110kV變電站繼電保護及自動化系統設計

陸宇

摘要：變電站是電網的重要組成部分，智能化的變電站是促進電網智能化的關鍵環節。設計110kV變電站繼電保護系統的硬件和軟件，實現對110kV變電站重要電氣設備的智能保護，通過電源系統的配置、四遙功能的設計，實現對變電站運行狀況的實時監測。

關鍵詞：變電站;硬件;系統設計;繼電保護

1 引言

對于自動化技術來說，其在諸多工程行業中都是具有壓倒性的優勢的，這也是其能夠被應用于電氣行業中的最關鍵的原因。從總體上來看，當前電氣行業在自動化技術的應用上可分為三大方面：繼電保護系統、時間記錄系統、監控系統。這三個部分是互相依賴的，但彼此之間有存在著一定的對立性，這使得不同系統之間能夠更好地做到合理分工、相互協作。然而，在實際的應用中，前面兩者都存在著一些問題，但是繼電保護系統卻有上述兩者所無法比擬的優勢，因而，在整個變電站的自動化綜合系統中，繼電保護在進行設計的過程中所存在的一些問題將會更加突出，而這些問題正是需要我們將其單獨拿出來進行分析和解決的。

2 變電站自動綜合化的優勢

變電站方面，基本上都是由人工手段來進行操作，這就導致了系統在自動化方面的程度低下。此外，由于識別因素往往會導致在進行記錄的過程中發生錯誤，因此導致當時的變電站系統對人的依賴性十分強，這種強依賴性是離不開監控時所發生的數次錯誤的，而錯誤的產生又是由于部分工人的技術水平較低的緣故。這些現象若長此以往，必將引起變電站的安全事故。好在系統自動化技術使得錯誤率大大降低，減輕了工人負擔，也使得工人們受到人身傷害的可能性被降低，使得相關的管理成本得以減少，更提升了整個變電站的運行效率。但是，自動化技術的使用也會使電纜等連接設備大量增加，產生新的問題。

3 110kV變電站結構介紹

3.1 變電站系統結構

監控主機的外圍電路包括GPS通訊電路，人機對話窗口，數據采集、傳輸接口電路等。這種架構“面向對象”處理，實現對間隔層電氣參量信息的的采集和處理。相比集中式結構和分布式結構的優點有：（1）通過面向對象方式進行處理，譬如主變維護等單元，處理速度更快;（2）電路連接通過光纖實現，可以方便后續的維護和電路擴展;（3）采用直流電壓供電，當某個環節出現故障的時候，不影響其他裝置的使用。

3.2 110kV變電站系統需求分析

110kV變電站繼電保護的功能主要包括數據在線監測和保護兩個方面，從結構上來區分，變電站的主體結構包括：站控層、間隔層、過程層3個部分。站控層實現對繼電保護功能的輸入，間隔層主要包括數據監測、過程層的任務是執行機電保護的任務，通過繼電保護設備，實現對高壓設備的操作。相關的需求如下：（1）站控層。站控層的功能是實現對變電站的運行監測和管理，通過電容的投切，實現系統中的無功優化和電壓優化。在運行監測過程中，自動區分電力系統的故障狀態和不正常運行狀態，在出現不正常運行狀態時，發出警報并在現場的光字牌上顯示不正常運行的故障類型（電壓異常、電流異常等）。在系統的故障狀態下，在光字牌上顯示故障類型并向執行機構發出動作指令。（2）間隔層。對站控層的信息進行整合，保證站控層和過程層之間數據的通訊正常。當出現報警信息或者操作信息時，及時進行處理。（3）過程層。主要的操作機構，面向一次高壓側，在系統正常運行時，提供檢測數據和執行操作指令。

4 110kV變電站繼電保護及自動化系統設計

4.1 后臺管理軟件模型

采用DCOM來構建分布式模型，同時為模型提供規范要求;在分布式變電站基礎上，結合模塊組件化技術，將后臺管理軟件中的所有功能模塊都轉化為組件，此時各類組件可以隨意進行組合，使后臺管理軟件可以應用在不同規格、不同要求的分布變電站自動管理要求當中。

4.2 電源系統配置

（1）交直流系統設計。交流系統用電采用三相三線中性點接地系統，利用所用變壓器產生220V電壓。直流系統采用可充電蓄電池作為直流電源，為了直流系統的穩定性，蓄電池選型為鉛酸蓄電池，大小250AH，直流負載以2h事故作為放電參考，變電站的通訊系統以4h事故作為放電參考。直流系統具有接地故障定位、集中監控、電池監控和絕緣狀態監控等功能，而且使用一致的接口和綜自系統進行信息交流，實現遠程監測。（2）UPS電源系統設計。UPS的電能來源是220V直流母線、交流展，電能儲備量為3kVA，在變電站斷電的情況下，UPS的主要供電設備包括：變電站計算機設備、火災報警設備、故障錄波設備。

4.3 接線系統設計

（1）在母線上通過一組斷路器的配合使用，將單母線分成兩段，同時按照平均分配的原則，將變電站的負荷分成兩個部分，分別接在兩個母線上，當電廠中的某一個用電設備出現故障或者發生停電故障時，可以將改路中的重要負荷切換到另一路母線上，減小對電廠生產的影響，保證重要負荷的持續供電，從而提高系統的供電可靠性。（2）在需要檢修時，可以將兩路負荷相互到彼此的母線上，方便檢修，增加靈活性。（3）設備簡單，運維成本低，出現故障時，自動切換負荷。

4.4 通訊網絡設計

主要選用Lonworks局域網作為通信網絡，Lonworks主要具有三項技術特點：①開放性，Lonworks的兼容性很強，且其網絡協議對所有用戶提供的服務完全一樣;②通訊介質兼容性高，可兼容光纖、雙絞線、電纜、紅外線等多種通信介質;③通信距離較長，同時可保障下載速度，具體數值為：直接通信距離2700m，下載速度達78kbit/s，滿足設計需求。在設計中采用雙絞線作為通信介質，通過布設得到總線網，這種總線網具有擴展靈活、結構間接特點;出于可靠性考慮，采用了主從方式進行設計，即在通信服務器的網絡節點上，通過樹形結構與其他節點連接，根據網絡協議實現節點的循環訪問。

4.5 測控單元設計

每個測控單元設計都采用保護CPU、測量控制CPU、神經元網絡芯片、外圍芯片進行設計。該裝置具有如下特點：①可實現CPU之間的相對獨立，且滿足不同繼電保護方式的應用要求，在此條件下可以實現保護CPU、測控CPU的信息交互;②設計中的測控CPU為測量模板或智能電能表，這兩個設施具有智能化、可視化的特征，滿足自動化運行需求，具體選擇需要根據適用條件而定;③因為外部因素的影響，可能導致測控CPU運行不正常，那么出于運行考慮，本文選擇了多任務分時復用操作方式來設計測控CPU。

5 結束語

本文主要分析了110kV變電站自動化系統設計與應用，分析當中首先為了明確設計方向，對自動化系統的優勢進行了簡單介紹，之后通過設計工作得到了完整的分布式變電站自動化管理系統，最終結合實例應用與數據對比，說明本文設計有效，并具有更高的應用價值。

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