變電站綜合自動化系統(tǒng)中保護(hù)與自動裝置的功能配置

劉燕+夏智武

摘 要 主要探討變電站綜合自動化系統(tǒng)中的結(jié)構(gòu)形式、主要特點(diǎn)和自動裝置的功能配置。同時，對微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析。

關(guān)鍵詞 綜合自動化系統(tǒng)；保護(hù)與自動裝置；功能配置

中圖分類號：TM766 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0029-02

電力系統(tǒng)中變電站運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性以及經(jīng)濟(jì)性很大程度上依靠變電站的繼電保護(hù)與控制和監(jiān)測手段的完善以及它們經(jīng)濟(jì)性、可靠性和技術(shù)指標(biāo)等多方面因素。變電站綜合自動化系統(tǒng)是以計算機(jī)為主導(dǎo)，把變電站一、二次設(shè)備組合成網(wǎng)絡(luò)化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，逐漸取代了傳統(tǒng)的繼電保護(hù)屏，打破了傳統(tǒng)繼電保護(hù)不能進(jìn)行外部通信的局面。同時，變電站綜合自動化系統(tǒng)能夠采集到相對完備的信息、數(shù)據(jù)，并應(yīng)用計算機(jī)的計算、分析功能，控制、監(jiān)視變電站內(nèi)部各類設(shè)施的運(yùn)行及操作，具有運(yùn)行工作管理智能化、操作監(jiān)視屏幕化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化以及功能綜合化等特點(diǎn)。

1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的主要功能

1.1 系統(tǒng)中的監(jiān)測功能

自動化系統(tǒng)在對變電站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、打印的同時，使相關(guān)工作人員對變電站運(yùn)行狀況有所了解，一旦出現(xiàn)問題可及時采取措施。采集到的數(shù)據(jù)主要包括：模擬量、開關(guān)量以及脈沖量三大類。

1）采集數(shù)據(jù)中的模擬量。變電站監(jiān)測的模擬量包含主變一次、二次以及各線路電流，各母線與重要線路的電壓，變壓器分接頭位置、主變溫度與室溫、母線零序電壓、各線路零序電流等。同時變壓器分接頭位置、主變溫度與室溫、母線零序電壓也能用開關(guān)量、脈沖量監(jiān)測。

2）采集數(shù)據(jù)中的開關(guān)量。變電站進(jìn)行監(jiān)測的開關(guān)量主要包括各種刀閘、開關(guān)、交直流電源運(yùn)行狀況、變壓器運(yùn)行狀況、各微機(jī)運(yùn)行狀況、開關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)行狀況、繼電保護(hù)動作信息以及變壓器分接頭等。

開關(guān)量的輸入方法主要有微機(jī)串行口輸入或接點(diǎn)輸入，而對于開關(guān)等監(jiān)測對象應(yīng)使用具有互異狀態(tài)特點(diǎn)的雙接點(diǎn)輸入方法，可起到提升可靠性的作用。

3）采集數(shù)據(jù)中的脈沖量。變電站監(jiān)測的脈沖量主要包括線路、主變一次與二次的無功電度量和有功電度量、用電的有功電度量、電容器的無功電度量等

1.2 系統(tǒng)中的監(jiān)控功能

變電站綜合自動化系統(tǒng)能夠提供可靠、便捷的人機(jī)通話，工作人員可使用顯示器、鍵盤進(jìn)行刀閘、開關(guān)、變壓器分接頭的操作。此系統(tǒng)也可依據(jù)電網(wǎng)工作狀況實(shí)現(xiàn)自動開關(guān)控制或變壓器分接頭。全部可靠性操作在軟硬件設(shè)計時要滿足雙重化的基本原則。手動操作開關(guān)的方法主要有鍵盤操作、把手操作以及保護(hù)柜操作。當(dāng)處于正常條件下，可選用鍵盤操作方法；在非正常條件下，可選用把手操作和保護(hù)柜操作的方法。保護(hù)柜操作方法可以利用柜上按鈕或保護(hù)機(jī)鍵盤來實(shí)現(xiàn)。

變電站監(jiān)測的主要內(nèi)容有下面幾項。

1）跳閘統(tǒng)計。主要是統(tǒng)計跳閘次數(shù)，內(nèi)容包含手動跳閘次數(shù)和事故跳閘次數(shù)的統(tǒng)計。

2）接地選相。中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，一旦電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障，可使用相電壓降、零序電流、零序電壓增量判斷接地線路及其相別，同時也可運(yùn)用功率方向法等作出判斷。為了確保其可靠性，要進(jìn)行多次采樣后才可確定。在確定之后，主機(jī)進(jìn)行報警，并顯示、打印。工作人員參照提示，運(yùn)用人為檢除法跳開開關(guān)自動重合，驗(yàn)證主機(jī)判斷情況。

3）無功電壓的自動操控。依照電網(wǎng)無功、電壓計算和判斷選擇調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置，還是投切電容器，進(jìn)而使無功和電壓符合要求。此外，在電網(wǎng)、電容器或變壓器出現(xiàn)故障時不要誤動，且電容器處于檢修狀態(tài)下，不應(yīng)讓其參與控制。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)中主控室的結(jié)構(gòu)配置

