尹琪彬

(全州縣水利電業(yè)有限公司，廣西 全州 541500)

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35kV變電站無人值守自動化系統(tǒng)設(shè)計初探

尹琪彬

(全州縣水利電業(yè)有限公司，廣西 全州 541500)

35 kV變電站是整個縣級電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，其承擔(dān)著縣級電網(wǎng)中電能輸送、監(jiān)測、控制等任務(wù)；但是35 kV變電站較為分散，調(diào)度管理中的實(shí)時性較差，加上管理人員不足，嚴(yán)重影響智能電網(wǎng)的發(fā)展?；跓o人值守的35 kV變電站，設(shè)計了縣級電網(wǎng)變電站無人值守自動化系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了后臺系統(tǒng)和遙視系統(tǒng)的設(shè)計，很好地克服了傳統(tǒng)四遙系統(tǒng)中存在的問題。圖4幅，表1個。

智能電網(wǎng)；無人值守；變電站；自動化系統(tǒng)

1 概 述

我國“十二五”規(guī)劃中重點(diǎn)提到了“智能電網(wǎng)”的建設(shè)，因此電力系統(tǒng)中的自動化技術(shù)就顯得尤為重要[1]。35 kV變電站作為縣級電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著縣級電網(wǎng)中電能輸送、監(jiān)測、控制、管理等任務(wù)。

廣西全州縣變電站較為分散，工作人員較少且老齡化嚴(yán)重，如果繼續(xù)招聘新員工會影響整體的效益，因此實(shí)現(xiàn)無人值守自動化控制就成為必然。變電站無人值守自動化系統(tǒng)是對變電站設(shè)備完善協(xié)調(diào)的一種現(xiàn)代化綜合管理，其可以實(shí)現(xiàn)五遙功能，這樣不但降低了運(yùn)營成本，而且提高了管理水平[2_3]。無人值守變電站指的是變電站沒有固定的運(yùn)行人員，只有個別的守衛(wèi)人員負(fù)責(zé)應(yīng)對突發(fā)事件；對于接線復(fù)雜的縣級電網(wǎng)來說，真正意義上的無人值守很難實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)階段，全縣35 kV變電站大多完成了技術(shù)改造，但是軟硬件水平很低，主要存在以下幾個問題：

(1)輸變電一次設(shè)備可靠性差，遠(yuǎn)動子站的輸送雖已采用了光纖傳輸，但不是專用電力光纖，可靠性不穩(wěn)定，無法實(shí)現(xiàn)直采直送，降低了控制的可靠性。

(2)二次設(shè)備中存在許多傳統(tǒng)的小規(guī)模電路，這些電路往往不具備自檢能力，致使維護(hù)工作量很大，無法實(shí)現(xiàn)智能化。

(3)遠(yuǎn)動裝置的內(nèi)存容量很低，無法給調(diào)度中心提供大量的信息，缺乏有效的調(diào)節(jié)手段，不能滿足實(shí)時監(jiān)測的要求。

(4)目前的自動化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遙測和遙信，但是還不能實(shí)現(xiàn)遙控、遙視、遙調(diào)。

2 系統(tǒng)組成

35 kV變電站無人值守自動化系統(tǒng)的設(shè)計原則就是通過智能電網(wǎng)的理念，對整個縣級電網(wǎng)進(jìn)行建模，得到安全可靠的設(shè)計方案，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

35 kV變電站無人值守自動化系統(tǒng)最重要的設(shè)備是集控站，其負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理等[4]。無人值守系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)相比增加了微機(jī)自動巡視和跟蹤功能(見圖1)。

圖1 無人值守系統(tǒng)功能示意

受控子站主要包括測控通訊模塊、遠(yuǎn)動通信模塊、微機(jī)五防模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、保護(hù)測控模塊、視頻監(jiān)控模塊等，由這些子站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時采集、通信、終端控制等功能。這些受控子站的分布模式主要有集中式、集中分布式、分散式3種[5]。

本設(shè)計中采用的是許繼集團(tuán)CBZ8000自動化系統(tǒng)，包括站控層、通訊層、裝置層3部分(見圖2)。整個系統(tǒng)采用面向?qū)ο笤O(shè)計，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不設(shè)置總控單元，測控單元均為模塊化結(jié)構(gòu)并分散式安裝。

圖2 許繼CBZ8000自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

以縣級電網(wǎng)內(nèi)的20個變電站為研究對象，構(gòu)造無人值守自動化控制系統(tǒng)，在遙測和遙信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能。集控主站內(nèi)的電氣設(shè)備主要有：接地裝置、35 kV進(jìn)線、斷路器、無功補(bǔ)償裝置、電源、主變壓器、10 kV饋線等。

3 后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

CBZ8000自動化系統(tǒng)支持Windows XP操作系統(tǒng)，利用SQL Server 2000構(gòu)造數(shù)據(jù)庫，基于Visual Basic語言編制程序。實(shí)現(xiàn)無人值守自動化模型，需要得到正確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時分析。節(jié)點(diǎn)與指路的關(guān)系通常用矩陣A表示[4_5]：

A=[aij]n×n(i，j=1，2，3…n)

式中，n為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)aij=0代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間沒有直接相連；當(dāng)aij=1代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間直接相連。定義上述A矩陣為一級矩陣，則A2為二級矩陣，An-1為n-1級矩陣。

