淺析變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

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 一、 概述

　　電網(wǎng)是一個(gè)不可分割的整體，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。變電站綜合自動(dòng)化是一項(xiàng)提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，向用戶提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。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)。 二、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　目前從國(guó)內(nèi)、外變電站綜合自動(dòng)化的開展情況而言，大致存在以下幾種結(jié)構(gòu)： 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，解決了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。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自問世以來，顯示出強(qiáng)大的生命力。目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問題等。 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／O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。目前國(guó)內(nèi)許多的廠家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，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。 ３．分層分布式結(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)。 　?。?） 可擴(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)。 三、常見通訊方式 　　目前國(guó)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?，F(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： 　　1） 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)。 　　2） 單以太網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機(jī)模式。 　　3） 雙LON網(wǎng)，雙監(jiān)控機(jī)模式。 　　4） 單LON網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機(jī)模式。 四、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)的功能 １. 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)及備自投，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：  　?。保┕收嫌涗?　?。玻┐鎯?chǔ)多套定值 　?。常╋@示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ?　?。矗┡c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。 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) 　?。保顟B(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)、事故跳閘總信號(hào)、預(yù)告信號(hào)等。目前這些信號(hào)大部分采用光電隔離方式輸入系統(tǒng)，也可通過通信方式獲得。 　?。玻┠M量采集 　　常規(guī)變電站采集的典型模擬量包括：各段母線電壓、線路電壓，電流和有功、無功功率值。饋線電流，電壓和有功、無功功率值。 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)裝置兼作記錄及測(cè)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)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)和分析。 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，隔離開關(guān)，變壓器分接頭，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作。為了防止系統(tǒng)故障時(shí)無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保留人工直接跳合閘手段。 ５.防誤閉鎖功能 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。 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： 　　１）斷路器動(dòng)作次數(shù)； 　?。玻嗦菲髑谐收蠒r(shí)截?cái)嗳萘亢吞l操作次數(shù)的累計(jì)數(shù)； 　?。常┹旊娋€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； 　　４）獨(dú)立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時(shí)間； 　?。担┛刂撇僮骷靶薷恼ㄖ档挠涗?。 　　根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動(dòng)操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。 ８. 人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)的自診斷功能 　　系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診、斷信息也像被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺(tái)機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心與遠(yuǎn)方控制中心的通信。 ９. 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。 五、結(jié)語 　　通過以上分析，可以看到變電所綜合自動(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。隨著技術(shù)的進(jìn)步和硬件軟件環(huán)境的改善，它的優(yōu)越性必將進(jìn)一步體現(xiàn)出來。   （由咸陽(yáng)供電局亨通電建公司供稿）   參考文獻(xiàn) [1] 楊奇遜.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1995，19(10) [2]　王海猷，賀仁睦.變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控主站的系統(tǒng)資源平衡.電網(wǎng)技術(shù)，1999，23(3