变电站综合自动化系统改造构想与实现
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摘要：中化兴中石油转运（舟山）有限公司6KV高压变电站最早建于1990年，55面KYN10-12型移开式金属封闭高压开关柜用于分配6KV电力系统电能，随着时间的推移，继电保护设备的老化使产品各项性能下降，可靠性和操作性方面都大大落后于变电站综合自动化系统，更无法做到对远距离高压开关柜的监视与控制，具有一定的安全隐患。如今计算机技术、通讯网络技术、硬件及软件的发展，电气系统继电保护产品在精度、稳定性、可靠性、经济性等方面的提高，为变电站综合自动化系统改造提供了多种技术选择和可能。本文从业主的角度阐述将电磁式继电保护系统改造成变电站综合自动化系统的构想与实现过程。
关键词： 变电站；自动化；改造
1、概述
兴中公司的电力系统是在1991年建成并投入使用的，选用KYN10-12型移开式金属封闭高压开关柜，柜内所使用的产品在当时也比较先进。在多年使用中发现，高压系统的可靠性取决于继电保护的灵敏度，电磁式继电保护产品的灵敏度受到自身水平的制约，无法理想的做到迅速、准确、可靠的对系统进行保护的要求。随着时间推移产品老化问题的出现，使得继电保护系统的改造需求显得更加突出。
电气系统的综合自动化控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、实时性好及维护简单等特点。随着计算机技术的迅速发展，电力系统综合自动化控制系统的微机化进程越来越快。变电站综合自动化系统是一种集控制、保护、测量及遥控等功能为一体的微机控制系统。相对于传统的以仪表框、控制中央信号屏等组成的控制系统，它是一种以计算机为主，将变电的二次设备经过功能（包括测量、信号、控制、保护、远动）组合而形成的标准化、模块化、网络化和功能化的现代化计算机综合控制系统，适应了现代生产发展和生产和管理的要求。此次改造选用了分散式变电站综合自动化系统，并建立了变电站调度系统网络。
2、变电站综合自动化系统架构设想
变电站综合自动化系统是通过监控系统的局域网通信，将微机保护、微机自动化装置、微机远动装置采集的模拟量、开关量、状态量、脉冲量及一些非电量信号，经过数据处理及功能的重新组合，按照预定的程序和要求，对变电站实现综合性的监视和调度功能。如今变电站综合自动化系统是一个非常成熟应用的产品，国内生产厂家也有很多。改造前调验了蓝瑞、蓝自、北京四方、许继、紫光测控等多家变电站综合自动化系统。发现这些系统都具备控制、保护、测量及遥控的基本功能，但每个厂家都有不同侧重点。在选型时可结合企业的需求，有针对性的进行产品的选择。
根据企业由四个6KV变电站组成电能中级分配系统，每个6KV变电站承担着一个区域的电能提供，区域之间存在一定距离的实际情况改造选用分散式的结构，综合保护装置安装在配电柜内，通过屏蔽电缆与光纤的方式与前置机通讯，再由前置机向监控主机提供数据。
变电站综合自动化系统分层结构示意图
变电站综合自动化系统的架构必须要符合企业的实际情况，选型时要考虑产品的特性、知名度和企业规模，此次电力系统的专项调验对选型有很大帮助，电力系统中变电站综合自动化产品应用最多，对多家产品都能够从使用者的角度进行分析，能够更加客观的了解产品性能，增加选型的可靠性。为了更进一步的了解各家产品的特性，我们邀请厂家进行技术交流，为下一步的招标工作进行准备。
变电站综合自动化是硬件与软件相结合的系统，除硬件的可靠性外软件人机界面的友好性与系统的可开发性，也是选型时必须考虑的一个问题。此次改造除软件已经具备功能外，还增加了数据上传接口与协议、外部数据（直流屏等）接口与协议、电量数据统计软件、设备管理功能、低压配电系统综合自动化平台容量五个方面的内容。
