大慶油田無人值守變電站的微機綜合自動化系統改造

王同強

大慶油田工程有限公司

隨著變電站微機綜合自動化技術的逐步發展，變配電一次、二次設備的不斷更新，以及通信信息技術的更新換代，變電站無人值守在電力系統的各級變電站設計和運行中得到了廣泛應用[1]。在企業電網中由于受管轄變電站規模數量、企業用戶的負荷特殊性、運行部門管理水平等多種因素影響，變電站無人值守的推進和開展較慢。在全國油田系統中，大慶油田率先開始在110 kV 和35 kV 變電站設計運行中采用變電站無人值守模式。2008 年，大慶油田首先在運行管理經驗較成熟、與用戶生產負荷直接聯系較少的110 kV 變電站開始實行變電站無人值守。近幾年，大慶油田逐步開始對35 kV 變電站進行無人值守改造。變電站無人值守改造的核心是對現有變電站微機綜合自動化系統的技術改造[2]。

1 微機綜合自動化系統

變電站微機綜合自動化系統是變電站無人值守的主要技術基礎，為推廣變電站無人值守提供了必要條件[3]。近年來，數字化電氣量測系統、智能電氣設備以及相關通信技術的發展，推動了變電站微機綜合自動化系統朝著數字化方向邁進。

1.1 基本功能

油田變電站微機綜合自動化系統的基本功能主要在4 個子系統中體現[4]，即繼電保護子系統，監控子系統，電壓、頻率、備用電源自投、無功負荷控制子系統和通信子系統。

根據負荷要求、管理要求、電壓等級等因素，有些子系統可進行取舍或合并。對大慶油田35 kV變電站而言，一般電壓、頻率、備用電源自投、無功負荷控制子系統比較弱化，可通過監控子系統和繼電保護子系統的聯動實現其功能，同時各已建變電站由于系統老化，通信子系統及監控子系統部分功能無法滿足數據上傳要求，且通信規約不兼容，往往需要對現有微機綜合自動化系統進行必要的升級改造或更換新一代的微機綜合自動化系統。

1.2 結構類型

變電站微機綜合自動化系統從結構上主要分為集中式、分布式、分散分布式自動化系統，以及數字化變電站幾種類型[5]。

（1）集中式自動化系統。該類型的自動化系統集中采集變電站的模擬量、開關量和數字量等信息，集中進行處理運算，完成監控、保護等功能。其適用于中、小型變電站。

（2）分布式自動化系統。分布式自動化系統按變電站被監控對象或系統功能劃分，多個CPU 并行工作。其擴展和維護方便，局部故障不影響其他模塊正常運行。該類型在安裝上可以集中組屏或分屏組屏。

（3）分散分布式自動化系統。分散分布式自動化系統中，間隔層中各數據采集、控制單元和保護單元就地分散安裝在開關柜上，各個單元之間相互獨立，通過通信網互聯，并同變電站級測控主單元通信。保護功能在間隔層完成，不依賴于通信網。安裝既可以分散安裝于各間隔，也可以在控制室中集中組屏或分層組屏，還可以一部分在控制室中，另一部分分散在開關柜上。

（4）數字化變電站。數字化變電站指信息采集、處理、傳輸過程完全實現數字化的變電站。數字化變電站的主要特點為以數字輸出的電子式互感器、智能開關等智能設備為基礎的一次設備智能化，通過通信網絡交換模擬量、開關量和控制命令等信息實現二次設備網絡化，以及通過網絡應用，與自動故障分析、狀態監測等高級應用功能相結合。其基本特征為設備智能化、通信網絡化、運行管理自動化等。由于受目前設備制造等因素影響，目前數字化變電站的建設還主要集中在110 kV 及以上變電站。隨著設備開發制造水平等的逐步提升，變電站設計也將逐步實現數字化[6]。

大慶油田自1998 年開始建設第一座35 kV 綜合自動化變電站以來，微機綜合自動化在建設與改造過程中已經得到廣泛應用，變電站建設結構模式以分散分布式為主。隨著數字化變電站關鍵設備的逐漸成熟，未來在技術發展上將以數字化變電站和智能變電站為主要發展方向。

2 系統改造

變電站無人值守設計的核心是將變電站監控信息上傳至調度集控中心，通過調度中心對變電站數據信息進行遠程監視和控制，附以定期或不定期的巡視操作和檢修，從而取代原有變電站值班人員的現場監視操作。因此變電站監控數據上傳及變電站遠方操作功能的設置是變電站無人值守改造成敗的關鍵因素。在同一管理單位范疇，為實現變電站無人值守操作的流程化、標準化，避免誤操作，微機綜合自動化系統監控信息應統一標準。對于新建站這一目標實現相對容易，對于改造站場，除一些可選性信息以外也必須達到相應標準[7]。

對原設計未按照無人值守建設標準建設的變電站，需對信息數據量進行擴容，增加遙測、遙信、遙控、遙調、遙視部分信息，增加信息量的采集[8]。

自動錄制：錄播系統采用一鍵式自動錄制。錄播系統把授課教師和學生的音、視頻和電子設備的圖像信號（包括視頻展臺，白板，PPT，教學課件等）進行同步錄制。教師不需要專業錄制知識，只需要通過操作面板上的功能按鈕，就可獨立進行專業的錄制工作。錄制的視頻自動生成標準化的高清流媒體文件，教師只專注教學活動就可以了，減輕了課程錄制的負擔。

