引至35kV橋I引線，國坎3773線引至35kV橋II引線，35kV內橋開關不能合環運行。經2臺35kV變壓器降壓至10kV，分別引至10kVI、II母線，10kV母線通過母聯開關聯絡運行。所用電分別從10kVI、II母線經2臺干式變壓器降壓成400V，并有奧特迅公司生產的110V直流系統。

1 變電站監控系統的組成

坎頂35kV變電站計算機監控系統采用北京四方繼保自動化有限公司的CSC-2000綜合自動化系統，該系統采用完全的分層分布式結構設計，整個系統以變電站層與間隔層兩層設備結構構成，功能齊全、配置靈活，具有極高的可靠性。變電站主站采用分布式平等結構，就地監控主站工程師站、遠動主站等相互獨立，任一損壞，不影響其他部分工作。間隔層設備按站內一次設備分布式配置，除10kV間隔監控與保護一體化外，其余監控裝置按間隔布置，而保護完全獨立，維護與擴建極為方便。完全分層分布式系統，進一步提高了整個系統的可靠性，使系統具有很大的靈活性和可擴展性。單LON網CSC-2000變電站自動化系統網絡見圖1。

圖1 單LON網CSC-2000變電站自動化系統網格示意圖

數據庫系統采用通用的商用數據庫，其接口只差微軟公司的開放數據庫連接接口（ODBC），允許系統存取各種常用的數據庫系統文件，具有很好的開放性和可擴展性。

圖形系統采用功能強大的WIZCON圖形平臺，工具全面，定制靈活，可靠性極高，這種圖形編輯器可根據用戶的實際需要將每一個畫面分為不同的圖層、不同平面，用戶可控制各圖層、平面顯示。不同窗口可互相拷貝畫面，并可放大。該圖形編輯器帶有豐富的電力系統圖符庫，支持ActiveX控件，支持動畫顯示，可形象地顯示現場的設備狀態。

通信網絡上將LONWORKS現場總線技術應用于變電站自動化系統，解決了間隔間互聯的問題；且在國內率先推出了基于嵌入式以太網的變電站內通信技術。

2 變電站監控系統的功能

（1）保護設備全面支持四遙功能

保護設備適應變電站自動化系統的要求，全面支持遠方修改定值、遠方投退保護、遠方信號遙信等四遙功能。

（2）遠動信息直采直送

遠動與監控系統共享間隔裝置采集信息，達到了分布式RTU技術要求標準。專用遠動主站從測控網絡上獲取所需信息直接遠傳至調度端，徹底解決了變電站自動化系統中“遠動直采直送”的技術問題。

（3）基于測控網絡的系統級綜合防誤閉鎖

應用站級防誤閉鎖與間隔層防誤相結合的防誤系統新方案，實現了防誤操作自動化，解決了常規防誤系統存在的調度端下發的遙控命令得不到防誤閉鎖控制；就地操作時，間隔層斷路器控制單元不具備防誤閉鎖條件的難題。

3 變電站監控軟件

四方繼保自動化有限公司的CSC-2000綜合自動化系統采用CSM-100C監控軟件，該軟件具有強大的數據采集和處理、事故報警、事件順序記錄及事故追憶功能、在線計算及制表、圖形生成等功能。

（1）數據采集與處理

1）模擬量的采集處理

變電站中的各種模擬量信號包括電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、功率因數、溫度。

①定時采集：按掃描周期定時采集數據并進行相應轉換、濾波、校驗及數據庫更新等，掃描周期滿足性能指標要求。

②越限報警：按設置的限值對模擬量進行死區判別和越限報警，信號包括報警條文、參數值及報警時間等內容。限值包括上限、下限、上上限、下下限、上極限和下極限，可人工在線設置。

③追憶記錄:對要求追憶的模擬量，能追憶記錄事故前3min至事故后6min的采集數據。

2）開關量的采集處理

變電站中的各種開關量信號包括位置及狀態信號、事故信號、預告信號、中央信號、BCD碼、公用信號。

①定時采集：按快速掃描方式周期采集輸入量、并進行狀態檢查及數據庫更新等，掃描周期滿足性能指標要求。遙信量采用事件驅動方式，一有事件就進行處理。

②設備異常報警：當被監測的設備狀態發生變化時，微機監控系統可以及時反映在CRT上；對于報警信號，可以及時發出聲光報警并有畫面顯示，其報警信息還包括報警條文、事件性質及報警時間。

