芻議變電站電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計

楊善珍

（國網(wǎng)將樂縣供電公司）

1 引言

變電站自動化是電氣系統(tǒng)一個最重要的組成部分，是保證供電網(wǎng)絡(luò)安全運行的重要技術(shù)手段。隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、遠程控制技術(shù)以及數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展并與電力技術(shù)的相互融入，現(xiàn)代化的變電站自動化系統(tǒng)能夠能夠?qū)崿F(xiàn)對電力運行的控制、監(jiān)測、保護以及通訊為一體的高度綜合化的運行系統(tǒng)，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)生活對變電站的全新需求。

近年來，我國科技生產(chǎn)水平急速上升，國內(nèi)許多生產(chǎn)商已經(jīng)初步能夠提供較為成熟的可用于變電站自動化系統(tǒng)建設(shè)的產(chǎn)品，這也使得變電站電氣自動化設(shè)計具有可行性，例如：近期福建省電力有限公司調(diào)控IES600 系統(tǒng)推行保護信息子站建設(shè)、遠方修改定值系統(tǒng)等，都是變電站自動化的實際應(yīng)用。由于變電站保護綜自廠家產(chǎn)品參差不齊，也正是因為初步發(fā)展，從實踐結(jié)果看來還是存在一定的問題，例如跨廠家產(chǎn)品通訊規(guī)約不一致、維護困難、變電站遠動機數(shù)據(jù)處理能力不高、系統(tǒng)綜合化指標性能較低，需要進一步的完善。

本文主要論述了變電站電氣自動化設(shè)計、綜合設(shè)計的相關(guān)內(nèi)容和原則以及本電力公司的實際應(yīng)用情況，為變電所工程設(shè)計工作提出一些參考。

2 變電站電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計原則及應(yīng)用

目前，在我國國內(nèi)對于變電站電氣自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則通常有兩個方向：①主張電網(wǎng)調(diào)度的自動化與電氣設(shè)備的相互獨立，充分利用遠動數(shù)據(jù)采集和控制技術(shù)，同時實現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控。②主張將電網(wǎng)調(diào)度與電氣設(shè)備結(jié)合在一起進行充分的保護與控制，主要采用微機保護技術(shù)實現(xiàn)對電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的采集和控制。但從目前我國的相關(guān)管理方法、設(shè)備、技術(shù)的發(fā)展狀況來看，第一種設(shè)計原則要更為符合我國變電站的實際情況，因此，本文所提出來的變電站電氣自動化設(shè)計都是基于這種主張之上的。

2.1 一次系統(tǒng)設(shè)計原則

實現(xiàn)站內(nèi)的監(jiān)測與控制后，實際上對于原有的變電站的一次系統(tǒng)的接線情況沒有任何的影響，因此，在一次系統(tǒng)接線過程中應(yīng)該仍舊按照原有變電設(shè)計標準方案進行設(shè)計，供電方案也參照原有方案標準。變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后，應(yīng)發(fā)揮計算機的圖形顯示功能，并通過計算機一次接線圖實現(xiàn)一次設(shè)備的遙控、遙測、遙調(diào)、遙信的“四遙”功能，同時通過計算機微機防誤系統(tǒng)的程序設(shè)置來防止變電站操作人員的誤操作行為，以后臺監(jiān)控計算機來取代了原先的模擬盤。這樣一來，實現(xiàn)變電站的無人值班也具有一定的可行性，可以大大的減少值班室所占有的空間，可以進一步精簡人員，節(jié)約成本。

對于一次系統(tǒng)的電氣接線設(shè)計包含以下幾個方面：主接線方式不變，在單線系統(tǒng)圖的設(shè)備型號說明中應(yīng)注明采用計算機監(jiān)測與控制系統(tǒng)后所增加的設(shè)備數(shù)量與型號，如電量變送器，電力監(jiān)控器等；開關(guān)設(shè)計為自動開關(guān)，并且具有一定的遠程控制功能，也就是說，開關(guān)的運行狀態(tài)要納入到計算機的監(jiān)控系統(tǒng)中，一般要有一對獨立的常開接點引入計算機監(jiān)測與控制系統(tǒng)。低壓自動開關(guān)的型號設(shè)計時一定要注意滿足這一要求，多選一對常開輔助接點。

目前，將樂供電公司所轄的12 座變電站均實現(xiàn)了無人值班，為了更好的監(jiān)控變電站的運行情況，2015年公司加快了變電站安消防集中監(jiān)控的建設(shè)并納入調(diào)控中心進行集中監(jiān)控。這為變電站無人值班奠定基礎(chǔ)。