（1）遙測量。除采集微機綜合自動化系統內的有功功率、無功功率、電壓和電流外，還需采集主變壓器溫度、所用變電壓、直流電壓等。

（2）遙信量。在原有的測量開關位置、保護動作信號的基礎上，還需接入重要的刀閘位置、主變壓器分接頭等信號。

（3）遙控輸出。按照無人值守變電站設計標準設計的變電站一般只需做好調試及正確的授權工作即可實現變電站的遠方遙控。其遙控范圍根據各設備操作機構的情況可包括斷路器及隔離開關、負荷開關等設備，結合大慶油田實際情況及運行需求，目前未對變電站隔離開關實施遙控控制。

（4）遙調輸出。一般包括變壓器抽頭調整，自動補償電容器的遠方調整，保護定值遠方給定等功能。結合大慶油田變電站一次二次設備及變電站運行管理要求，一般僅對變壓器抽頭做遠方調整。

（5）遙視信號。為實現變電站的遠方監控，主要是對變電站內外空間環境的監視。一般在無人值守變電站設計時均設置視頻監控系統，通過統一的通信通道上傳信號至調度中心進行視頻監視。

結合大慶油田變電站現狀及運行需求，確定無人值守變電站四遙信號按照表1 執行。

表1 無人值守變電站四遙信號Tab.1 Four remote signals of unattended substation

3 兼容性問題

油田變電站開展無人值守改造，對變電站微機保護系統來說主要面臨兩方面兼容性問題：變電站微機保護系統與上級調度集控中心之間遠動通信的外部兼容性問題；變電站微機保護系統裝置更換改造時站控層設備就地通訊的內部兼容性問題。

3.1 外部兼容性問題

外部兼容性問題主要由于早期微機保護系統采用的遠動通信規約為技術落后的CDT，101 規約（串口通信方式），而目前新建調度集控系統采用的遠動通訊規約均為104 規約（網絡通信方式），兩者不兼容。甚至個別早期系統并未配備遠動通信管理機。這一問題需要通過新建或更換通信管理機、升級后臺等措施來解決。但新建通信管理機也存在與已建微機保護裝置之間的通信兼容問題。如已建微機保護裝置采用的通信方式與其他廠家不兼容，仍需更換原廠通信管理機。

3.2 內部兼容性問題

內部兼容性問題主要由于部分油田變電站微機保護系統裝置使用年限長、故障率高，在進行無人值守改造時需要更換，而現存廠家種類多、保護系統內部裝置互不兼容造成的。2012年以后，部分投產較早的微機保護系統陸續出現裝置老化、誤動作情況，且許多廠家已退出大慶油田市場或停產，難以獲取廠家技術支持，也無法采購設備配件，因此問題的解決較為復雜。

由于歷史原因，早期油田各變電站采用的微機保護系統涉及廠家較多，而電力系統數據采樣頻率要求高，微機保護裝置都是用單片機進行的匯編，產品開發時底層代碼以各廠家自己的原則編制，使用的通信接口各種各樣，沒有遵循國家統一標準。如北京四方的LonWorks，東方電子的FDKBUS 接口，南自的CanBus 接口等，不同廠家的產品自成一體，相互之間缺乏兼容性與可擴充性。這就導致微機保護系統不同廠家的裝置之間無法通信，給用戶的設備選型、運行、維護等帶來諸多不便。

目前的大多數變電站無人值守改造方案仍是盡量利用已建微機保護系統裝置，對于能夠找到原廠的設備，由原廠配合升級其通信管理機、后臺等公用設備實現與新建調度系統的通信；對于投運時間過長，設備老化嚴重，廠家已停產或無售后，故障率高影響到電力運行安全的系統考慮予以整體更換。

4 應用效果及下一步工作方向

2015年開始，大慶油田35 kV變電站的無人值守技術改造全面啟動。目前已完成改造的變電站達到150多座，已實現了變電站的無人值守和集控中心遠控運行模式，現場運行人員全部撤出變電站，年節約運行人員成本1 億多元。通過近2 年的運行檢驗，大慶油田無人值守變電站的運行平穩，在減少人員編制的同時，實現了變電站的智能化，提高了變電站的運行水平。

結合油田變電站的實際情況，未來在變電站的無人值守設計和改造方面主要還有以下工作要做：

（1）在現有運行經驗的基礎上，探索進一步降低巡視操作工作量的可能性。如目前變電站操作很大一部分集中在配合注水站注水電動機啟動、檢修、維護工作上。未來可考慮通過在中置式開關底盤車上增設電動機構實現遠控，減少這部分操作量，以及增加戶外裝置測溫的遙視功能，減少現場巡視工作量等。

（2）探索與故障檢測系統及配電網絡自動化系統的聯動，減少故障處理的時間，實現順序操作控制，為油田數字化建設和油田站場的無人值守改造提供遠程電源切換功能等。

（3）密切跟蹤數字化變電站技術的發展和應用情況，適時推動35 kV 變電站的數字化建設。

（4）與變電站的三維設計和數字化移交相結合，配合狀態檢修手段，實現變電站的全生命周期管理。

5 結束語

變電站微機綜合自動化系統是變電站無人值守的主要技術基礎。對微機綜合自動化系統改造關鍵問題進行研究，確定技術改造的路線，是變電站無人值守改造的關鍵。目前的技術方案在油田變電站無人值守改造中得到了廣泛的應用和推廣，取得了良好的應用效果。同時我們還應該看到，由于企業電網的特殊性，目前的無人值守變電站改造和設計是在現有變電站建設現狀和建設標準的前提下，因地制宜提出適合大慶油田現狀的改造方案。隨著油田變電站無人值守運行的經驗積累、綜合自動化系統的技術進步、新技術成果的不斷涌現，變電站無人值守作為油田數字化的一部分，隨著油田數字化推進產生的新需求，未來在現有基礎上進行技術革新和改造還會有更多的現實需求。