数据上传接口与协议是将电量数据上传到生产系统的软件平台（DCS、PLC、SCADA系统等）上，给生产操作系统提供准确的实时数据，为生产调度起到辅助作用。双方厂家、设计人员共同沟通，最终将上传协议定为Modbus协议和OPC协议两种方式。
外部数据（直流屏等）的接口与协议是考验变电站综合自动化系统的接收能力，配电系统中其他厂家的智能产品还有很多，如直流屏、智能电量表、智能电度表等这些数据都能通过通讯协议将电量数据传输到系统中，使值班人员能够实时了解相关情况。
电量统计软件是针对本企业实际提出的内容，为做好能耗分析工作每次高压电机停机后值班人员都要去变电站进行抄表，工序固定，工作量很大。而变电站综合自动化系统可以接收到相关信号，只需要对软件上进行二次开发就可以实现此功能。
设备管理功能是将设备的信息纳入到软件系统中，出现故障时维修人员能够及时查询设备信息。其次利用软件系统将预防性试验周期设置在设备管理中，能够及时提醒和安排试验时间。第三还可以记录每次的维护保养内容，为变电站设备提供一整套合理的维护保养计划。当然设备管理功能不能与专业的设备管理系统相比，因此在需求说明时要有清晰的定位。
低压配电系统综合自动化平台容量是考验此次系统容量配置的扩展性，这套系统搭建后还要考虑今后低压配电系统也要容纳到这个系统中。高低压系统在同一软件上操作，操作界面统一，也不存在软件的兼容性问题，为今后组成高低压系统的全面综合自动化打下坚实基础。
考虑完上述问题，对于变电站综合自动化系统的定位已经确定，经过与多家企业的技术交流，此次采取邀标方式进行采购。
3、变电站综合自动化系统现场改造
中标单位在工厂里完成新配电柜面板制作、监控保护单元的安装接线、调试后进行现场安装工作。从整个现场改造过程来看，对于原配电柜二次连接线的查线工作在改造中耗时最多。查线完成后拆除接线端子侧与老面板相关的二次连接线，再将新面板二次连接线接入对应的端子即可，接着将手车拉至实验位置，在监控保护单元设置保护定值并进行测试试验，这样配电柜改造工作就告以段落。
所有高压配电柜接线完成后就可以在前置机上进行组态，组态完成后通过与监控主机构成的局域网，将程序相互复制，就完成了所有改造工作。现场施工、软件组态、人员操作培训等内容都是中标单位应该完成的工作，在此不详细叙述。在改造时出现的下述问题，影响着此次改造的运行效果，希望对相似的变电站改造提供参考：
1、强电信号干扰问题，由于变电站与值班室有一定距离，在100米内采用屏蔽双绞线作为数据传输电缆，有根敷设路径经过强电（6KV）电缆沟的通讯电缆，运行中出现装置信号传输不稳定的情况。最终将此屏蔽双绞线更换成光纤后，解决干扰问题。
2、屏蔽电缆的屏蔽层有两种接地方式，即两端接地和一端接地。一端接地时，屏蔽层电压为零，可显著减少静电感应电压；两端接地使电磁感应在屏蔽层上产生一个感应纵向电流，该电流产生一个与主干扰相反的二次场，抵消主干绕场的作用，显著降低磁场耦合感应电压，可将感应电压降到不接地时感应电压的1%以下。在此次改造中发现两端接地装置信号传输不稳定情况严重。而一端接地更有利于减少强电干扰，现在系统屏蔽电缆全部采用一端接地方式。
3、电量统计软件在调试过程出现计量不符的情况，每次停泵后的软件电度都少于手抄电度。排查时发现在高压断路器分断的瞬间，电度表有1秒的滞后时间。于是从计量软件中设定读取电度表量的时间为高压断路器分断后3秒钟，设定后软件电度都少于手抄电度值完全一致。
结束语：
变电站综合自动化系统在兴中公司各高压配电站中使用运行效果良好，它简化了变电站设计、安装、调试工作，节省了变电站大量二次连接电缆，提高了运行、维护、管理水平，避免了人为错误操作，增强了通讯、测量、控制、保护功能，实现了原来变电站无法完成的许多高级功能，创造了全微机化二次设备安全、稳定、可靠运行的新水平。
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