淺談綜合自動化變電站主變壓器的保護與監控

主變壓器（簡稱主變）是變電站的核心設備，它的安全運行直接關系到整個變電站的正?？煽窟\行，因此，綜合自動化系統中變壓器的保護與監控具有十分重要的作用，應給予充分的重視。本文闡述了CSC2000變電站綜合自動化系統的網絡結構與特點，提出了該系統中主變壓器繼電保護模塊、監控系統和事件記錄系統的設計原則，并詳細分析了各功能系統的原理、實現方法和相互關系。

一、CSC2000變電站綜合自動化系統

CSC2000變電站綜合自動化系統按分層分布式結構設計，分為變電站層和間隔層（參見圖1）。

間隔層按一次設備（一臺主變，一條線路）分布式配置。各間隔內的設備相對獨立，僅通過站內通信網互聯，并同變電站層的設備通信。間隔層一般包括測量和控制設備，負責相應間隔線路或變壓器的參數測量狀態監視和斷路器刀閘的控制、聯鎖；保護裝置在相應線路或主變故障或異常時動作。間隔層還包括一些其它智能裝置，如故障記錄裝置和備用電源自投裝置等。間隔層的裝置或設備均通過常規二次電纜同開關場的一次設備相連。

變電站層也采用分布式結構，包括當地監控PC機、遠動通信接口和用于專業管理的工程師站PC機以及專用設備網絡主站1—主站3。當地監控和遠動接口相互獨立。

主站1和主站2完全相同，稱為監控主站。它一方面作為當地監控和遠動系統與站內局域網Lonworks的網絡接口，另一方面設有一個實時數據庫，存放著全站各測點的模擬量和狀態量，通過通信接口與當地或遠方監控計算機通信。早期主站與當地監控PC機通信接口為串行RS232方式，最新設計的主站已采用Echelon公司的最新技術，將主站直接放在監控PC機內，通過PC機內總線交換數據，增強了可靠性和實時性。

主站3是工程師站，有兩個Lonworks接口，分別接至錄波專用網和監控網，當地PC機可迅速將分散在各保護裝置中的錄波插件的記錄數據存盤并進行波形顯示和計算分析等工作，它還通過Modem接至公用電話網，從而可利用PC機在遠方同網上任一元件通信或調取錄波記錄。工程師站主要為專業管理人員設計，不允許一般人員進行任何操作。

CSC2000系統設計了兩個獨立的網絡，一是監控主網，另一個是故障錄波專用網。網絡是專用于測控領域的局域網Lonworks技術（其核心技術是Neuron芯片），采用傳輸速率為78kbit/s—1.25mbit/s的雙絞線總線網。變電站層通過網絡同各間隔層通信，收集由各間隔層接點采集的各種信息和事件報文，以及下達控制命令等。另外對于220kV及以上電壓的樞紐變電所，為了提高可靠性，設置雙重化的監控網，重要的間隔層設備也設置了雙網接口，可同時接至兩個雙絞線網。

二、主變壓器保護與監控的設計原則

1、繼電保護功能相對獨立

由于繼電保護在保證電網安全穩定地動行方面起著特殊的重要作用，綜合自動化系統絕不能降低繼電保護的可靠性，CSC2000中的保護裝置不是專為綜合自動化環境設計的，而是立足于常規應用環境，兼顧綜合自動化的特殊要求。系統中繼電保護按被保護的電力設備單元（間隔）分別獨立設置，保護所需的電流電壓量直接從相關的TA和TV二次線圈引入。保護邏輯判斷所需的各種開關量也是獨立引人。保護還設有獨立的跳合閘回路、相應的保護投退及出口壓板。面板只顯示必要的動作信號和告警信號，同時可經打印機直接打印。

總之，保證繼電保護功能完全不依賴站內通信網、當地監控或遠動系統。

2、主變壓器保護中的綜合自動化功能

（1）為滿足綜合自動化功能要求，主變保護加強了網絡通信功能，每套裝置中均裝設了兩個Neuron芯片，可能同時連接兩個Lonworks雙絞線網。（2）保護動作后可上送動作事件或各告警的SOE報文，以滿足遠動要求。（3）具有遠方召喚保護定值、壓板狀態以及動作報告的功能。但對主變保護，目前暫不設遠方修改定值的功能。（4）每一保護或智能裝置在網絡中都作為一個網絡節點，各裝置定時上送狀態報文，以檢驗該網絡節點通信的異常情況。

3、獨立的主變壓器本體保護

按照“反措”要求，主變本體保護獨立設置。其作用是本體開關量輸入經重動繼電器重動后，給出跳閘接點和信號接點，對非綜合自動化系統，這些信號接點引至主變斷路器控制單元的遙信開入端以便通過網絡上報。

