智能變電站線路保護測控裝置應用設計

吳燕子

（南京國聯(lián)電力工程設計有限公司，江蘇 南京 210000）

1 智能變電站概述

在智能化變電站當中所運用到的智能設備都具備集成、可靠、先進以及低碳環(huán)保的一系列優(yōu)點。同時這些智能化變電站應用到的智能設備的基本要求都為通信平臺網(wǎng)絡化、全站數(shù)字信息化，同時還能夠達到信息共享標準。通過應用這些智能設備，系統(tǒng)能夠自動完成信息采集、測量、控制、保護計量以及監(jiān)測等一系列基本操作，同時這些智能設備還能夠幫助系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)的自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析以及協(xié)同互動等多項高級功能。而智能化變電站不僅包括了傳統(tǒng)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，同時包含繼電保護、自動裝置等設備。與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站在網(wǎng)絡結構上采用了三層兩網(wǎng)的結構，增加了過程層網(wǎng)絡，增加了合并單元、智能終端等過程層設備，采用光纖取代傳統(tǒng)的電纜硬接線，全站采用統(tǒng)一的通信規(guī)約IEC61850 實現(xiàn)信息交互。同時增加了一次設備狀態(tài)監(jiān)測和自動化系統(tǒng)高級應用。智能變電站的特征：分析決策在線化、運行控制自動化、設備安裝就地化、信息交換標準化、二次系統(tǒng)一體化、保護決策協(xié)同化、一次設備智能化、二次設備網(wǎng)絡化、信息展示可視化設備檢修狀態(tài)化、系統(tǒng)設計統(tǒng)一化、基礎數(shù)據(jù)完備化。

2 測控裝置概述

顧名思義，測控裝置主要包括測量和控制。不僅有足夠的精度和變化量的實時反映，同時還接受遠方或就地的命令進行調(diào)節(jié)控制，也可根據(jù)裝置設定的邏輯編程進行調(diào)節(jié)控制，規(guī)定保證控制的有效性和可靠性。

其主要功能：采集交流電氣量：如CT、PT 二次側(cè)的相電壓、線電壓、零序電壓、零序電流，并計算有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率等。采集直流量，計算生成非電氣量，如主變油溫。采集狀態(tài)量，如開關、刀閘位置信號、GIS、開關操作機構、智能站內(nèi)的合并單元、智能終端告警信號，繼電保護和安全自動裝置動作及告警信號等。控制功能。控制開關、道閘、地道分合閘、復歸信號、變壓器檔位調(diào)節(jié)、軟壓板投退等。我們可以在測控裝置附近找到一個“遠方/就地”切換開關，若開關打到“遠方”，可在監(jiān)控電腦上遠方分合閘；若開關打到“就地”，將無法在監(jiān)控電腦上分合閘，只能在測控裝置上操作。同期功能，具備同期合閘功能。我們可以在測控裝置附近找到一個“強制手動/遠控/同期手合”把手，如果把手切到“強制手動”，在操作開關合閘時，測控裝置不會進行同期檢查；如果把手切到“同期手合”，在操作開關合閘時，測控裝置會進行同期檢查，當開關兩側(cè)壓差、頻差、角差均在設定范圍內(nèi)時才允許合閘。邏輯閉鎖功能。裝置內(nèi)部存儲防誤閉鎖邏輯，當需要進行手動操作時，對手動操作進行邏輯判斷，若判斷符合防誤閉鎖邏輯，則輸出閉鎖信號，閉鎖手動操作。我們可以在測控裝置附近找到一個“聯(lián)鎖/解鎖”切換把手，當把手打到“解鎖”位置時，閉鎖功能不投入。實際現(xiàn)場把手一般放在“聯(lián)鎖”位置，也就是說這個功能一般使用。

記憶存儲功能。對SOE、操作記錄以及告警信息進行存儲，其中SOE 指的是事件順序記錄，即將開關跳閘、保護動作等事件按照毫秒級事件順序逐個記錄。

3 測控裝置應用設計要點

（1）硬件設備。智能變電站的線路保護測控裝置由顯示屏、狀態(tài)指示燈、12 個按鍵以及接線端子組成。在裝置的內(nèi)部分別設有一塊主機板、輸出板和人機界面。這三塊版面之間的聯(lián)結是31 芯和26 芯規(guī)格的扁平電纜。主機板上一般設有CPU、電源模塊、A/D 轉(zhuǎn)換及接口，RS485 及光纖通訊電路等。輸入和輸出板塊主要由接線端子、RS485 及光纖通訊電路、遙信、遙脈輸入隔離及接口電路、CANBUS 接口電路等設備。人機界面板的設備相對較少，主要有調(diào)試串行接口、鍵盤和液晶顯示接口、狀態(tài)指示燈電路。

（2）軟件設計。智能變電站線路保護測控裝置的軟件是16MHz 高速80C196KB 的CPU，由它完成一系列測量、控制和通訊功能。在主CPU 中應用的是多任務操作系統(tǒng)，以加快各任務之間相互合作的效率。