2.2 二次系統(tǒng)設(shè)計原則

二次系統(tǒng)包含了監(jiān)控、通信、遠動以及保護等系統(tǒng)，區(qū)別于電氣一次系統(tǒng)，因此，需要對二次系統(tǒng)進行各項的專項設(shè)計，包括對系統(tǒng)直流系統(tǒng)、站內(nèi)元件保護、監(jiān)控、遠動等各個細部的要求進行專門的設(shè)計。

二次系統(tǒng)的設(shè)計對于實現(xiàn)電氣系統(tǒng)的自動化有著至關(guān)重要的作用，二次系統(tǒng)設(shè)計包含以下幾種形式：

（1）在一次系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上設(shè)計一套開關(guān)柜內(nèi)繼電保護重復的信號、計量與回路控制，但必須保證原有設(shè)計不受到影響。

（2）保持開關(guān)柜內(nèi)的繼電保護，計量，信號與控制回路設(shè)計不變，但取消掉信號的計量的控制，集中保護的繼電保護屏，再將計量，信號與控制回路進入計算機監(jiān)測與控制系統(tǒng)。

（3）保持開關(guān)柜內(nèi)的繼電保護，計量，信號與控制回路設(shè)計不變，值班室的信號系統(tǒng)中所有的開關(guān)不進入到重要信號系統(tǒng)之中，而電源母線開關(guān)柜及所有出線開關(guān)柜的中央信號系統(tǒng)（信號、計量與控制）全部進入計算機監(jiān)測與控制系統(tǒng)。

2.3 回路設(shè)計

回路設(shè)計也是電氣自動化系統(tǒng)設(shè)計中較為重要的一個部分，主要的回路設(shè)計包含有測量回路設(shè)計、控制回路設(shè)計以及信號回路設(shè)計。

測量回路設(shè)計：測量參數(shù)根據(jù)不同變電站的不同需求用戶自行設(shè)定，測量回路的主要目的是完成對整個電氣自動化系統(tǒng)各個數(shù)值的測量。由于實現(xiàn)了測量的自動化，監(jiān)控單元均為交流采樣，電量變送器可以從整個系統(tǒng)中除去，繼而可以取消掉開關(guān)柜上的儀表測量。在設(shè)計過程中要優(yōu)先的選用自帶供電電源的有源型，輸出為隔離型的脈沖電度表。電流回路電纜接線一般取4mm2銅芯電纜、電壓測量回路接線一般2.5mm2銅芯電纜。

控制回路設(shè)計：為實現(xiàn)對開關(guān)柜的遠程合分開關(guān)閘的功能，需要將繼電器監(jiān)測和控制的輸出接點并入開關(guān)柜上的合分閘開關(guān)上，同時還應(yīng)該設(shè)計遠程自動合分開關(guān)閘功能與手動開關(guān)之間的轉(zhuǎn)換方式，目前一般設(shè)計為在開關(guān)柜上柜門處設(shè)置“遠方/就地”切換把手硬接點信號通過保護裝置上傳至遠動機，對于10kV及以上的供配電系統(tǒng)進行控制回路設(shè)計時，應(yīng)取消控制開關(guān)的對應(yīng)接線，選用控制按鈕。對于所有監(jiān)控體系中的所有手動開關(guān)閘或者按鈕都應(yīng)該接入到計算機監(jiān)控中某一個獨立的點中，當人工操作過程中，能夠產(chǎn)生一個開關(guān)的輸入信號，避免信號的重復和沖突或者是誤報。控制回路接線一般取2.5mm2銅芯電纜。

信號回路設(shè)計：信號回路中的信號地線需要與所有的常開接點連接，除了交流系統(tǒng)之外任何與監(jiān)測、控制以及計算機相關(guān)的開關(guān)狀態(tài)，其常開接點需要接入到計算機。任何信號繼電器應(yīng)該有一對常開接點接入控制系統(tǒng)。信號回路接線一般取1.5mm2銅芯電纜。

3 變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

3.1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能與優(yōu)點

變電站綜合自動化系統(tǒng)將會實現(xiàn)電網(wǎng)運行過程中對電氣系統(tǒng)的最優(yōu)運行方案，并且能夠進一步的提升電網(wǎng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。其主要功能有：對電氣設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)控；自動保護機制，發(fā)生事故能夠迅速切斷故障；對高壓電氣設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控。

