淺析35kV變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

尹琪彬

（廣西省全州縣水利電業(yè)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，廣西全州541500）

淺析35kV變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究

尹琪彬

（廣西省全州縣水利電業(yè)有限公司生產(chǎn)技術(shù)部，廣西全州541500）

摘要：35kV變電站是整個(gè)縣級(jí)電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，其承擔(dān)著縣級(jí)電網(wǎng)中電能輸送、監(jiān)測(cè)、控制等任務(wù)。但是35kV變電站較為分散，調(diào)度管理中的實(shí)時(shí)性較差，加上管理人員不足，嚴(yán)重影響智能電網(wǎng)的發(fā)展。基于無人值守35kV變電站，設(shè)計(jì)了縣級(jí)電網(wǎng)變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了后臺(tái)系統(tǒng)和遙視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)很好地克服了傳統(tǒng)四遙系統(tǒng)中存在的問題，實(shí)現(xiàn)了變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)的功能。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；無人值守；變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)

1　引言

我國“十二五”規(guī)劃中重點(diǎn)提到了“智能電網(wǎng)”的建設(shè)，因此電力系統(tǒng)中的自動(dòng)化技術(shù)顯得尤為重要［1］。35kV變電站作為縣級(jí)電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著縣級(jí)電網(wǎng)中電能輸送、監(jiān)測(cè)、控制、管理等任務(wù)。

某縣變電站較為分散，工作人員較少且老齡化嚴(yán)重，如果繼續(xù)招聘新員工將會(huì)影響公司的整體效益，因此實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化控制成為必要。變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)是對(duì)變電站設(shè)備完善協(xié)調(diào)的一種現(xiàn)代化綜合管理系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)五遙功能，這樣不但降低了運(yùn)營成本而且提高了管理水平［2-3］。無人值守變電站指的是變電站沒有固定的運(yùn)行人員，只有個(gè)別的守衛(wèi)人員負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。真正意義上的無人值守變電站目前主要存在于西方國家，對(duì)于接線復(fù)雜的縣級(jí)電網(wǎng)來說，真正意義上的無人值守很難實(shí)現(xiàn)。

某縣35kV變電站大多建于十幾年前，軟硬件水平較低，且存在以下問題：

（1）輸變電一次設(shè)備的數(shù)字化接口很少，少數(shù)遠(yuǎn)動(dòng)子站的輸送仍采用電話線，這樣無法實(shí)現(xiàn)直采直送，降低了控制的可靠性；

（2）二次設(shè)備中存在許多傳統(tǒng)的小規(guī)模電路，這些電路往往不具備自檢能力，致使維護(hù)工作量很大，無法實(shí)現(xiàn)智能化；

（3）遠(yuǎn)動(dòng)裝置的內(nèi)存容量很低，無法給調(diào)度中心提供大量的信息，缺乏有效的調(diào)節(jié)手段，不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求；

（4）目前的自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)和遙信，但是還不能實(shí)現(xiàn)遙控、遙視、遙調(diào)。

2　系統(tǒng)組成

35kV變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則就是通過智能電網(wǎng)的理念，對(duì)整個(gè)縣級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行建模，得到安全可靠的設(shè)計(jì)方案，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

35kV變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)最重要的設(shè)備是集控站，其負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理等［4］。無人值守系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)相比增加了微機(jī)自動(dòng)巡視和跟蹤功能，其功能示意圖如圖1所示。

圖1　無人值守系統(tǒng)功能示意圖

受控子站主要包括測(cè)控通訊模塊、遠(yuǎn)動(dòng)通信模塊、微機(jī)五防模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、保護(hù)測(cè)控模塊、視頻監(jiān)控模塊等，由這些子站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、通信、終端控制等功能。這些受控子站的分布模式主要有：集中式、集中分布式、分散式三種［5］。

圖2　 CBZ8000自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

本文設(shè)計(jì)采用許繼集團(tuán)CBZ8000自動(dòng)化系統(tǒng)，其包括站控層、通訊層、裝置層三部分，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。整個(gè)系統(tǒng)采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不設(shè)置總控單元，測(cè)控單元均為模塊化結(jié)構(gòu)并采用分散式安裝。

本文以某縣級(jí)電網(wǎng)內(nèi)的20個(gè)變電站為研究對(duì)象，構(gòu)造無人值守自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在遙測(cè)和遙信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能。集控主站內(nèi)的電氣設(shè)備主要有接地裝置、35kV進(jìn)線、無功補(bǔ)償裝置、電源、主變壓器、6kV饋線等。

3　后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CBZ8000自動(dòng)化系統(tǒng)支持Windows XP操作系統(tǒng)，利用SQL Server 2000構(gòu)造數(shù)據(jù)庫，基于Visual Basic語言編制程序。實(shí)現(xiàn)無人值守自動(dòng)化模型，需要得到正確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析。節(jié)點(diǎn)與指路的關(guān)系通常用矩陣A表示［4-5］：

A＝［aij］n×n（i，j＝1，2，3，…n）

上式中n為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)aij=0代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間沒有直接相連；當(dāng)aij=1代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間直接相連。定義上述A矩陣為一級(jí)矩陣，則A2為二級(jí)矩陣，An為n-1級(jí)矩陣。

進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)前要完成登陸，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)不同的用戶組設(shè)置不同的權(quán)限。進(jìn)入登陸系統(tǒng)后就可以查詢各個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)，還可以查看整個(gè)變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，圖3即為直流遙測(cè)顯示。監(jiān)控系統(tǒng)還可以查看變壓器和進(jìn)線的調(diào)度，如：感性有功電度、感性無功電度、容性有功電度、容性無功電度等。