An-1=[aijn-1]n×n(i，j=1，2，3…n)

式中，aijn-1=0代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j沒有支路直接連接，并且要經(jīng)過其他1，2，…，n-2個節(jié)點(diǎn)連接；aijn-1=1代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j有支路直接連接，或要經(jīng)過其他1，2，…，n-2個節(jié)點(diǎn)連接。

上述算法即為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性的驗(yàn)證，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣自動生成可以大大降低計算工作量。

進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)前要完成登陸，系統(tǒng)設(shè)計時一定要根據(jù)不同的用戶組設(shè)置不同的權(quán)限，進(jìn)入登陸系統(tǒng)后就可以查詢各個子系統(tǒng)的狀態(tài)，還可以查看整個變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)(見圖3)。監(jiān)控系統(tǒng)還可以查看變壓器和進(jìn)線的調(diào)度，如感性有功電度、感性無功電度、容性有功電度、容性無功電度等。

圖3 直流遙測系統(tǒng)顯示

變電站出現(xiàn)故障后，會彈出報警界面，同時記錄下超限值和發(fā)生故障的時間，工作人員需要查看上邊的提示，通過保護(hù)裝置進(jìn)行操作。例如，1條故障提示如下：“遙信告警： 2014_10_06 12∶23∶25 2014年10月06日12 時23分25秒514毫秒，無功補(bǔ)償2WDR—821 斷路器”。

本設(shè)計采用的終端設(shè)備是WYD—800系列RTU，由測控設(shè)備完成初始數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，經(jīng)以太網(wǎng)由終端設(shè)備傳輸?shù)郊卣尽］^以往系統(tǒng)相比，本次設(shè)計中改進(jìn)了微機(jī)五防操作系統(tǒng)，主機(jī)可以基于規(guī)則庫中的數(shù)據(jù)對實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯對比，并生成相應(yīng)的操作程序。操作票專家系統(tǒng)設(shè)置了5種開票方式：圖形開票、專家?guī)扉_票、調(diào)用典型票、手工開票、歷史操作票。

4 遙視系統(tǒng)設(shè)計及測試

現(xiàn)有變電站一般都具有四遙系統(tǒng)，本設(shè)計在這個基礎(chǔ)上增加了遙視系統(tǒng)，即遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：監(jiān)控35 kV變電站變壓器和主要設(shè)備情況；對周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)報警；對門禁情況進(jìn)行中心控制；輔助電力生產(chǎn)減少工作量。變電站遙視系統(tǒng)設(shè)備主要有：可控攝像機(jī)、煙霧傳感器、紅外傳感器、電源、計算機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器等(見圖4)[6]。

圖4 變電站遙視系統(tǒng)示意

中心監(jiān)控服務(wù)器是本系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著工作人員與前端設(shè)備聯(lián)絡(luò)的任務(wù)，其可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器模塊管理、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置、身份認(rèn)證、權(quán)限管理、視頻設(shè)備管理、鏡頭分組、報警和聯(lián)動、中心錄像、數(shù)據(jù)檢索、電子地圖等功能。

遙視系統(tǒng)應(yīng)用時，工作人員可以在集控站對變電站受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視，實(shí)現(xiàn)無人值守變電站的自動控制功能，并結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場球形攝像機(jī)(見表1)。

表1 子站采用的設(shè)備清單

5 結(jié) 語

基于全州縣的20 個35 kV變電站無人值守問題，設(shè)計了縣級電網(wǎng)變電站無人值守自動化系統(tǒng)。首先對整個系統(tǒng)組成進(jìn)行了介紹，隨后重點(diǎn)研究了后臺系統(tǒng)和遙視系統(tǒng)的設(shè)計，改進(jìn)的系統(tǒng)可以自動生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣，大大提升了工作效率。本系統(tǒng)很好地克服了傳統(tǒng)四遙系統(tǒng)中存在的問題，并在此基礎(chǔ)上增加了遙視系統(tǒng)，工作人員可以在集控站對變電站受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視。

[1] 張 劍,汪 強(qiáng),劉國建.滿足無人值守變電站監(jiān)控需求的收發(fā)信機(jī)方式[J].電力信息與通信技術(shù),2014(6):55_57.

[2] 金 慧.淺析直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的在無人值守變電站的應(yīng)用及設(shè)計[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2014(5):12_17.

[3] 尹茂林,張紀(jì)偉.適時監(jiān)控系統(tǒng)在無人值守變電站遠(yuǎn)程操作中的應(yīng)用[J].電氣時代,2014(8):58_59.

[4] 張永康.城市軌道交通直流電源監(jiān)控系統(tǒng)中無人值守新技術(shù)研究[J].上海電氣技術(shù),2013(3):53_57.

[5] 馬迅飛,毛承國,張進(jìn)鐸.面向無人值守機(jī)房的智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程,2014(1):41_43.

[6] 王 軍,張慧林,張 宏.農(nóng)網(wǎng)66 kV變電站無人值守改造方案[J].農(nóng)村電氣化,2013(10):16_18.

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責(zé)任編輯 吳 昊

2014-11-19

尹琪彬(1972-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)及其自動化的研究工作。 E_mail：hhyy0011000@163.com