變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控結(jié)構(gòu)功能

王 宇

摘要:通過以下分析,可以看到變電站綜合自動(dòng)化對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化,提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平起到了很大的促進(jìn)作用,它將能大大加強(qiáng)電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性,對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。

關(guān)鍵詞:變電站;綜合自動(dòng)化;系統(tǒng)分析

1 概 述

我國變電站自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)過十多年的發(fā)展已經(jīng)達(dá)到一定的水平,在我國城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造與建設(shè)中大部分中低壓變電站采用了自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)無人值班,而且在220kV及以上的超高壓變電站建設(shè)中也大量采用自動(dòng)化新技術(shù),提高了電網(wǎng)建設(shè)的現(xiàn)代化水平,增強(qiáng)了輸配電和電網(wǎng)調(diào)度的可能性,從而大大提高了電網(wǎng)的安全運(yùn)行。然而,隨著智能化開關(guān)、光電式電流電壓互感器、一次運(yùn)行設(shè)備在線狀態(tài)檢測(cè),以及計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用,勢(shì)必對(duì)已有的變電站自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利用,對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能分布的多臺(tái)計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備,將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分散給多臺(tái)計(jì)算機(jī)來完成。分布式模式一般按功能設(shè)計(jì),采用主從CPU系統(tǒng)工作方式,多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力,解決CPU運(yùn)算處理的瓶頸問題。各功能模塊(通常是多個(gè)CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信,選用具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題,提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

2.2 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I/0接口,集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息,集中進(jìn)行計(jì)算和處理,分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測(cè)等功能,后臺(tái)機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。目前這種結(jié)構(gòu)有以下不足:

前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多,降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,若前置機(jī)故障,將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能;軟件復(fù)雜,修改工作量大,系統(tǒng)調(diào)試煩瑣;組態(tài)不靈活,對(duì)不同主接線或規(guī)模不同的變電站,軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì),工作量大并且擴(kuò)展一些自動(dòng)化需求的功能較難。

2.3 變電站分層分布式的結(jié)構(gòu)

按變電站的控制層次和對(duì)象設(shè)置全站控制級(jí)——變電站層(站級(jí)測(cè)控單元)和就地單元控制級(jí)——間隔層(間隔單元)的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。也可分為三層,即變電站層、通信層和間隔層。

這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn):

可靠性提高,任一部分設(shè)備故障只影響局部,即將“危險(xiǎn)”分散,當(dāng)站級(jí)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障,只影響到監(jiān)控部分,而最重要的保護(hù)、控制功能在段級(jí)仍可繼續(xù)運(yùn)行:段級(jí)的任一智能單元損壞不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷,比如長(zhǎng)期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)?？蓴U(kuò)展性和開放性較高,利于工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少,節(jié)約投資也簡(jiǎn)化了調(diào)試維護(hù)。

3 常見通訊方式

目前國內(nèi)常采用以太網(wǎng)通訊方式,在以太網(wǎng)出現(xiàn)之前,無論RS-232C、EIA-422/485都無法避免通信系統(tǒng)繁瑣、通訊速度緩慢的缺陷。現(xiàn)場(chǎng)總線的應(yīng)用部分地緩解了便電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信的需求,但在系統(tǒng)容量較大時(shí)依然顯得捉襟見肘,以太網(wǎng)的應(yīng)用,使通訊問題迎刃而解。常見的通訊方式有:雙以太網(wǎng)、雙監(jiān)控機(jī)模式,主要是用于220-500kV變,在實(shí)現(xiàn)上可以是雙控機(jī)+雙服務(wù)器方式,支撐光/電以太網(wǎng);單以太網(wǎng),雙/單監(jiān)控機(jī)模式;雙LON網(wǎng),雙監(jiān)控機(jī)模式;單LON網(wǎng),雙/單監(jiān)控機(jī)模式。

4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能

4.1 微機(jī)保護(hù)

微機(jī)保護(hù)是對(duì)站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù),包括線路保護(hù),變壓器保護(hù),母線保護(hù),電容器保護(hù)及各自投,低頻減載等安全自動(dòng)裝置。各類保護(hù)應(yīng)具有下列功能:故障記錄;存儲(chǔ)多套定值;顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?與監(jiān)控系統(tǒng)通信。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息,動(dòng)作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號(hào)。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值,校對(duì)時(shí)鐘等命令。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。

