变电站综合自动化系统的设计和研究

时间：2024-09-03

孙勤，冯伟（四川省电力公司南充供电公司，四川南充637000）

变电站综合自动化系统的设计和研究

孙勤，冯伟（四川省电力公司南充供电公司，四川南充637000）

变电站综合自动化技术将是电网未来的发展趋势，伴随着电网改造的深入，绝大部分变电站都将要进行综合自动化改造实现变电所的综合自动化，进而实现无人值班，减轻人员紧缺压力，使企业的经济效益得到提升。通过对变电站综合自动化系统的了解，本文主要完成了以下几方面工作：①了解变电站综合自动化系统的发展情况及未来的发展趋势；②通过对比几种综合自动化系统的结构，确定分层分布式的结构设计进行变电站综合自动化系统的部分结构设计，对继电保护算法进行比较后选定变电站微机继电保护系统技术原则；③对数据采集系统的选定进行了详细介绍。

变电站综合系统化；继电保护；系统

引言

变电站综合自动化系统是由大规模集成电路和计算机构成的，它的主要作用就是代替以往的控制屏、中央信号系统等设备，通过微机保护取代以往的继电保护屏，从而解决常规的继电保护装置无法与外界通信的问题。当前国内外变电站综合自动化系统的结构按照其设计思想可以范围集中式、分布式、分散分布式集中。计算机网络通讯技术和微机实时技术在电力系统变电站自动化系统中的应用，为进一步提高变电站的自动化水平开辟了新的途径。建立一个监视自动化、实时信息共享、管理信息化的变电站综合系统已经是未来的发展走势。

变电站综合自动化技术在多年发展以后已经达到一定技术水平，在电网改造与建设时，中低压变电站可以实现无人值守，使得电网建设变得越来越现代化，因而变电站建设的总体成本有所降低。但是现有的综合变电站自动化系统仍存在许多问题，诸如：油浸式电流互感器的爆炸会使得变电站一次设备收到较大损坏；剩磁问题的存在给继电保护的设计带来很大困难；电容式电压互感器的暂态特点是可能造成迅速保护的误动作等等一些方面。

1 变电站综合自动化系统的设计

1.1 变电站综合自动化系统设计原则

变电站综合自动化的基础是由数据采集与控制系统、继电保护系统和站用电源系统三大单元组成的。通信控制系统是桥梁，他将变电站内部各系统之间、变电站与调度中心联系起来，使他们之间的数据可以相互交换。该变电站计算机监控系统，做好了全变电站系统的协调与控制、管理，向运行操作人员提供变电站运行中各种数据、接线图及表格等画面，使操作员能够控制遥控断路器，同时也提供了维护和操作人员在监控、控制自动化系统装置技术措施；按照操作人员命令或预先设计好的程序完成各种复杂的操作。通讯控制部分连接系统的各个部分，承担命令和数据的传递，在整个过程中进行控制、管理、协调；继电保护、自动化装置肩负着电气设备和系统的安全；对于站用电源系统，全站直流、通信、交流等电源都需要引入一体化设计、监控与配置，其中运行工作情况以及相关的专业数据都可以通过相关系统显示出来，并且采用标准化的格式录入到相关系统当中。

1.2 变电站计算机监控系统技术原则

1.2.1 变电站计算机监控系统设计原则

要提高变电站安全生产水平、供电质量和技术管理水平，使变电站运行方便、维护简单，提高劳动生产率和运营效益，实现减人增效的目的，减少二次设备间的连线，节约控制电缆，整合变电站设备的配置，防止设备重复配置，达到资源共享的目的，减小变电站占地面积，压缩工程造价。

变电站计算机监控系统在选型时要做到可靠、安全、经济实用、技术先进和符合现有国情。应采用具备开放性、抗干扰性强、可扩充性、成熟且可靠的产品；能够实现对变电站实用、可靠、完善的监视、控制和测量，并且具备遥测、遥控、遥调、遥信等全部的运动功能，具有与调度通信中心计算机系统交换信息的能力。

1.2.2 变电站计算机监控系统构成

变电站计算机监控系统可以划分为站控层和间隔层，同时通过引入分层、开放式网络系统等实现了彼此互联。控制层则是由计算机监控系统、操作员站和各个功能站构成，提供人机界面、管理和控制，并与调度中心通信。间隔层由一个由公制网络和计算机网络连接的监控子系统共同组成的。在站控制层和网络存在故障时，可以进行空间设备的现场监控。站控层与间隔层一般直接连接，也可通过前置设备进行连接。

