220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用探討

張濤

摘 要：220kV老舊變電站已不能跟上現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，逐步對其進行綜合自動化改造是必然的趨勢。文章從變電站綜合自動化的背景出發(fā)，介紹了變電站綜合自動化的基本概念、優(yōu)點、及我國變電站建設(shè)中存在的問題；闡述了變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)遵守的基本原則，并設(shè)計了一種典型的變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式。

關(guān)鍵詞：變電站；綜合自動化；改造

前言

變電站是電網(wǎng)的樞紐，是電力系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的中間設(shè)施，它最重要的功能是完成電壓轉(zhuǎn)化。隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，220kV傳統(tǒng)變電站已跟不上現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展。因此，在大力建設(shè)新變電站的同時，另一項重要的任務(wù)就是對220kV傳統(tǒng)變電站進行綜合自動化改造，以促進我國電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行。

1 傳統(tǒng)變電站存在的問題

變電站在電力系統(tǒng)中起著電能轉(zhuǎn)換和分配的關(guān)鍵作用。220kV變電站是目前我國數(shù)量最多用途最廣泛的變電站。隨著大容量發(fā)電機組以及超高壓大電網(wǎng)的應(yīng)用，傳統(tǒng)變電站的人工抄表、手動記錄、工人操作等落后的管理方式已經(jīng)完全不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的管理要求[1]。傳統(tǒng)的變電站設(shè)備逐漸老化，技術(shù)逐步落后，其存在的問題可以總結(jié)如下：

（1）安全可靠性差、維護困難。傳統(tǒng)220kV變電站中存在大量的常規(guī)設(shè)備，特別是繼電保護和自動裝置、遠動裝置等關(guān)鍵二次設(shè)備多為老舊的電磁型或晶體管式設(shè)備[2]，這些設(shè)備由于年代局限，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修困難、安全性和可靠性都較低。

（2）供電質(zhì)量低。傳統(tǒng)220kV變電站一般沒有調(diào)壓裝置，對于諧波污染等問題并沒有相應(yīng)的處理，在電能質(zhì)量評價上也沒有可參考的標準，供電質(zhì)量非常低下，無法適應(yīng)電力市場的新需求。

（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、浪費空間。由于傳統(tǒng)變電站中有許多電磁式和晶體管式的二次設(shè)備，集成度低，占用空間非常嚴重。這不但不符合美觀要求，也很大程度上擠占了人類有限的生存空間。

（4）自動化程度低。在經(jīng)濟社會的發(fā)展背景下，我國變電站數(shù)量越來越多，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，其維護和管理要求越來越高。而傳統(tǒng)變電站的老舊設(shè)備一般不具備實現(xiàn)全自動化的條件，因而無法實現(xiàn)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測與控制要求[3]。

2 綜合自動化的基本概念

綜合自動化并沒有完全權(quán)威的定義，但是從功能和特點等方面來看，可以將其定義為：通過綜合應(yīng)用現(xiàn)代通信電子技術(shù)對變電站二次設(shè)備的傳統(tǒng)功能進行優(yōu)化組合和設(shè)計，從而實現(xiàn)變電站設(shè)備的實時監(jiān)測和控制的一種自動化系統(tǒng)。在綜合自動化系統(tǒng)的調(diào)協(xié)下，變電站可以很方便地實現(xiàn)設(shè)備互連和數(shù)據(jù)共享，使其運行更加安全穩(wěn)定，維護更加方便，效益更加顯著。變電站綜合自功化系統(tǒng)具有供電質(zhì)量高、功能豐富、安全穩(wěn)定、運行可靠、管理方便、占地面積小、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低廉、易于維護、智能程度高等優(yōu)點。