③事件順序記錄：對斷路器位置信號、繼電保護動作信號等需要快速反應的開關量按其變位發生時間的先后順序進行事件順序記錄。

3）智能設備接口

智能設備接口是與站內RTU電度表的數據通信，包括有功電度和無功電度。每一條電度量的比例系統和偏移量可人工設置。可通過計算公式對某電度進行計算。用戶可自行設定峰、谷、平時段對電量進行分時累計。

4）信號輸入方式

①模擬量的輸入：間隔層測控單元可以直接采集母線直流電壓，也可以采集4～20mA或0～5V的直流量。其余電氣信號采用交流采樣，輸入CT、PT二次值，計算I、U、P、Q、f、cosΦ；對于要作合閘同期檢測的斷路器，采集同期電壓。交流采樣頻率為36點/周波，A/D變換14位。

②開關量的輸入：開關量信號以無源接點方式輸入。斷路器、隔離開關等要進行控制的設備，可取雙位置接點信號。開關量信號的電源電壓等級為DC110V。

③電能量的輸入：對于智能電度表可通過規約轉換器，采用串口通信來采集。

④對于微機繼電保護裝置、直流系統等智能設備信號，通過信息接口裝置，采用串行通信方式接入監控系統。對于不能用通信方式傳遞的信號，可以采用硬布線方式接入。

（2）報警處理

報警處理分兩種方式，一種是事故報警，另一種是預告報警。前者包括非操作引起的斷路器跳閘、保護裝置動作或偷跳信號。后者包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量越限報警、計算機站控系統的各個部件、間隔層單元的狀態異常等。報警顯示具有模擬光字牌分類告警畫面和確認功能。報警發生時，立即推出報警條文，伴以聲、光提示；對事故報警和預告報警其報警的聲音不同，且音量可調。報警發生、消除、確認用不同顏色表示。報警點可人工退出/恢復，報警信息可分時、分類、分組管理。報警狀態及限值可人工設置，報警條文可人工屏蔽，有消除抖動處理，避免誤報、多報。

1）事故報警

事故狀態發生時，公用事故報警器立即發出音響報警、CRT畫面上用顏色改變和閃爍表示該設備變位，同時顯示紅色報警條文，打印機可打印報警條文，數據轉發裝置向遠方控制中心發送報警信息。

事故報警通過手動或者自動方式確認，每次確認一次報警，自動確認事件可調，報警一旦確認，聲音、閃爍立即停止，報警條文顏色消失。向遠方控制中心發送信息，報警信息保存。

第一次事故報警發生階段，允許下一個報警信號輸入，第二次報警不覆蓋上一次報警的內容，并且重復聲光報警。

報警裝置能在任何時間進行手動試驗，在試驗階段不發遠動信號。

2）預告報警

預告報警發生時，其處理方式與事故報警處理相同外，只是音響和提示信息顏色區別于事故報警。

（3）事件順序記錄及事故追憶功能

當變電所的線路、母線、主變發生短路或接地故障，主變、電容器、電抗器本體等出現故障，引起保護及自動裝置動作，開關跳閘，產生事故總信號時，系統將把時間過程中各測點的動作順序，以毫秒級的分辨率正確記錄下來，進行顯示、打印和存儲，供事故分析、處理和查詢。每條信息有發生的時間、描述、動作狀態。系統將保存一年的事件順序記錄條文。SOE分辨率≤2ms。事件記錄信息還帶時標發送至調度中心。

1）開關量控制操作和同期檢測

開關量控制操作對象包括：斷路器、隔離開關、變壓器分接頭。

2）操作步驟

按“選擇-返校-執行”順序進行，每一操作確保操作的唯一性、合法性、安全性、正確性、完善性，操作過程及結果均保存。本系統支持單機單人遙控、單機雙人遙控和雙機雙人遙控，雙人雙機遙控時監護人須不同機。對于帶重合閘裝置的斷路器，分閘時閉鎖重合閘，合閘后解除閉鎖，該功能通過斷路器輔助操作箱完成。計算機控制邏輯能使所選的繼電器保持足夠時間的狀態，以便命令可靠執行，且保持的時間是可調的。

3）同期檢測

對于要求做同期檢測的斷路器，合閘時具有單相檢同期功能。

（4）在線計算及制表

1）在線計算

交流采樣后計算出電氣量一次值I、U、P、Q、f、cosΦ 以及Wh、Varh，并計算出日、月、年最大、最小值及出現的時間；電度累計值和分時段值（時段可任意設定）；日、月、年電壓合格率；功率總加，電能總加；變電所送入、送出負荷及電量平衡率；主變壓器的負荷率及損耗；斷路器的正常及事故跳閘次數、停用時間、月及年運行率等；變壓器的停用時間及次數；所用電率計算；安全運行天數累計；供計算的值可以是采集量、人工輸入量或前次計算量，計算結果返送數據庫，并能方便調用。