1.3 变电站综合自动化系统的设计结构

1.3.1 系统网络结构

变电站自动化系统使用的是开放式的分层布式系统，使用的是“三层一网”结构，即间隔层、站控层、过程层，“一网”指站控层网。

1.3.2 系统网络功能

变电站的计算机监控系统主要应用分布式网络机制，以及相应的协议是IP协议。网络、站控层、网络媒体可以使用总线网络、双绞线或者光纤、单一网络结构。监控系统的构成，可以有效实现设备的测控、测量、监控和可靠性、完整性和合理性。此外还具有运动功能，包括远程测量、远程通信、远程调控及与监控中心实现信息的实时交换等。

2 变电站综合自动化系统数据采集

2.1 检测、控制对象

变电站综合自动化系统的监测和控制对象包括：①各线路中的断路和不同等级的隔离开关，以及一些接地开关等；②主变压器的分接头调节及10kV无功补偿装置自动投切；③直流电源和UPS及其他备用装置；④变电站内的控制系统和备用电源；⑤通信装置和电源，及其发送的信号；⑥监控与报警单元发送的信号。

检测量包括以下几部分：①110kV线路三相电流、三相电压、有功功率和无功功率；②110kV桥开关断路电气三相电流；③10kV线路、接地变出线三相电流、无功率；④主变压器高、低压侧三相电流、三相电压、有功功率、无功功率；⑤消弧线圈另序电流；⑥主变压器上层油温、绕阻温度；⑦充电进线电流、电压；⑧浮充电进线电流、电压；⑨直流绝缘监视：正对滴电压、负对地电压；⑩室外温度和二次设备室温度。

2.2 系统功能说明及性能指标

110kV间隔：

保护功能：110kV变电站的进线端一般不配置保护装置，因为上一级已经可设置了保护装置，当然也可以由主变后备机芯保护，可以根据需要来选择。

测控功能：通过数字断路器对住变进行测量，其功能如下：

遥测量：Ⅰa、Ⅰb、各种电压电流量和功率因素等；

遥控量：8路开出；

遥信量：16组220V/110V开入量；

自动控制功能：专门提供HSB5620备用电源自投装置，来实现控制功能。

2.3 数据的采集与处理

对生产单元的各种模拟量数字量和非电气量信号采集并处理，这可以通过中间层采集单元进行。生产过程中涉及的设备主要包括TA、TV、直流系统、以及各种变换系统。处理采集到的信号，主要是过滤波检查其有效性并消除一些干扰。本系统采用的数据库结构是分布式的，这样可以方便进行数据处理，其中模拟量和开关量的采集方式有差别，前者采用交流采方式。后一种方式采集到的信号没有点抖动问题，因而大多数会选择次方法进行采集。

2.4 统计计算

系统可以对采集到的数据信息进行统计计算这些需要计算的数据很多，其中一些主要的常用的有各项功率，电压电流和负荷。此外还包括一些计算量，如最大最小值和其出现时间，日期。此外还包括一些逻辑值及其运算，如设备状态和开关状态，还提供一些标准计算函数，可以利用这些函数进行统计分析，对于不同类型的工程要选择适合的算法进行运算。

3 变电站微机继电保护系统

3.1 微机保护基础概述

继电保护技术是实践性很强的工程类科学。高频保护、光钎保护、微波保护就是电子技术、通信技术、计算机技术发展的反映。20世纪下半叶，计算机通信技术的发展对社会各行业都产生了巨大的影响，继电保护也不例外。在20世纪60年代末，一些研究人员设想用计算机来进行继电保护，受到此种启发之后很多学者开始试图对实现此种保护的算法进行设计与研究。正是在送一基础上才在随后几年内出现了小型的微机继电保护装置。随后经过几年的发展，送种保护装置已经得到成熟与完善，其中一些已经投入到系统中并得到了较好的应用效果。随后受到软件快速发展的推动，送种微机继电保护装置并在一些国家各方面性能也得了不断的提升，其中最主要的就是可W实现智能远程控制，这样为其应用范围的进一步扩大奠定了基础。

3.2 变电站微机继电保护系统技术原则

（1）对双端有电源或双回线并列运行的没回110、35kV线路两侧各配置一套符合要求的零序电流方向保护装置，后备保护采用远后备方式。

（2）对于单侧电源线路、110kV线路的电源侧各配置一套阶段式相间距离、接地距离及零序电流方向保护，35kV线路的电源侧仅需配置一套电流保护。

（3）对于电厂出线或较重要的110kV联络线，可配置微机型光钎差动保护或高频闭锁距离保护。

（4）电缆长度小于5km的架空短线路，应该根据需要设置专门的符合保护。