變電所自動化控制系統應用與分析

王凱

摘要：變電所自動化控制系統是對變電所執行自動監視、測量、控制和協調的綜合性系統。本文對變電所自動化控制中的計算機監控系統和監控保護分別進行了分析，并著重探討了變電所自動化控制系統應用中的幾個問題：通信網絡和備用電源自投裝置等。

關鍵詞：監控系統;微機繼電保護;通信網絡

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）07-0013-01

0 引言

隨著近年來國家不斷地加大對基礎設施的建設，電網投資與建設的規模亦不斷擴大，對電網的安全、穩定、高效、智能化運行亦提出了更高的要求，尤其是隨著當今世界電力電子技術地高速發展，變電所的自動化程度已愈來愈高。在此背景下，應運產生了一種自動控制及無人化運行的系統——變電站綜合自動化系統。利用計算機控制技術、網絡通信等技術，變電所的自動化控制系統將變電所的一次、二次設備（包括數據采集、運行控制、保護、ATS自動轉換設備等）進行功能塊整合、分組和優化，以實現對變電所設備進行在線實時測量、監視、控制、記錄。

1 變電所監控系統的基本功能

1.1 采集與處理數據

主變運行溫度、母線電壓、電流、功率因數等參數采用數據采集單元進行實時數據的采集和處理。微機系統通過采集以上數據，對數據庫進行更新。

1.2 控制功能

控制功能包括對變電所各電壓等級斷路器、消弧線圈、主變風機、控制無功補償接觸器等進行就地與遠程控制。

1.3 報警事件處置

控制系統有兩種報警類型，一：提示性報警，二：事故性報警。前者包括設備狀態一般性異常報警、數據超限、主站、從站的某個單元、模塊狀態異常等，后者包括非操作引起的斷路器跳閘、保護聯鎖開關動作等等。

1.4 時間順序記錄事件功能

計算機監控系統以ms級時間單位對斷路器狀態、主變參數、一、二次線路參數、保護元件的動作信號信息進行采集并記錄，并能在顯示器上進行顯示及打印機上進行打印。

1.5 在線統計計算

根據采樣的實時數據，能夠計算每一時間間隔的的電壓值、電流值、有功功率、無功功率、有功系數、主變溫度值、開光量動作狀態等，并給出以上數據的按年、月、日進行劃分的分時段統計數據。比如電壓、電流的最大值、最小值，功率因數的合格率等。

1.6 顯示及打印畫面

變電所配電系統一次接線圖、直流系統圖能夠在顯示器上顯示，能夠顯示統計數據、某些關鍵數據歷史變化曲線、某些報警事件，能夠打印歷史數據、報警記錄等等。

1.7 系統的自我診斷和自我修復

監控系統能夠在線實時診斷系統的硬件、軟件運行情況，一旦發現異常，即能生成并發出報警信息。自我診斷的范圍包括：主站、從站系統、I/O單元、模組、外設、軟件故障等，非嚴重的提示報警，系統可以進行自我修復。

1.8 平日管理功能

平日管理功能指負責計算機監控系統的專業工程師對系統進行的日常檢查、管理、維護、更新優化等工作。包括功能維護管理和數據庫維護管理兩方面內容。功能維護管理包括自動化控制系統的啟動停止控制，對各種應用功能運行狀態的監測，各種應用數據的顯示圖表的加載、生成和編輯。數據庫維護是工程師對數據庫中的應用參數進行增刪和修改。

2 繼電保護功能和應用

2.1 保護功能

（1）變壓器一般配置差動保護和瓦斯保護兩種主保護，配置零序電流保護、過流保護等后備保護。（2）110KV以下線路測控保護配置重合閘和過電流保護，110KV以上線路測控保護配置零序電流保護、綜合重合閘保護等。

2.2 微機繼電保護原理

（1）硬件系統：微機繼電保護硬件系統是由大量的IC（集成電路）組成，通常由CPU、定時器、存儲器、寄存器、A/D轉換器、D/A轉換器等部件組成。而依靠數據采集系統（該系統主要由采樣保持電路、模數轉換器（A/D轉換器）等組成）來完成微機繼電保護系統中的的信息獲取工作。（2）軟件系統：軟件系統主要分為監控程序和系統程序，監控程序的作用是對包括輸入、輸出狀態，設定、修改和顯示保護裝置的參數值進行監視，同時控制微機保護裝置的硬件電路狀態;系統程序是監控程序的運行環境系統程序。系統程序的主要功能是：1）循環自檢功能，2）中斷響應功能，3）事件處理功能。

3 主要問題的分析研究

3.1 通信技術

變電所自控系統常見的有如下幾種通信網絡技術：（1）使用傳統的RS-232/485現場總線進行數據低速傳輸，（2）采用局部控制網絡如常見的Lonworks和CAN兩種通信技術實現數據的中速傳輸，（3）采用Ethernet實現站內設備的分布式連接。系統結構由監控主機、交換機、現場控制模塊組成，監控主機通過Ethernet傳輸實時數據，實現人機對話，完成監控管理等功能。

3.2 ATS（備用電源自動切換裝置）

為保證ATS能夠正常地工作，通常需要注意以下幾點：（1）ATS應能實時監測工作母線的電壓狀態，當工作母線故障、電源變壓器故障、斷路器因為某種原因跳閘時，將引起工作母線失壓，這時ATS應該能夠瞬間自動切換投入使用，以保證負荷的不間斷供電。（2）當ATS失電時，ATS自投裝置應不動作，因為如果在此狀態下勉強對事故產生響應，將ATS切入網絡，其不能發揮任何作用。（3）供電系統發生故障時，一定要先徹底排除系統故障，然后才可將ATS投入使用，否則很有可能將備用電源投入到故障網絡中，使發生故障的網絡不但不能解除故障，反而使故障程度進一步發生難以預測的惡化的后果。

4 結語

在當今世界科學技術和社會生產力迅速提高的今天，采用變電所自動化控制系統，能夠極大地減少人員投入、提高工作效率，保證電力供應的高質、穩定、連續和可靠運行，同時極大地提高了整個電力系統的自動化控制水平。本文對變電所自動化控制運行系統進行了概括性地分析和研究，隨著現代電力電子技術、網絡通信技術、自動化控制技術、計算機技術、AI等技術的迅速發展，必將進一步地提高變電所自動化控制系統的自動化程度，其功能亦將會更加完善和強大，以不斷滿足社會快速進步對電力發展的需要。

參考文獻

[1] 劉介才.主編.工廠供電[M].機械工業出版社，2009.

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