變電站自動化控制探析-論文
摘要：當(dāng)前，變電站綜合自動化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已成為電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。文章就變電站綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞：變電站 自動化 系統(tǒng)
0 引言
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)不可避免地進(jìn)入了微機(jī)控制時(shí)代，變電站綜合自動化系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已成為當(dāng)前電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念
變電站綜合自動化系統(tǒng)以其簡單可靠、可擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好等特點(diǎn)逐步為國內(nèi)用戶所接受，并在一些大型變電站監(jiān)控項(xiàng)目中獲得成功的應(yīng)用。
1.1 系統(tǒng)概念
1.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 完整的變電站綜合自動化系統(tǒng)除在各控制保護(hù)單元保留緊急手動操作跳、合閘的手段外，其余的全部控制、監(jiān)視、測量和報(bào)警功能均可通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)來完成。變電站無需另設(shè)遠(yuǎn)動設(shè)備，監(jiān)控系統(tǒng)完全滿足遙信、遙測、遙控、遙調(diào)的功能以及無人值班之需要。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來看有以下特點(diǎn)：①分布式設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用模塊化、分布式開放結(jié)構(gòu)，各控制保護(hù)功能均分布在開關(guān)柜或盡量靠近開關(guān)的控制保護(hù)柜上的控制保護(hù)單元，所有的控制、保護(hù)、測量、報(bào)警等信號均在就地單元內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號后經(jīng)光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，各就地單元相互獨(dú)立，不相互影響。②集中式設(shè)計(jì)。系統(tǒng)采用模塊化、集中式立柜結(jié)構(gòu)，各控制保護(hù)功能均集中在專用的采集、控制保護(hù)柜，所有的控制、保護(hù)、測量、報(bào)警等信號均在采集、控制保護(hù)柜內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號后經(jīng)光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)。③簡單可靠。由于用多功能繼電器替代了傳統(tǒng)的繼電器，可大大簡化二次接線。分布式設(shè)計(jì)在開關(guān)柜與主控室之間接線；而集中式設(shè)計(jì)的接線也僅限于開關(guān)柜與主控室之間，其特點(diǎn)是開關(guān)柜內(nèi)接線簡單，其余接線在采集、控制保護(hù)柜內(nèi)部完成。④可擴(kuò)展性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可考慮用戶今后變電站規(guī)模及功能擴(kuò)充的需要。⑤兼容性好。系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化之軟硬件組成，并配有標(biāo)準(zhǔn)的串行通訊接口以及就地的I/O接口，用戶可按照自己的需要靈活配置，系統(tǒng)軟件也能容易適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的急速發(fā)展。
1.1.2 系統(tǒng)規(guī)范 采用目前最為流行的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件，UNIX操作系統(tǒng)，X窗口人機(jī)接口及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊規(guī)約。為滿足開放系統(tǒng)之要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用：可攜性軟件設(shè)計(jì)——容許硬件技術(shù)發(fā)展后之軟件轉(zhuǎn)換；標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品——容許整個系統(tǒng)高度兼容性能。
1.2 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)與用戶之間的交互界面為視窗圖形化顯示，利用鼠標(biāo)控制所有功能鍵等標(biāo)準(zhǔn)方式，使操作人員能直觀地進(jìn)行各種操作。一般來說，系統(tǒng)應(yīng)用程序菜單為樹狀結(jié)構(gòu)，用戶利用菜單可以容易到達(dá)各個控制畫面，每個菜單的功能鍵上均有文字說明用途以及可以到達(dá)哪一個畫面，每個畫面都有報(bào)警顯示。
所有系統(tǒng)之原始數(shù)據(jù)均為實(shí)時(shí)采集。
系統(tǒng)應(yīng)用程序的每一項(xiàng)功能均能按用戶要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì)而改編，以符合實(shí)際需要，并可隨變電站的擴(kuò)建或運(yùn)行需要而靈活地進(jìn)行擴(kuò)充和修改。一般情況下系統(tǒng)可按以下基本功能配置：①系統(tǒng)配置狀況；②變電站單線圖；③報(bào)警表；④事件表；⑤遙控修改繼電器整定值；⑥操作閉鎖；⑦電量報(bào)表；⑧趨勢圖。
1.2.1 變電站單線圖 單線圖可顯示變電站系統(tǒng)接線上各控制對象的運(yùn)行狀態(tài)并動態(tài)更新，例如：①饋線開關(guān)之狀態(tài)，開關(guān)的狀態(tài)可用顏色區(qū)別。②開關(guān)的操作由鼠標(biāo)選擇對應(yīng)之開關(guān)或刀閘。③每路饋線之測量值可在同一畫面上顯示。④繼電器整定值可修改。
