浅谈变电站综合自动化系统分析
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摘要:本文简单的介绍了变电站综合自动化功能由电网安全稳定运行和变电站建设、运行维护的综合经济效益要求所决定, 是电力系统发展的趋势与要求。变电站自动化系统有不同的功能, 通过对超高压变电站自动化系统中集中模式、相对分散模式、分层分布分散模式等主要结构模式的介绍, 在模式化方案实施的基础上, 对超高压变电站自动化系统在以后的发展模式再作探讨。并关于变电站自动化系统选型中存在的若干问题和应遵循的原则, 阐述了变电站自动化系统的结构形式、功能等内容。
关键词:变电站；自动化系统；技术分析
1、变电站结构自动化系统采用的主要形式
变电站自动化系统的结构模式从早期的以集中为主,发展到现在的以相对分散和分层分布分散为主,经历了一个探索、改进和完善提高的过程,在模式设计和实际的工程建设中都有应用。
所谓集中模式,指的是保护、监控、通信等自动化功能模块均在控制室集中布置, 各模块从物理上联系较弱甚至毫无联系。集中式结构的变电站自动化系统是采用不同档次的计算机,扩展其外围接口电路,集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息, 集中进行计算与处理, 分别完成微机控制、微机保护和一些自动控制等功能。这种系统结构紧凑,体积小,可减少占地面积,造价低,适用于对35kV或规模较小的变电站,但运行可靠性较差,组态不灵活。早期的系统,包括许多引进的产品,主要采用这种结构模式，目前仍有为数不少的这样的系统在运行。
相对分散模式, 指的是自动化系统设备按站内的电压等级或一次设备布置区域划分成几个相对独立的小区, 在该小区内建设相应的设备小室,保护、监控等设备安装于设备小室中, 主站通信控制器、直流、录波等设备仍集中安装在控制室, 各小室之间以及与控制室之间均通过工业总线网络互联。这种模式从90 年代后期开始得到大量应用。
分层分布分散模式亦即全监控, 指的是参照中低压变电站综合自动化的结构模式, 除主变、母线和高压线路的保护测控、中央信号、通信仍采用集中组屏外, 出线、电容器的保护、监控等设备完全按设备间隔安装于就地的设备小室或直接安装在一次设备上, 各模块之间采用标准局域总线和通信规约互联。当然, 也可按集中组屏的方式安装这些模块。全分散式结构简化了变电站二次设备之间的互连线, 节省了大量连接电缆, 而且可靠性高, 组态灵活,检修方便,且抗干扰能力强,可靠性高。这种模式在最近有迅速发展的势头。
上述三种变电站自动化系统的推出, 虽有时间先后, 但并不存在前后替代的情况, 变电站结构形式的选择应根据各种系统特点和变电站的实际情况, 予以选配。如以RTU 为基础的变电站自动化系统可用于已建变电站的自动化改造, 而分层分布分散模式, 更适用于新建变电站。随着新技术的发展、新标准的制订、新应用需求的提出, 还会出现与之相适应的新的系统结构模式。
2、变电站自动化系统的主要功能
变电站自动化系统功能很多,在选择时, 除了必须保证所选系统功能满足变电站的需要之外, 而且要求技术有一定的先进性, 防止由于功能欠缺影响系统以后的安全运行或很快过时。现将变电站自动化系统所应具备的功能概括如下:
( 1) 微机保护: 是对站内所有的电气设备进行保护, 包括线路保护, 变压器保护, 母线保护, 电容器保护及备自投, 低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能: 故障记录; 存储多套定值; 显示和当地修改定值; 与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息, 动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值, 校对时钟等命令。通信应采用标准规约。
( 2) 数据采集及处理功能。包括状态数据, 模拟数据和脉冲数据。状态量包括: 断路器状态, 隔离开关状态, 变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统, 也可通过通信方式获得。常规变电站采集的典型模拟量包括: 各段母线电压、线路电压, 电流和有功、无功功率值。馈线电流, 电压和有功、无功功率值。
( 3) 事件记录和故障录波测距。事件记录应包含保护动作序列记录, 开关跳合记录。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现, 一是集中式配置专用故障录波器, 并能与监控系统通信。另一种是分散型, 即由微机保护装置兼作记录及测距计算, 再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。
( 4) 控制和操作功能。操作人员可通过后台机屏幕对断路器, 隔离开关, 变压器分接头, 电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备, 在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
( 5) 系统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能,并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能, 方便维护与维修, 可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查, 能快速发现装置内部的故障及缺陷, 并给出提示, 指出故障位置。
( 6) 数据处理和记录。历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容, 它包括上一级调度中心, 变电管理和保护专业要求的数据, 主要有: 断路器动作次数; 断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数; 输电线路的有功、无功, 变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大, 最小值及其时间; 独立负荷有功、无功, 每天的峰谷值及其时间; 控制操作及修改整定值的记录。根据需要, 该功能可在变电站当地全部实现, 也可在远动操作中心或调度中心实现。
( 7) 人机联系系统的自诊断功能。系统内各插件应具有自诊断功能, 自诊、断信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心与远方控制中心的通信。本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等, 其信息量远大于传统的远动系统。还应具有同调度中心对时, 统一时钟的功能和当地运行维护功能。
3、设备选型应遵循的原则
近些年来, 变电站自动化方面的工作, 既有经验也有教训。但实践证明, 只要坚持按照“运行可靠、功能实用、技术先进、价格合理、维护方便、易于推广”的选型原则去实施, 便会成效显著, 偏离了这个原则, 就收不到应有的效果。
运行可靠体现在:( 1) 本身各模块能稳定协调地工作;( 2)关键部分一定要有冗余、备份等措施, 不因单个模块的故障而影响整个系统的正常运行;( 3) 抗干扰能力强。
功能实用体现在:( 1) 基本功能、日常操作所需的功能必须完备、简明;( 2) 信息分流, 哪一层需要的信息才送往哪一层。
技术先进体现在:( 1) 采用当前的主流技术;( 2) 符合开放、分布分散分层的标准。一定要改变可靠的必然在技术上落后、技术先进的必然不可靠的观念。如果能够把握好设计开发、生产制造、安装投运的各个环节, 是可以做到先进性与可靠性相统一的。
价格合理、维护方便、推广容易也都是非常重要的因素, 与以上几个方面是相辅相成的。
另外, 各电力公司所拥有的变电站自动化系统型号数量不宜过多, 各电压等级的自动化系统不宜超过3 种, 否则不利于运行人员掌握和维护。
由于微处理器和通信技术的迅猛发展, 变电站自动化系统的技术水平有了很大的提高, 结构体系不断完善, 全分布式自动化系统的出现为变电站自动化系统的选型提供了一个更广阔的选择余地。伴随着变电站自动化系统应用的增多, 无论是新建、扩建或技改工程, 变电站自动化系统的选型都应该严格执行国电公司下发的有关选型规定, 力求做到选型规范化。
4、结束语
我国的变电站自动化已走过了一个漫长而曲折的过程, 目前逐步趋向成熟和理性, 这为变电站自动化系统的发展创造了空前的良机。全面采用技术先进、运行可靠、结构合理、性能价格比高的自动化系统, 必将为我国的电网运行带来可观的经济效益和社会效益。时代在进步, 技术在发展。如何采用先进技术、设计开发出具有自主产权的实用可靠的变电站自动化系统, 需要业内人员付出巨大的努力。相信随着电力建设的迅速发展, 变电站自动化系统也会随之迈上一个新的台阶。
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