1）模擬屏式。主控室模擬屏前方設(shè)置微機(jī)臺，其內(nèi)部主要放置微機(jī)和USB電源，上方放置主機(jī)顯示器CRT、打印機(jī)以及鍵盤。模擬屏的主結(jié)線圖上應(yīng)設(shè)置操作把手和儀表。其他物品，如交直流電源柜、監(jiān)控柜、電度表柜、變送器柜、保護(hù)柜等都要放在模擬屏后方，或其他房間。

2）控制臺式。主控室模擬屏前方設(shè)置控制臺，無模擬屏?？刂婆_的對面設(shè)置交直流電源柜、電度表柜、監(jiān)控柜、變送器柜以及保護(hù)柜等設(shè)備。此外，控制臺上方或周圍應(yīng)放置主機(jī)顯示器CRT、鍵盤以及打印機(jī)。必要的光字與儀表、操作把手、模擬主結(jié)線都要放置在控制臺上方。

3）微機(jī)臺式。主控室前方設(shè)置微機(jī)臺，無控制臺，且無模擬屏。主控室的后方設(shè)置交直流電源柜、電度表柜、監(jiān)控柜、變送器柜、保護(hù)柜等設(shè)備。主機(jī)及微機(jī)電源放到微機(jī)臺內(nèi)部，CRT、鍵盤、打印機(jī)放到微機(jī)臺上方。

3 微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)

1）高壓線路的微機(jī)保護(hù)。當(dāng)前，國內(nèi)高壓線路微機(jī)保護(hù)裝置的性能、原理、制造工藝以及技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到了世界先進(jìn)水平，微機(jī)保護(hù)的正確率已超越了常規(guī)化保護(hù)。

對于高壓以及超高壓輸電線的微機(jī)保護(hù)裝置而言，多單片機(jī)組成的多CPU硬件已經(jīng)作為現(xiàn)今的通用標(biāo)準(zhǔn)。這種微機(jī)保護(hù)裝置的基本特點(diǎn)：電壓頻率轉(zhuǎn)換原理的數(shù)據(jù)采集是整個設(shè)備的公用部分，它的頻率信號輸出會分別輸送至每個保護(hù)插件，然后經(jīng)每個保護(hù)插件實(shí)現(xiàn)測頻、變換采樣值標(biāo)度以及保護(hù)功能計算。三個保護(hù)CPU將分別處理高頻保護(hù)、距離保護(hù)以及零序保護(hù)。監(jiān)控CPU通常負(fù)責(zé)人機(jī)接口、通信控制、保護(hù)定值管理、保護(hù)CPU運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控等。

多個CPU保護(hù)裝置除了處理繼電保護(hù)外，也要實(shí)現(xiàn)臨近線路的后備保護(hù)。當(dāng)零序保護(hù)CPU插件或距離保護(hù)CPU插件出現(xiàn)問題時，縱然線路的主保護(hù)能實(shí)現(xiàn)工作，但它卻會失去遠(yuǎn)方后備的保護(hù)作用。因此從上面來看，高壓、超高壓輸電線路中，主保護(hù)、后備保護(hù)均要實(shí)現(xiàn)配置雙重化。然而對于110 kV及其以下輸電線路通常僅配置一個線路保護(hù)。

2）微機(jī)元件的繼電保護(hù)。微機(jī)元件的保護(hù)樣式有許多且具有結(jié)構(gòu)特色，主要有單片機(jī)型、工控機(jī)型保護(hù)。很多廠商借鑒于線路微機(jī)保護(hù)開發(fā)及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)而推出了很多與其結(jié)構(gòu)相近的單片機(jī)型微機(jī)元件保護(hù)。

利用工控機(jī)完成微機(jī)保護(hù)，主要有可靠性高、成本低、規(guī)模小等特點(diǎn)。工控機(jī)易組合、接口簡單、功能易拓展，能夠減少微機(jī)保護(hù)裝置的開發(fā)時間，最終一定會在微機(jī)繼電保護(hù)發(fā)展中表現(xiàn)出旺盛生命力。

3）低壓線路微機(jī)保護(hù)。這一裝置通?？煞譃椤耙粚σ弧狈椒ǎ匆惶自O(shè)備完成一條線路保護(hù)和“一對多”方法，即一套設(shè)備完成多條線路保護(hù)。對于“一對一”方法，有些廠家使用封閉式設(shè)計，起到了防塵、抗潮、抗干擾的作用，并且具有安全性、可靠性、節(jié)約性特點(diǎn)。而“一對多”方法的有分布式結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)，同時便于安裝及日常維護(hù)，一般在中低壓變電站廣為使用。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了變電站綜合自動化系統(tǒng)中保護(hù)與自動裝置的功能配置。其中主要針對系統(tǒng)內(nèi)部的主要功能、主控室的結(jié)構(gòu)配置以及微機(jī)保護(hù)裝置的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述，以此指導(dǎo)實(shí)踐活動。

參考文獻(xiàn)

[1]王亞力.變電站綜合自動化系統(tǒng)在變電所中的應(yīng)用[J].萊鋼科技，2012（6）：32-34.

[2]袁季修.變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)和通信[J].微計算機(jī)信息，2010（12）：11-14.

[3]鄧曉燕，俞鶴鳴.變電站綜合自動化系統(tǒng)中的控制與保護(hù)[J].石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報，2008（4）：37-41.endprint