自動化系統(tǒng)的優(yōu)點主要體現(xiàn)以下幾個方面：①明顯的提升了變電站電網(wǎng)負載能力，提高了變電站的運行的穩(wěn)定性，例如：保護裝置低頻減載、備自投聯(lián)切負荷等功能。②提升了變電站的電壓合格率，提升了供電質(zhì)量，例如：AVC 自動調(diào)壓的應(yīng)用。③有效的減少了普通變電站的占地面積，提升了資源利用率，節(jié)能環(huán)保。④降低了人工操作頻率，減少了工作人員的人力勞動。

3.2 結(jié)構(gòu)形式設(shè)計

變電站綜合自動化系統(tǒng)可分為集中式、分層分布式、分散與集中結(jié)合式、完全分散式等結(jié)構(gòu)形式。在不同的條件下應(yīng)予以不同的結(jié)構(gòu)方式設(shè)計。目前我公司所轄變電站自動化系統(tǒng)均采用分層分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3.2.1 集中式結(jié)構(gòu)

集中式結(jié)構(gòu)的“集中”是指在數(shù)據(jù)的采集、計算與處理的集中，主要依靠于不同的PC 設(shè)備通過外圍接口擴展實現(xiàn)監(jiān)控和保護。這種集中式的結(jié)構(gòu)的所有功能并不是集中由一臺PC 設(shè)備控制的，往往是由多臺PC 組成的。這種結(jié)構(gòu)的控制優(yōu)點在于利用了電壓互感器以及電流互感器實現(xiàn)了對變電站內(nèi)的電氣設(shè)備的運行狀態(tài)傳送，并與主要計算機進行通信和數(shù)據(jù)傳輸，在這結(jié)構(gòu)下，值班人員可以在主計算機端口來操作站點內(nèi)的電氣設(shè)備，同時系統(tǒng)具有很強的自動保護和恢復功能。相對而言，這種結(jié)構(gòu)式的設(shè)計相對簡單，所采用的設(shè)備較為普遍，維護技術(shù)也相對簡單，十分適合小型變電站綜合化改造或者新建小型變電站。

3.2.2 分層分布式結(jié)構(gòu)

將變電站信息量的采集和控制分為管理層、站控層和間隔層三層布置的結(jié)構(gòu)形式被稱為分層式結(jié)構(gòu)。其分層分布指的是管理層級的分層以及通信的分布，通信主要采用了主從CPU 的形式，利用多個CPU 之間的串行提高系統(tǒng)的處理能力。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)勢在于使系統(tǒng)配合靈活，擴展方便有效的提升了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性，內(nèi)部靈活性高，同時處理器的分布式處理，可以分散主控機的處理負載，繼而進一步的保護主控，與此同時，多個CPU 的串行設(shè)計能夠使得各個層級能夠與主控中心實現(xiàn)通信，而不需要單獨的為調(diào)度中心進行單獨的數(shù)據(jù)采集，提高了工作的便捷性。間隔層分布式保護測控單元直接配置到每個配電間隔，節(jié)約了大量的信號線與控制線，減輕了CT 負擔，減少了設(shè)計、安裝和調(diào)試的工作量，縮短了投運周期。

3.2.3 分散與集中結(jié)合式

分散于集中結(jié)合式的結(jié)構(gòu)設(shè)計使得變電站的自動化網(wǎng)絡(luò)能夠具備兩種設(shè)計單獨使用時候的優(yōu)點，同時還具備一些明顯的優(yōu)勢。例如低壓配電線路的保護釆用分散式的結(jié)構(gòu)，就地安裝，能夠節(jié)約大量的控制電纜。同時還簡化了變電站的二次系統(tǒng)的相關(guān)配置，有效節(jié)省資金，對高壓線路以及變壓器的集中組屏，并放置在主控室中，利用PCI 總線技術(shù)進行數(shù)據(jù)交換，有效提升裝置的可靠性，避免一些事故。

4 結(jié)束語

變電站電氣自動化的實現(xiàn)，是為了進一步實現(xiàn)整個變電站以及電網(wǎng)運行的自動化，能夠進一步的提升供電穩(wěn)定性，同時能夠節(jié)省運維成本，提升變電站的經(jīng)濟效益。雖然自動化技術(shù)在我國變電站的應(yīng)用才處于起步狀態(tài)，但隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷提高，相信未來我國的的變電站自動化技術(shù)必將日趨完善，形成更加智能化、自動化的電網(wǎng)運行模式。

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