變電站綜合自動化系統的設計和研究

孫勤，馮偉（四川省電力公司南充供電公司，四川 南充637000）

變電站綜合自動化系統的設計和研究

孫勤，馮偉（四川省電力公司南充供電公司，四川 南充637000）

變電站綜合自動化技術將是電網未來的發展趨勢，伴隨著電網改造的深入，絕大部分變電站都將要進行綜合自動化改造實現變電所的綜合自動化，進而實現無人值班，減輕人員緊缺壓力，使企業的經濟效益得到提升。通過對變電站綜合自動化系統的了解，本文主要完成了以下幾方面工作：①了解變電站綜合自動化系統的發展情況及未來的發展趨勢；②通過對比幾種綜合自動化系統的結構，確定分層分布式的結構設計進行變電站綜合自動化系統的部分結構設計，對繼電保護算法進行比較后選定變電站微機繼電保護系統技術原則；③對數據采集系統的選定進行了詳細介紹。

變電站綜合系統化；繼電保護；系統

引言

變電站綜合自動化系統是由大規模集成電路和計算機構成的，它的主要作用就是代替以往的控制屏、中央信號系統等設備，通過微機保護取代以往的繼電保護屏，從而解決常規的繼電保護裝置無法與外界通信的問題。當前國內外變電站綜合自動化系統的結構按照其設計思想可以范圍集中式、分布式、分散分布式集中。計算機網絡通訊技術和微機實時技術在電力系統變電站自動化系統中的應用，為進一步提高變電站的自動化水平開辟了新的途徑。建立一個監視自動化、實時信息共享、管理信息化的變電站綜合系統已經是未來的發展走勢。

變電站綜合自動化技術在多年發展以后已經達到一定技術水平，在電網改造與建設時，中低壓變電站可以實現無人值守，使得電網建設變得越來越現代化，因而變電站建設的總體成本有所降低。但是現有的綜合變電站自動化系統仍存在許多問題，諸如：油浸式電流互感器的爆炸會使得變電站一次設備收到較大損壞；剩磁問題的存在給繼電保護的設計帶來很大困難；電容式電壓互感器的暫態特點是可能造成迅速保護的誤動作等等一些方面。

1 變電站綜合自動化系統的設計

1.1 變電站綜合自動化系統設計原則

變電站綜合自動化的基礎是由數據采集與控制系統、繼電保護系統和站用電源系統三大單元組成的。通信控制系統是橋梁，他將變電站內部各系統之間、變電站與調度中心聯系起來，使他們之間的數據可以相互交換。該變電站計算機監控系統，做好了全變電站系統的協調與控制、管理，向運行操作人員提供變電站運行中各種數據、接線圖及表格等畫面，使操作員能夠控制遙控斷路器，同時也提供了維護和操作人員在監控、控制自動化系統裝置技術措施；按照操作人員命令或預先設計好的程序完成各種復雜的操作。通訊控制部分連接系統的各個部分，承擔命令和數據的傳遞，在整個過程中進行控制、管理、協調；繼電保護、自動化裝置肩負著電氣設備和系統的安全；對于站用電源系統，全站直流、通信、交流等電源都需要引入一體化設計、監控與配置，其中運行工作情況以及相關的專業數據都可以通過相關系統顯示出來，并且采用標準化的格式錄入到相關系統當中。

1.2 變電站計算機監控系統技術原則

1.2.1 變電站計算機監控系統設計原則

要提高變電站安全生產水平、供電質量和技術管理水平，使變電站運行方便、維護簡單，提高勞動生產率和運營效益，實現減人增效的目的，減少二次設備間的連線，節約控制電纜，整合變電站設備的配置，防止設備重復配置，達到資源共享的目的，減小變電站占地面積，壓縮工程造價。

變電站計算機監控系統在選型時要做到可靠、安全、經濟實用、技術先進和符合現有國情。應采用具備開放性、抗干擾性強、可擴充性、成熟且可靠的產品；能夠實現對變電站實用、可靠、完善的監視、控制和測量，并且具備遙測、遙控、遙調、遙信等全部的運動功能，具有與調度通信中心計算機系統交換信息的能力。

1.2.2 變電站計算機監控系統構成

變電站計算機監控系統可以劃分為站控層和間隔層，同時通過引入分層、開放式網絡系統等實現了彼此互聯。控制層則是由計算機監控系統、操作員站和各個功能站構成，提供人機界面、管理和控制，并與調度中心通信。間隔層由一個由公制網絡和計算機網絡連接的監控子系統共同組成的。在站控制層和網絡存在故障時，可以進行空間設備的現場監控。站控層與間隔層一般直接連接，也可通過前置設備進行連接。

1.3 變電站綜合自動化系統的設計結構

1.3.1 系統網絡結構

變電站自動化系統使用的是開放式的分層布式系統，使用的是“三層一網”結構，即間隔層、站控層、過程層，“一網”指站控層網。

1.3.2 系統網絡功能

變電站的計算機監控系統主要應用分布式網絡機制，以及相應的協議是IP協議。網絡、站控層、網絡媒體可以使用總線網絡、雙絞線或者光纖、單一網絡結構。監控系統的構成，可以有效實現設備的測控、測量、監控和可靠性、完整性和合理性。此外還具有運動功能，包括遠程測量、遠程通信、遠程調控及與監控中心實現信息的實時交換等。