圖3　直流遙測(cè)系統(tǒng)顯示圖

變電站出現(xiàn)故障后，會(huì)彈出報(bào)警界面，同時(shí)記錄下超限值和發(fā)生故障的時(shí)間，工作人員需要查看上邊的提示，通過保護(hù)裝置進(jìn)行操作。例如，一條故障的提示如下：“遙信告警：2014-10-06 12:23:25 2014年10月06日12時(shí)23分25秒514毫秒，無功補(bǔ)償2WDR-821斷路器”。

本設(shè)計(jì)采用的終端設(shè)備是WYD-800系列RTU，由測(cè)控設(shè)備完成初始數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，經(jīng)以太網(wǎng)由終端設(shè)備傳輸?shù)郊卣尽］^以往系統(tǒng)相比，本次設(shè)計(jì)中改進(jìn)了微機(jī)五防操作系統(tǒng)，主機(jī)可以基于規(guī)則庫中是數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯對(duì)比，并生成相應(yīng)的操作程序。操作票專家系統(tǒng)設(shè)置了5種開票方式：圖形開票、專家?guī)扉_票、調(diào)用典型票、手工開票和歷史操作票。

4　遙視系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試

現(xiàn)有變電站一般都具有四遙系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上又增加了遙視系統(tǒng)，即遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：監(jiān)控35kV變電站變壓器和主要設(shè)備情況；對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)報(bào)警；對(duì)門禁情況進(jìn)行中心控制；輔助電力生產(chǎn)減少工作量。變電站遙視系統(tǒng)設(shè)備主要有可控?cái)z像機(jī)、煙霧傳感器、紅外傳感器、電源、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器等，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4［6］。

中心監(jiān)控服務(wù)器是本系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著工作人員與前端設(shè)備聯(lián)絡(luò)的任務(wù)。其可以完成服務(wù)器模塊管理、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置、身份認(rèn)證、權(quán)限管理、視頻設(shè)備管理、鏡頭分組、報(bào)警和聯(lián)動(dòng)、中心錄像、數(shù)據(jù)檢索、電子地圖等功能。

圖4　變電站遙視系統(tǒng)示意圖

遙視系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，工作人員可以在集控站對(duì)變電站受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視，實(shí)現(xiàn)無人值守變電站的自動(dòng)控制功能。結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)球形攝像機(jī)，本系統(tǒng)中子站采用的設(shè)備清單見表1。

表1　子站采用的設(shè)備清單

35 kV紹水變電站作為受控子站時(shí)的視頻攝像布置圖如圖5所示。

圖5　受控子站視頻攝像布置圖

圖5中，測(cè)點(diǎn)1、2、4安裝紅外監(jiān)控云臺(tái)NP 9018，測(cè)點(diǎn)3安裝三星SCC643AP一體機(jī)。測(cè)點(diǎn)1負(fù)責(zé)監(jiān)控2號(hào)變壓器的油溫；測(cè)點(diǎn)2負(fù)責(zé)監(jiān)控2號(hào)變壓器附屬設(shè)備；測(cè)點(diǎn)3負(fù)責(zé)監(jiān)控2號(hào)變壓器整體；測(cè)點(diǎn)4負(fù)責(zé)監(jiān)控門禁系統(tǒng)。通過中心服務(wù)器可以選擇觀看各個(gè)測(cè)點(diǎn)情況，測(cè)點(diǎn)可以接收現(xiàn)場(chǎng)的溫度、紅外線、煙霧等情況并與報(bào)警器聯(lián)動(dòng)。集控站可以遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)的燈光、報(bào)警器、滅火器等設(shè)備，這樣通過集控站就可以完成35kV變電站的市場(chǎng)巡檢工作。

5　結(jié)束語

基于某縣的20臺(tái)35kV變電站無人值守問題，設(shè)計(jì)了縣級(jí)電網(wǎng)變電站無人值守自動(dòng)化系統(tǒng)。首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)組成進(jìn)行了介紹，隨后重點(diǎn)研究了后臺(tái)系統(tǒng)和遙視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，改進(jìn)的系統(tǒng)可以自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣，能夠大大提升工作效率。該系統(tǒng)很好地克服了傳統(tǒng)四遙系統(tǒng)中存在的問題，并在此基礎(chǔ)上增加了遙視系統(tǒng)，工作人員可以在集控站內(nèi)對(duì)變電站受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視。

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Design and research on 35 kV unattended substation automation system

YIN Qi－bin

（Quanzhou Water Conservancy Electric Power Co.，Ltd.，Quanzhou 541500，China）

Abstract：The 35 kV substation is the important node of the whole county electricity grid，which bears the tasks of the electrical power transmission，monitoring control etc.Since the 35 kV substations are relatively fragmented，poor real－time management and lack of management personnel，the development of the intelligent electricity grid is seriously affected and restricted.Based on the unattended 35 kV substation，the 35 kV unattended substation automation system for the county level electricity power grid is designed and researched.The background operation system and the remote monitoring system are mainly studied.It overcomes the problems that exist in the traditional four－remote control system.It is hoped to provide help and reference for implementation of the unattended substation automation systems in future.

Key words：intelligent electricity grid；unattended；substation；automation system

中圖分類號(hào)：TM08

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005—7277（2015）05—0052—03

作者簡介：

尹琪彬（1972－），男，漢族，廣西全州人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。

收稿日期：2014－10－20