4.2 數(shù)據(jù)采集及處理功能

包括狀態(tài)數(shù)據(jù),模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)

狀態(tài)量采集。狀態(tài)量包括:斷路器狀態(tài),隔離開關(guān)狀態(tài),變壓器分接頭信號(hào)及變電站一次設(shè)備告警信號(hào)、事故跳閘三信號(hào)、預(yù)告信號(hào)等。目前這些信號(hào)大部分采用光電逗離方式輸入系統(tǒng),也可通過通信方式獲得。

模擬量采集。常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括:各段母線電三、線路電壓,電流和有功、無功功率值。饋線電流,電玉和有功、無功功率值。

4.3 事件記錄和故障錄波測(cè)距

事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動(dòng)作序列記錄,開關(guān)跳合記錄。

變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn),一是集中式配置專用故障錄波器,并能與監(jiān)控系統(tǒng)通信。另一種是分散型,即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及距計(jì)算,再將數(shù)字化的波型及測(cè)距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)和分析。

4.4 控制和操作功能

操作人員可通過后臺(tái)機(jī)屏幕對(duì)斷路器,隔離開三,變壓器分接頭,電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為防止系統(tǒng)故障時(shí)無法操作被控設(shè)備,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)保留人工直接跳合閘手段。

4.5 防誤閉鎖功能

生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的防誤閉鎖裝置主要實(shí)現(xiàn)五防功能:防二三負(fù)荷拉、合隔離開關(guān);防止帶接地線(接地開關(guān))合閘;防止人員誤入帶電間隔;防止誤分、誤合斷路器;防止帶電掛接地線(合接地開關(guān));以及防止非同期并列等。實(shí)現(xiàn)閉鎖非同期并列的基本方法是通過壓差和頻差鑒定裝置實(shí)現(xiàn)同期閉鎖,倒閘操作過程中及時(shí)投入同期閉鎖裝置,以防止非同期供電的兩個(gè)系統(tǒng)非同期合閘。

五防功能的實(shí)現(xiàn)方法和特點(diǎn)。對(duì)于手動(dòng)操作的開關(guān)設(shè)備,一般采用機(jī)械方式達(dá)到機(jī)械聯(lián)鎖;電動(dòng)操作的開關(guān)設(shè)備通過斷路器輔助轉(zhuǎn)換開關(guān)中的輔助接點(diǎn)按照一定的邏輯關(guān)系接入控制回路,以實(shí)現(xiàn)操作互鎖。

4.6 系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能,并把數(shù)據(jù)送往后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。對(duì)裝置本身實(shí)時(shí)自檢功能,方便維護(hù)與維修,可對(duì)其各部分采用查詢標(biāo)準(zhǔn)輸入檢測(cè)等方法實(shí)時(shí)檢查,能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷,并給出提示,指出故障位置。

4.7 數(shù)據(jù)處理和記錄

歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲(chǔ)是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容,它包括上一級(jí)調(diào)度中心,變電管理和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù),主要有:斷路器動(dòng)作次數(shù);斷路器切除故障時(shí)截?cái)嗳萘亢吞l操作次數(shù)的累計(jì)數(shù);輸電線路的有功、無功,變壓器的有功、無功、母線電壓定時(shí)記錄的最大,最小值及其時(shí)間;獨(dú)立負(fù)荷有功、無功,每天的峰谷值及其時(shí)間;控制操作及修改整定值的記錄。根據(jù)需要,該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn)。

4.8 本功能在常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)“四遙”的基礎(chǔ)上增加了遠(yuǎn)方修改整定保護(hù)定值、故障錄波與測(cè)距信號(hào)的遠(yuǎn)傳等,其信息量遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。還應(yīng)具有同調(diào)度中心對(duì)時(shí),統(tǒng)一時(shí)鐘的功能和當(dāng)?shù)剡\(yùn)行維護(hù)功能。

結(jié)語

隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展,一方面綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng),已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。另一方面,保護(hù)本身也需要自檢查、故障錄波、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等更強(qiáng)健的功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),是電力系統(tǒng)發(fā)展的新的趨勢(shì)。