2 變電站綜合自動化系統數據采集

2.1 檢測、控制對象

變電站綜合自動化系統的監測和控制對象包括：①各線路中的斷路和不同等級的隔離開關，以及一些接地開關等；②主變壓器的分接頭調節及10kV無功補償裝置自動投切；③直流電源和UPS及其他備用裝置；④變電站內的控制系統和備用電源；⑤通信裝置和電源，及其發送的信號；⑥監控與報警單元發送的信號。

檢測量包括以下幾部分：①110kV線路三相電流、三相電壓、有功功率和無功功率；②110kV橋開關斷路電氣三相電流；③10kV線路、接地變出線三相電流、無功率；④主變壓器高、低壓側三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率；⑤消弧線圈另序電流；⑥主變壓器上層油溫、繞阻溫度；⑦充電進線電流、電壓；⑧浮充電進線電流、電壓；⑨直流絕緣監視：正對滴電壓、負對地電壓；⑩室外溫度和二次設備室溫度。

2.2 系統功能說明及性能指標

110kV間隔：

保護功能：110kV變電站的進線端一般不配置保護裝置，因為上一級已經可設置了保護裝置，當然也可以由主變后備機芯保護，可以根據需要來選擇。

測控功能：通過數字斷路器對住變進行測量，其功能如下：

遙測量：Ⅰa、Ⅰb、各種電壓電流量和功率因素等；

遙控量：8路開出；

遙信量：16組220V/110V開入量；

自動控制功能：專門提供HSB5620備用電源自投裝置，來實現控制功能。

2.3 數據的采集與處理

對生產單元的各種模擬量數字量和非電氣量信號采集并處理，這可以通過中間層采集單元進行。生產過程中涉及的設備主要包括TA、TV、直流系統、以及各種變換系統。處理采集到的信號，主要是過濾波檢查其有效性并消除一些干擾。本系統采用的數據庫結構是分布式的，這樣可以方便進行數據處理，其中模擬量和開關量的采集方式有差別，前者采用交流采方式。后一種方式采集到的信號沒有點抖動問題，因而大多數會選擇次方法進行采集。

2.4 統計計算

系統可以對采集到的數據信息進行統計計算這些需要計算的數據很多，其中一些主要的常用的有各項功率，電壓電流和負荷。此外還包括一些計算量，如最大最小值和其出現時間，日期。此外還包括一些邏輯值及其運算，如設備狀態和開關狀態，還提供一些標準計算函數，可以利用這些函數進行統計分析，對于不同類型的工程要選擇適合的算法進行運算。

3 變電站微機繼電保護系統

3.1 微機保護基礎概述

繼電保護技術是實踐性很強的工程類科學。高頻保護、光釬保護、微波保護就是電子技術、通信技術、計算機技術發展的反映。20世紀下半葉，計算機通信技術的發展對社會各行業都產生了巨大的影響，繼電保護也不例外。在20世紀60年代末，一些研究人員設想用計算機來進行繼電保護，受到此種啟發之后很多學者開始試圖對實現此種保護的算法進行設計與研究。正是在送一基礎上才在隨后幾年內出現了小型的微機繼電保護裝置。隨后經過幾年的發展，送種保護裝置已經得到成熟與完善，其中一些已經投入到系統中并得到了較好的應用效果。隨后受到軟件快速發展的推動，送種微機繼電保護裝置并在一些國家各方面性能也得了不斷的提升，其中最主要的就是可W實現智能遠程控制，這樣為其應用范圍的進一步擴大奠定了基礎。

3.2 變電站微機繼電保護系統技術原則

（1）對雙端有電源或雙回線并列運行的沒回110、35kV線路兩側各配置一套符合要求的零序電流方向保護裝置，后備保護采用遠后備方式。

（2）對于單側電源線路、110kV線路的電源側各配置一套階段式相間距離、接地距離及零序電流方向保護，35kV線路的電源側僅需配置一套電流保護。

（3）對于電廠出線或較重要的110kV聯絡線，可配置微機型光釬差動保護或高頻閉鎖距離保護。

（4）電纜長度小于5km的架空短線路，應該根據需要設置專門的符合保護。

4 結論

隨著經濟的快速發展，城市對電網供電質量及運行可靠性的要求越來越高，變電站的作用越來越重要。本文闡述了變電站綜合自動化系統工程設計技術以及自動化系統中計算機監控技術和繼電保護及自動裝置設計技術。

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[3]汪秀麗.數字化變電站綜述[J].水利電力科技，2007，33（2）：7～15.

TM63

A

2095-2066（2016）22-0094-02

2016-7-12

孫 勤（1982-），女，碩士研究生，主要從事電力工程咨詢設計工作。

馮 偉（1982-），男，本科，主要從事電力設備運行維護及檢修工作。