4、獨立的斷路器控制單元

主變的遙控的執行元件都在相應間隔分散裝設，這樣可以簡化站內二次電纜，對主變壓器，這些功能不考慮由該間隔的保護裝置來兼顧完成，而是設置一個獨立的斷路器控制單元。

5、專設的測量單元

低壓配電線路保護都同時具有測量功能。但對變壓器，則通過在電能表屏上裝設的專用測量裝置計算主變各側的電流、電壓、有功、無功和頻率等，并上送給網絡，這是由于主變各側均屬重要測點，應該保證其測量精度。

6、分散式錄波功能

主變保護配置專用錄波插件，記錄主變各側的電流量和開關量，并通過專用高速通信網送至一個全站公用的專用于錄波的PC機存盤。這種記錄方式可以減少硬件重復，簡化所內二次電纜，并可互為備用。

7、網絡實現有載調壓

網絡主站自動根據從通信網獲得的電壓和功率因數以及系統狀況，進行分析和決策，并通過通信網由斷路器控制單元執行調壓控制。

三、主變壓器保護與監控的構成與實現

圖2表示了間隔層主變間隔中保護、監控和測量的實現框圖。

1、主變壓器保護CST。為了不使保護裝置處復雜化而降低可靠性，主變保護裝置不兼顧遙測、遙信和遙控任務。保護配置可根據電壓等級及重要性程度，在CST100A或CST200A系列中選用，它們有多種型號以滿足不同要求，每個裝置都帶有Lonworks接口。主保護與后備保護均由互相獨立的CPU承擔。保護功能配置隨電壓等級的不同而有所不同。雙重化配置的主保護可選不同的保護原理。保護的動作事件報告及SOE報文可直接上送監控網絡，以提供給當地監控PC機和遠動主站。動作事件報告包括跳閘時間、跳閘元件、故障相別、短路電流及跳閘時刻故障波形。裝置內部自檢，并提供出錯信息。監控主站廣播方式通過監控網絡與各保護裝置及智能裝置對時，保護的定值及壓板狀態可通過召喚送至網上。但考慮到主變的運行方式比較穩定，同時考慮其可靠性，均未設置定值的遠方修改及軟壓板的設置、投退功能。裝置面板實時顯示各相電流、電壓及有功、無功、頻率的一次值。保護裝置內設有獨立的專用故障錄波插件，可記錄主變各側的各相電流、電壓量和相關動作出口的開關量。記錄數據可通過專用錄波網絡送到工程師站PC機予以存儲和分析。故障記錄可按分段或不分段方式記錄。還沒有保護動作閉鎖備自投和過負荷閉鎖有載調壓功能。

2、本體保護CSR。獨立完成主變的所有本體開關量保護，重瓦斯等信號經跳閘繼電器跳閘，輊瓦斯等告警信號經重動繼電器給出中央信號和遠動信號，這些遠動信號均可進入斷路器控制單無作為遙信送到網上。

3、斷路器控制單元CSI。CSI301A專為主變壓器設計，作為分布式的遙信和遙控單元，主要實現以下功能：（1）實現主變間隔內即主變各側各開關和刀閘的狀態遙信功能，所有狀態輸入可以作為單獨的遙信輸入，也可作為SOE事件輸入。同時還可將刀閘、斷路器輸入狀態作為遙控條件，用于控制斷路器、刀閘及刀閘操作電源。（2）對變壓器各側斷路器及其周圍刀閘進行可編程遙控操作，可實現本間隔范圍內的防誤操作閉鎖。（3）設有變本體保護的遙信輸入端，可接入CSR的本體動作和告警遠動信號，這些信號通過本裝置上通信網。（4）對變壓器有載調壓裝置設有接口，即具有有載調壓的控制接點和反映調壓分接頭的狀態輸入。調壓主站接收專用測量裝置測得的母線電壓、變壓器輸出的有功功率、無功功率及電流值和CSI提供的主變調壓分接頭位置，以此判斷變壓器輸出的電壓及功率因數是否在規定范圍內，并通過CSI調節變壓器分接頭位置，或通過電容器保護投切電容器。（5）設有刀閘和斷路器的“遠方控制投入”開入量端子，以便就地操作時，閉鎖由監控網傳來的遠方操作命令。

4、測量單元CSD。CSD22A集中式測量裝置，可以實現兩臺主變各側的三相電流、三相電壓、功率因數及有功功率和無功功率的測量。還可記錄各側的有功和無功脈沖電能表脈沖數，將其送至網上。由于電壓、電流量均從TV和TA引入，因此可保證其測量精度。

CSD12A集中式遙測、遙信、遙控裝置，設有同熱電偶接口的測溫輸入端子，用于測量主變油箱溫度等。

四、結語

按照本文所述設計原則構建的主要變壓器間隔保護、監控和測量單元，應于于CSC2000變電站綜合自動化系統。該系統已經過幾十個綜合自動化變電站運行的考驗，證明設計合理，運行穩定可靠。隨著綜合自動化技術經驗的不斷積累、豐富，還將進一步改進和完善設計思想，以滿足變電站綜合自動化不斷發展的需要。