2）報表

生成實時值表、正點值表、變電所負荷運行日志表（值班表）、點能量表、向上級調度匯報表、交接班記錄、事件順序記錄一覽表、報警記錄一覽表、微機保護配置定值一覽表、主要設備參數表、開關量、模擬量、電度量實時值匯報表、自診斷報告、用戶自定義的其他報表。

3）輸出方式

輸出方式包括：實時及定時顯示；召喚及定時打印；可在就地監控主站上定義、修改、制作報表；報表按時間順序存儲，日報表可存儲18個月的數據，月報表和年報表可永久保存。

（5）圖形生成及顯示打印

1）顯示內容

顯示內容有：全所電氣主接線圖；分區及單元接線圖；光字牌圖；實時曲線及趨勢曲線；歷史曲線；棒圖（電壓和負荷監視）；報警圖（實時/歷史）；表格顯示（如設備運行參數表、各種報表等）；報告顯示；系統配置及運行工況圖；手控/程控/同期開關位置；二次保護配置圖，以及各套保護設備的投切情況，整定值等；直流系統圖、所用電系統圖；顯示時間和安全運行天數；值班員所需的多種技術文件。

2）輸出方式

圖形反映實時運行工況，圖形中包括電氣量實時值，設備運行狀態、潮流方向等。畫面上顯示的文字為中文。圖形和曲線可儲存及硬拷貝輸出，用戶可在線生成、制作、修改圖形，可定義各種動態聯接、標注文字（漢字）等。在一個主站上制作的圖形可送往其他主站。電壓棒圖及曲線的時標刻度，采樣周期可由用戶選擇。每幅圖形均標注有時間。

（6）與其他系統和設備接口

1）與繼電保護設備的接口

繼電保護裝置內部動作信號，按下列方式接入所內計算機監控系統：

對于微機保護裝置，采用數字通信方式接入計算機監控系統，通過串行口連接，經信息接口裝置規約轉換后上網。

計算機監控系統能收集微機保護的事件記錄及報警信息、查看和設定保護定值、投/退保護、對保護裝置校時。

計算機監控系統與其他廠家的微機保護通過保護管理機進行連接，建議采用RS485、IEC870-5-103規約。

10kV部分分散安裝在開關柜上，通過網關CSN031接入監控系統。

2）與其他智能設備的接口

計算機監控系統提供與直流、智能電度采集裝置等的接口，實現與它們之間的數據通訊。

（7）系統自診斷和自恢復

計算機監控系統能在線診斷系統全部軟件和硬件的運行工況，當發現異常及故障時能及時顯示和打印報警信息，并在運行工況圖上用不同顏色區分顯示。

系統自診斷的內容包括：各工作站、測控單元、I/O采集單元等的故障；外部設備故障；電源故障；系統時鐘同步故障；網絡通信及接口設備故障；軟件運行異常和故障；與遠方調度中心數據通訊故障；遠動通道故障。

系統自恢復的內容包括：當軟件運行異常時，自動恢復正常運行；當軟件發生死鎖時，自啟動并恢復正常運行；當系統發生軟、硬件故障時，備用設備能自動切換。

（8）維護功能

數據庫維護：本系統采用人-機交互方式對數據庫中的各個數據項進行修改和增刪。可修改的內容有:各數據項的編號；各數據項的文字描述；對開關量的狀態描述；各輸入量報警處理的定義；模擬量的各種限值，包括上下限、上上限、下下限、上極限和下極限；模擬量的采集周期；模擬量越限處理的死區；模擬量轉換的計算系數；開關量狀態正常、異常的定義；電能量計算的各種參數；輸出控制的各種參數；對多個開關量的邏輯運算定義等

（9）圖形畫面及報表在線處理

系統提供靈活方便的圖形畫面和報表的在線生成工具，具有在線生成、編輯、修改和定義圖形畫面與報表的功能。

（10）計算機監控系統的故障診斷

能對計算機監控系統的各個設備及網絡進行狀態檢查。通過在線自診斷確定故障發生的部位。檢查和診斷的結果可顯示與打印出來。

3 結論

坎頂變電站作為桐柏抽水蓄能電站廠用電的備用電源，監控系統具有配置簡單，故障率低等特點。通過光纖，將變電站監控系統中主要設備的狀態接入桐柏電站的全廠監控系統中，實現變電站的無人值守，實時監控。