【变电站综合自动化系统应用简析】 变电站自动化系统

　　摘 要:本文介绍了变电站综合自动化的设计原则和设计思路,并对系统结构模式、能实现的主要功能进行了分析。　　关键词:变电站 综合自动化系统 结构模式 主要功能　　中图分类号:TM76 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)05(c)-0027-01
　　变电所综合自动化是利用先进的自动化技术、计算机技术、通信技术和信号处理技术,将变电所的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计,实现对变电站内的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护,以及与调度通信等综合性的自动化功能。它部分或取代变电所常规二次系统、减少和代替运行值班人员对变电所的监视、控制的操作,使变电所能够更加安全、稳定、可靠的运行。
　　1 变电站综合自动化系统的硬件结构模式
　　从变电站综合自动化系统的发展过程来看,其结构模式通常可分为集中式、分布式和分散(层)分布式。
　　1.1 集中式系统结构
　　采用模块化、集中式立柜结构,各控制保护功能均集中在专用的采集、控制保护柜中,所有控制、保护、测量、报警等信号均在采集、控制保护柜内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机。集中模式一般要用功能和配置很强的计算机系统,各功能模块与硬件无关,用模块化软件连接实现。在硬件方面,集中采集信息,集中处理运算,各个控制单元的信号都用控制电缆送到主控室。其主要优点是信号采集处理集中,这种模式扩充性和维护性都较差而且投资大。该结构在早期自动化系统中应用较多,目前工矿企业的变电所综合自动化系统一般不采用这种结构。
　　1.2 分布式系统结构
　　分层分布式在逻辑上将变电所自动化系统划分为三层,即管理层(所级监控单元)、站控层和间隔层(间隔单元)。间隔层中各数据采集单元、控制单元(I/O单元)和保护单元分散安装在开关柜上或其它一次设备附近,各单元设备相互独立,通过通信网络互连,并与管理层和站控层通信,能在间隔层完成的功能,一般不依赖通信网络(如保护功能本身不依赖通信网络)。采用装设前置机,专门处理由各功能模块采集的信息,并将处理好的信息送到主机,以提高整个系统的处理能力。各单元之间用网络电缆或光缆连接起来构成一个分散式的监控系统,各单元相互独立,互不影响。整个功能模块集中于一个装置内,各机箱之间仅有通讯电缆连接,机箱与开关柜的连接可在出厂前作为开关柜的元件之一进行安装。这种系统的优点是:节省电缆,有很强的抗干扰能力,压缩了二次设备的占地面积。该模式在安装配置上即可就地分散安装,也可在控制室集中组屏或分散组屏。
　　分层分布式结构由于没有外部电缆引接,施工中二次电缆敷设工作量大为减少,消除了施工中的人为事故因素,也减少了相应的投资。同时,目前分散式功能模块功能的互换性增强,使得系统可以避免满负荷工作状态。同时,由于监控、保护各自独立,运行过程和维修过程中出现相互干扰的事故几率相对降低,局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构,较多地使适用于110kV以下的中小型变电所。但目前,还存在着抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。
　　1.3 分散(层)分布式结构
　　分散(层)分布式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象,就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备,间隔层中数据、采集、控制单元(I/O单元)和保护单元就地分散安装在开关柜上或其他一次设备附近,相互间通过通信网络相连,与监控主机通信。目前,此种系统结构采用的较多,主要原因是:(1)现在的IED设备大多是按面向对象设计的,如专门的线路保护单元、主变保护单元、小电流接地选线单元等,虽然有将所有保护功能综合为一体的趋势,但具体在保护安装接线中仍是面向对象的;(2)利用了现场总线的技术优势,省去了大量二次接线,控制设备之间仅通过双绞线或光纤连接,设计规范,设备布置整齐,调整扩建也很简单,成本低,运行维护方便。
　　2 变电站综合自动化系统应能实现的主要功能
　　2.1 实时数据采集和处理
　　按电气间隔的分布配置和集中配置综合测试端,完成开关量、模拟量、脉冲量等信息的采集和处理并能将处理后的信息上传。
　　2.2 操作控制功能
　　控制电气间隔的短路器、电动隔离开关的分合闸操作。控制方式为:就地控制、站控层控制、远方控制。操作命令的优先级为:就地控制、站控层控制、远方控制。同一时间只允许一种控制方式有效。对于任何操作方式,只有本次操作步骤完成后,才能进行下一步操作。
　　控制操作与“五防”工作站的接口,所有操作控制均经“五防”工作站防误闭锁逻辑的判断,若发现错误,闭锁该操作并报警。
　　2.3 建立数据库
　　实时数据库:计算机监控系统采集的实时数据根据运行工况实时变化而不断的更新,记录被监控设备的当前状态。
　　历史数据库:对于需要长期保存的重要数据将存放在历史数据库中。如事件顺序记录及事故历史记录、报警历史记录,以及保护定值记录等。
　　用户数据库:根据用户的使用要求,在实时数据库中或网上选择所需的内容,建立用户专用数据库,完成各项应用功能。
　　2.4 报警及事件顺序记录
　　报警应包括:测量值报警、设备状态异常报警(事故及预告报警)、系统软件及硬件、网络及传输通道出错报警。
　　当变电所一次设备出现故障发生短路时,将引起继电保护动作、开关跳闸,事件顺序记录SOE功能将事件过程中各设备动作顺序,带时标记录、存贮、显示、打印,生成事件记录报告,供查询。
　　2.5 人机联系
　　人机联系是值班员与计算机对话德窗口,值班员可借助鼠标或键盘方便地再CRT屏幕上与计算机对话。包括:调用、显示和拷贝各种图形、曲线、报表;发出控制与修改命令;数据库定义和修改。
　　2.6 时钟同步
　　通过全球卫星定位系统GPS接受卫星标准时间信号,采用串行通讯口与有关工作站相连,通过对时软件校准工作站及各测控单元、保护的时钟。
　　2.7 同期检测和同期合闸
　　该功能可以分为手动和自动两种方式实现。可选择独立的同期设备实现,也可以由微机保护软件模块实现。
　　2.8 电压和无功的就地控制
　　无功和电压控制一般采用调整变压器分接头,投切电容器组,电抗器组,同步调相机等方式实现。操作方式可手动可自动,人工操作可就地控制或远方控制。
　　无功控制可由专门的无功控制设备实现,也可由监控系统根据保护装置测量的电压,无功和变压器抽头信号通过专用软件实现。
　　3 结语
　　随着变电站综合自动化技术的进一步发展,对于各种电压等级的变电站,尤其是110kV及以下电压等级的变电站,采用微机实现变电站综合自动化已成为一种发展趋势。
　　变电站综合自动化系统提高了安全运行水平,降低了维护成本,实现了变电所管理的科学化、规范化。随着科学技术的进步,它的优越性必将得到进一步体现。
　　参考文献
　　[1] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].电力出版社,2005,7.
　　[2] 中华人民共和国国家标准.电力装置的继电保护和自动装置设计规范[S].(GB50062-2008).