3 220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與實施是一項復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)工程，必須遵循一定的設(shè)計原則，才能達到提高性能的目標。首先，變電站綜合自動化是電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的一部分，必須與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的總體要求保持兼容，應(yīng)提供人機接口和遠程通信平臺，以實現(xiàn)變電站運行狀況的實時監(jiān)控；其次，系統(tǒng)應(yīng)采用分層分布結(jié)構(gòu)，引入現(xiàn)場總線和工業(yè)以太網(wǎng)，考慮冗余配置，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的高效性；最后，變電站繼電保護功能是相互獨立的，互不干涉，但應(yīng)實現(xiàn)集中管理。同時應(yīng)具備操作權(quán)限分級和防誤操作閉鎖等功能，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)最關(guān)鍵的功能是通過先進的計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬儀表系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動化的站內(nèi)監(jiān)測。從系統(tǒng)功能上看，具體應(yīng)包括的功能有：數(shù)據(jù)采集（包括模擬量、開關(guān)量和電能量）、事件順序記錄、故障錄波和測距、諧波分析、異常記錄、遠程控制、實時監(jiān)視、人機交互、參數(shù)修改、微機保護、故障自診斷、自閉鎖和自恢復(fù)、數(shù)據(jù)處理（包括存儲、統(tǒng)計、顯示和打?。?。從系統(tǒng)性能上看，應(yīng)滿足快速性、靈敏性和可靠性等要求。

3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

變電站綜合自動化系統(tǒng)從縱向看分為間隔層和站控層，從橫向看則包括了各種電壓等級的輸電線路、母線設(shè)備和主變等一次設(shè)備。系統(tǒng)的概要設(shè)計遵從面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想，把各模塊的二次功能分隔到間隔層中，從而使其功能獨立、性能并發(fā)，通過計算機系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守的管理模式，實現(xiàn)變電站的全面監(jiān)測和運行管理。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)總體上采用了分層分布式的結(jié)構(gòu)形式，分為管理級、站控級和現(xiàn)場級三個層次?，F(xiàn)場級的設(shè)計依據(jù)是一次設(shè)備，可以分散控制和故障，精簡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場級設(shè)備與站控級設(shè)備以現(xiàn)場總線相連，通過站控計算機與管理級相連。系統(tǒng)硬件主要有工作站、測控裝置、路由器、智能網(wǎng)關(guān)、規(guī)約轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器和GPS接收裝置。為了保證系統(tǒng)可靠性和開放性、網(wǎng)絡(luò)使用了雙以太網(wǎng)組網(wǎng)，信息的傳輸方式、通信協(xié)議和接口要求與主站保持一致。為了實現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備的時鐘一致性，系統(tǒng)中安裝了GPS對時裝置，可以完成繼電保護、自動裝置、故障錄波器、測控裝置的時鐘對時。全站配置了1臺高性能工控機，運行Windows 7操作系統(tǒng)。測控設(shè)備采用RCS-9700系列測控裝置，該系列產(chǎn)品具有很強的電磁兼容和抗干擾性能，能在極端環(huán)境下穩(wěn)定工作。通訊控制器采用RCS-9698D遠動通信儀。整個系統(tǒng)性能大大提升。

4 結(jié)束語

220kV傳統(tǒng)變電站數(shù)量眾多，其老舊的設(shè)備及人工管理方式已無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的要求，存在著可靠性差、維護困難、供電質(zhì)量低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、浪費空間、自動化程序低等嚴重問題。通過現(xiàn)代電力電子技術(shù)的綜合應(yīng)用，可對變電站進行優(yōu)化組合和設(shè)計，從而實現(xiàn)綜合自動化。通過引入先進的計算機自動監(jiān)控系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的模擬儀表系統(tǒng)，采用分層分布模式對220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)功能豐富、通信效率高、運行可靠性強，同時具有良好的擴展性。綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用使變電站運行更加安全穩(wěn)定，維護更加方便，經(jīng)濟效益更加顯著，適應(yīng)了新時期電力電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展需求。

參考文獻

[1]吳添鷹.變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展與展望[J].中國設(shè)備工程，2017（04）：145-146.

[2]吳芳.220kV傳統(tǒng)變電站綜合自動化技術(shù)的運用[J].自動化應(yīng)用，2015（11）：103-104.

[3]王霞，李銀平，王帥斌，等.變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題[J].電氣制造，2013（11）：71-73.