1.2.2 數(shù)據(jù)采集、處理 采集有關(guān)信息，如開關(guān)量、測量量、外部輸入訊號等數(shù)據(jù)，傳至監(jiān)控系統(tǒng)作實(shí)時(shí)處理，更新數(shù)據(jù)庫及顯示畫面，為系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其他功能提供必需的運(yùn)行信息。
1.2.3 運(yùn)行監(jiān)視 系統(tǒng)的運(yùn)行狀況可通過文字、表格、圖像、聲音或光等方式為值班人員及時(shí)提供變電所安全監(jiān)控所必需的全部信息。
①報(bào)警。按系統(tǒng)實(shí)際需要，用戶可以指定在某些事件發(fā)生時(shí)或保護(hù)動作時(shí)自動發(fā)出報(bào)警，如一般可設(shè)置在以下情況發(fā)出報(bào)警：開關(guān)量突變(如保護(hù)跳閘動作)；斷路器位置錯位；模擬量超過整定值；變壓器保護(hù)動作(如瓦斯、溫度)。模擬量之越限值可在線修改。每個報(bào)警均有時(shí)間、報(bào)警信息及確認(rèn)狀態(tài)顯示。②事件。系統(tǒng)中所有動作事件，如繼電保護(hù)動作，斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘的操作等。均可自動打印及存入系統(tǒng)硬盤記憶，如設(shè)置對以下情況的事件進(jìn)行記錄：所有報(bào)警信息；操作人員確認(rèn)有關(guān)報(bào)警；開關(guān)的操作；繼電器動作和狀態(tài)信息；系統(tǒng)通訊狀況。每個事件均有時(shí)間及有關(guān)信息文字說明，并可自動打印記錄。③調(diào)整繼電器整定值。可通過系統(tǒng)主機(jī)或集中控制柜修改各繼電器的保護(hù)功能和整定值。所有遙改功能均為在線方式，修改完成后的定值將直接傳回對應(yīng)的繼電器儲存。④操作閉鎖。系統(tǒng)對所有操作對象均可設(shè)定閉鎖功能，以防止操作人員誤操作。⑤模擬量采集及報(bào)表產(chǎn)生。采集的數(shù)據(jù)儲存於系統(tǒng)硬盤作為編輯報(bào)表的基礎(chǔ)。按變電站實(shí)際輸入的信號，可制作出不同的報(bào)表：有功電量日、月、年報(bào)表；饋線電流日、月、年報(bào)表。⑥趨勢圖。趨勢圖提供操作人員快速及直觀的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，趨勢圖可分為圖形式或表格式兩種。
2 微機(jī)自動保護(hù)裝置的應(yīng)用
一個35kV變電所改造工程中，成功地將國產(chǎn)的變電站微機(jī)保護(hù)裝置系統(tǒng)運(yùn)用于終端變電站。施工圖設(shè)計(jì)初期采用的是傳統(tǒng)的電磁式繼電器保護(hù)，并設(shè)置了信號屏。
2.1 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)與傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)的比較 傳統(tǒng)的保護(hù)系統(tǒng)與微機(jī)保護(hù)裝置系統(tǒng)的主要區(qū)別，在于用微機(jī)控制的多功能繼電器替代了傳統(tǒng)的電磁式繼電器，并取消了傳統(tǒng)的信號屏等裝置，相應(yīng)的信號都輸入至計(jì)算機(jī)。為便于集中控制，采用集中式設(shè)計(jì)——將所有的控制保護(hù)單元集中布置，整個變電站二次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單清晰，所有設(shè)備由微機(jī)保護(hù)屏、微機(jī)采集屏、交直流屏和監(jiān)控系統(tǒng)組成。屏柜的數(shù)量較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式大量減少。由于各種微機(jī)裝置均采用網(wǎng)絡(luò)通訊方式與當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通訊而不是傳統(tǒng)的接點(diǎn)輸出到信號控制屏，因此二次接線大量減少。同時(shí)由于采用了技術(shù)先進(jìn)的當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)來取代占地多、操作陳舊的模擬控制屏，使得所有的操作更加安全、可靠、方便。
2.2 微機(jī)保護(hù)的系統(tǒng)配置及監(jiān)控系統(tǒng) 系統(tǒng)保護(hù)由下列裝置組成：①線路保護(hù)裝置。②主變保護(hù)裝置——可完成變壓器的主、后備保護(hù)。③綜合保護(hù)裝置。④線路保護(hù)裝置。⑤電容器保護(hù)裝置。⑥備用電源自投裝置。⑦小電流接地檢測裝置。⑧綜合數(shù)據(jù)采集裝置。⑨監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能——數(shù)據(jù)采集、控制操作、畫面制作、監(jiān)視顯示、事故處理、制表與打印。
2.3 設(shè)計(jì)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)注意的問題
2.3.1 由于控制和保護(hù)單元都是采用微機(jī)裝置，故一些必要的開關(guān)量和模擬量應(yīng)從開關(guān)柜引至微機(jī)采集、保護(hù)屏。根據(jù)控制和保護(hù)要求的不同，輸入的量也不同。
2.3.2 開關(guān)柜與微機(jī)裝置之間的端子接線較簡單，大量的二次接線在微機(jī)采集控制單元和保護(hù)單元內(nèi)部端子連接。
2.3.3 傳統(tǒng)的繼電保護(hù)整定計(jì)算結(jié)果不能直接輸入到計(jì)算機(jī)，須轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)整定值。
該變電所投產(chǎn)運(yùn)行后，除開始操作人員對微機(jī)系統(tǒng)不熟悉原因使用過控制保護(hù)單元的緊急手動按鈕外，基本上都在微機(jī)裝置和監(jiān)控計(jì)算機(jī)上操作，整個系統(tǒng)運(yùn)行良好。
3 小結(jié)
變電站微機(jī)自動化系統(tǒng)目前運(yùn)用得還不夠廣泛，但在先進(jìn)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，變電站自動化系統(tǒng)以其系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化和面向未來的概念正逐步取代了繁瑣而復(fù)雜的傳統(tǒng)控制保護(hù)系統(tǒng)。
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