（3）交流采集技術。在交流采樣法應用過程中，必須依照一定的規(guī)律采集被測的交流信號的瞬時值，之后將所獲取的瞬時數(shù)據(jù)送到測量計算回路，經(jīng)過一定的數(shù)學算法之后，求得要測量的結果。在測量過程當中，需要將硬件的計算功能代替為軟件功能，其中一種表達方式是將原本的一條光滑被測正弦信號代替為一條階梯曲線，而追究原理出現(xiàn)的誤差主要有以下兩個原因：第一是需要將時間內(nèi)連續(xù)數(shù)據(jù)所產(chǎn)生的誤差使用時間上離散數(shù)據(jù)所代替，而該誤差的決定因素在于每一個正弦信號周期中的采樣點數(shù)，除此之外，追究誤差產(chǎn)生的原因也在于A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度和CPU 的處理實踐；而想要更進一步的探究在連續(xù)電壓以及電流量化過程中誤差的產(chǎn)生原因，主要集中在A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。之后直接的將互感器內(nèi)的二次電壓以及電流經(jīng)過交流采樣裝置進行隔離變化，從而將原本的二次電流以及二次電壓轉(zhuǎn)化為弱電流以及電壓信號。除此之外，通過使用采樣保持器這一元件，從而保留電壓以及電流信號，并且將所保留的電壓及電流信號，經(jīng)過模、數(shù)（A/D）的轉(zhuǎn)變之后，使用數(shù)據(jù)線作為傳輸介質(zhì)，直接的將信號傳輸給CPU，從而計算出電網(wǎng)當中的電壓、電流、有功功率、無功功率等多項參數(shù)，并將各參數(shù)儲存于記憶元件當中。通過使用交流采樣測量裝置，從而能夠?qū)斍八杉降母黜楇娋W(wǎng)參數(shù)以及數(shù)據(jù)，以一定的方式直接的傳輸?shù)秸{(diào)度室或者是當?shù)氐谋O(jiān)控終端。一般情況之下，在各種電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸過程中需要遵從的規(guī)約制度主要圍繞著CDT 規(guī)約、101 規(guī)約、102、103、104 規(guī)約等多項制度進行，然而在如今交流采樣測量裝置的生產(chǎn)商以及制造商在制造及生產(chǎn)過程中使用到的規(guī)約，并沒有經(jīng)過統(tǒng)一。也因此，在不同廠家之間可能會由于設備型號之間存在較大差異或者是使用的規(guī)約不同，而導致所生產(chǎn)出來的交流采樣裝置之間具備較大差異。

（4）遙測技術。即遠程測量技術，在該技術應用過程當中，直接將被測變化量的值使用遠程通訊技術傳輸出去。遙測信息能夠直接將系統(tǒng)運行狀態(tài)中所產(chǎn)生的連續(xù)變化量實時完整地表示出來，又被稱為模擬量，分為電量和非電量兩種。

（5）遙信技術。即遠程指示技術及遠程信號，在此基礎應用過程中，主要是遠程監(jiān)控開關位置的告警情況以及閥門位置的狀態(tài)種信息，而遙信信息作為一個二元狀態(tài)量，其主要意義在于針對于每一個遙感對象而言。遙信信息能夠表現(xiàn)為兩種狀態(tài)，0 和1，兩種遙信狀態(tài)為“非”的關系。

（6）遙控技術。即遠程命令，在遠程通信技術應用過程當中，發(fā)布有關命令，能夠使得運行設備的狀態(tài)進行改變，比如說控制斷路器分合閘等。

（7）遙調(diào)技術。即遠程調(diào)節(jié)，應用遠程通信技術，完成對具有兩個以上狀態(tài)運行設備進行控制的遠程命令。如機組處理的調(diào)節(jié)、勵磁電流的調(diào)節(jié)、有載調(diào)壓分接頭的位置調(diào)節(jié)。

4 測控裝置的特點

（1）整體設計思路實用可靠。采用分層分布式結構，可集中組屏，也可就地安裝于開關柜上，整個系統(tǒng)靈活可靠，各間隔單元功能獨立，沒有相互依賴性，某一個裝置的損壞不會影響其他裝置的功能。充分發(fā)揮四合一的特點和通訊網(wǎng)絡的優(yōu)勢，集保護測控功能于一體，采用通訊網(wǎng)絡傳遞細信息，可取消常規(guī)的二次信號控制電纜，簡化二次電纜接線，不僅減輕了CT、PT 的負荷，而且節(jié)省了大量投資，節(jié)約了人力物力，減少了施工難度及維護工作量。同時為了與傳統(tǒng)方式兼容，保留一些遠動信號，背板端子也沿用了傳統(tǒng)模式，兼容傳統(tǒng)的操作控制模式。

（2）軟件設計結構化、功能模塊化。保護功能同通訊網(wǎng)相分離，同時直接的將保護模塊分離于其余模塊之外，使得保護模塊具備有一定的獨立性。而在軟件層面上還必須使得軟件設計具備有較強的抗干擾能力，使得軟件能夠同硬件相結合，進而提高動作的可靠性。

（3）人機界面友好，操作便捷。直接的將界面使用全漢化大屏幕液晶屏顯示出來，該液晶屏能夠直接的將跳閘報告、告警報告、樹形菜單結構、定值鑒定、遙測、遙信以及控制字整定等用漢字標識直觀的展示出來，方便現(xiàn)場的運維人員進行維護與操作。

5 結語

如今電力系統(tǒng)當中廣泛應用的測控裝置，在電力系統(tǒng)運行過程當中，能夠用數(shù)字的方式將各種虛擬儀表建立出來，更加直觀、方便。測控裝置作為智能化設備當中的一項重要裝置，大幅度提高變電站的自動化水平，大大減輕運維人員的勞動強度，獲取得到的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)更加貼近實際，更便于做出決策。