变电站综合自动化的发展现状及其改造问题探讨

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摘 要:介绍了变电站综合自动化系统的功能要求和现阶段常见的几种工作模式,重点分析了变电站综合自动化改造中的常见问题及相关解决方法。

关键词:变电站综合自动化;功能要求;工作模式;改造问题

中图分类号:TP

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)07-0266-02

1 变电站综合自动化的基本概念

变电站综合自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计,利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护,以及调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化具有功能综合化;设备、操作、监视微机化;结构分布分层化;通信网络光缆化及运行管理智能化的特征。它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大监控范围及变电站的安全可靠、优质、经济运行提供了数据采集及监控支持而且在其基础上可以实现高水平的无人值班变电站的管理。

同时,变电站综合自动化是电网调度自动化不可分离的十分重要的基础自动化。只有通过厂站自动化装置和系统向调度自动化系统提供完整可靠的信息,调度中心才有可能了解和掌握电力系统实时运行状态和厂站设备工况,才能对其控制做出决策;同样,要实现调度控制中心的远程控制操作,也只有依靠变电站自动化装置才能完成或执行操作命令的任务。可以说,一个完整、先进、可靠的变电站综合自动化,是实现高水平的电网调度自动化的基础。

2 变电站综合自动化系统的功能要求

变电站综合自动化系统,即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统,代替常规的测量和监视仪表,代替常规的控制屏、中央信号系统和远动屏,根据常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息,利用计算机的高度计算能力和逻辑判断功能,可方便的监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。一般的来说,变电站综合自动化主要包括数据采集及通讯、数据处理、安全监视、微机保护、开关操作、电压无功控制、远动及自诊断等功能。

(1)数据采集及通讯功能:其中包括主变及各条线路的交流测量、温湿度等非电气量的直流测量、开关刀闸等遥信量的实时采集、保护信息的收集、与上级调度通讯、统一时钟等。

(2)数据处理功能:主变及各条线路的功率及功率因数计算、电能计算及统计、事件顺序记录及事故追忆等。

(3)安全监控功能:系统运行工况监视,变电站一次系统运行状态监视,遥测量的越限监视,遥信变位的声光报警,事故信号及预告信号的告警显示,变压器分接头与电容器组人工、自动调节与投切,保护测定值的显示与修改,在线自诊断等。

(4)微机保护功能:微机保护功能包括馈线保护、母线保护、变压器保护、备用电源自投等等。这是变电站综合自动化一个重要的功能,对于保障变电站正常运行有着重要的作用。

(5)电压和无功控制功能:对有载调压变压器分接头和并联补偿电容器组进行综合调节控制,从而控制电压和功率因数等指标,保证电压质量和优化无功补偿。

(6)远动功能:实现远动装置常规的遥测、遥信、遥控、遥调功能,即将采集的数据量和模拟量实时地送往调度中心,并接受上级调度中心的控制和调节操作命令。若有事故发生,及时向调度中心报警,还将故障录波和其它继电保护信息送往调度中心,同时接受调度中心发来的操作控制命令。

(7)人机联系功能和远方整定保护定值功能。

3 国内外关于变电站自动化系统工作模式

完整的变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段外,其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备,监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班的需要。

从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看,其结构形式主要有集中式、分层分布式和分散分布式3种类型。其中分层分布式和分散分布式可与集中组屏方式相结合,现将这3种结构形式及特点简述如下:

3.1 集中式

集中式结构的变电站自动化系统是指采用不同档次的计算机,扩展其接口电路,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。国内早期的综合自动化产品采用这种结构形式的较多,1987年清华大学研制的我国第1套综合自动化系统;南京自动化设备总厂的WBX-261型均属集中式结构,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。

3.2 分层分布式

分层分布式在结构上采用主从CPU协同工作方式,各功能模块(各从CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通讯,多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力,解决了集中式结构中独立CPU计算处理的瓶颈问题,分层分布式的多CPU的体系结构,每一层完成不同的功能,将变电站信息的收集和控制分为站控层、间隔层(单元层)和设备层3个级分层布置。

间隔层按1次设备组织,一般按断路器的间隔划分,包括测量、控制和继电保护部分。因此,间隔层本身是由各种不同的单元装置组成,并直接通过局域网或串行总线接到站控层,也可以设置数采管理机和保护管理机与站控层通信。

站控层的主要功能是进行数据集中处理和保护管理可以对微机监控、保护、自动装置等设发出控制命令,将数据传送给远方管理机或调度。其具有数据处理、图形画面显示,谐波分析计算、打印等功能。

设备层主要指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点,电压互感器、电流互感器等1次设备。

3.3 分散分布式

分散分布式的变电站自动化是以1次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位,将测量、保护、控制单元分散安装在各个开关柜中,监控机通过光纤或电缆网络,对它们进行管理和交换信息。高压线路保护装置和变压器保护装置采用集中组屏安装在控制室内。此结构形式的特点是:简化了变电站2次部分的配置,节省控制电缆,且抗干扰能力强,组态灵活,可靠性高。

上述3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,而分散式变电站自动化系统,更适用于新建变电站。

4 我国变电站综合自动化改造问题分析

4.1 电磁兼容问题

所谓电磁兼容问题也就是所谓的抗干扰问题,是一个非常重要然而却常被忽视的方面。电磁干扰对系统在线运行的影响非常严重,若不采取有效措施,将产生严重后果。可在系统的硬件和软件方面采取一些必要措施,以消除或抑制电磁干扰。如系统接地保护、隔离和屏蔽等。变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证其系统可靠和稳定运行的基础。合格的自动化产品除了满足一般检验项目外,主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验,而且还要重点通过四项电磁兼容试验。分别是:1MHz脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验。

4.2 事故信号问题

在常规控制方式的变电站,运行中发生事故时变电站将产生事故报警音响并经过远动设备向调度自动化系统采用这个事故信号启动事故相应的处理软件。由此可见,变电站的事故信号是一个非常重要的信号,特别是对于无人值班的变电站,由于监控中心的运行人员需要同时监控多个变电站的运行状态,事故信号就成为监控中心运行人员中断其他工作转入事故处理的主要标志性信号,非常重要。

在110kV变电站综合自动化改造竣工验收时有过下面的情况发生。验收人员在操作35kV线路时,发现在后台和地调远方控制合开关时,都会触发“事故跳闸:信号。经查主要原因在于:当后台或地调对开关进行遥合时,双位置继电器KKJ励磁,其常开接点变为合位,但由于开关位置变为太慢,DL常闭接点仍处于闭合状态。回路接通,触发事故总信号。由于这个问题是因为开关变位太慢引起,所以就通过在测控装置中设置延时,以延长时间来解决的。这种解决方法的弊端在于真正的事故发生时,会由于装置中设置的延时而不能对事故进行准确判断。因为35kV、10kV均为储能开关,当断路器合上时,储能装置启动,与其相连的TWJ失磁,若将TWJ的常开位置与KKJ的常开位置相连,构成生成事故总的回路,则会避免上述问题的产生。这种解决方法可以有效的避免因为软件延时时而产生的误判断。

4.3 不同产品的接口问题

接口是自动化系统中非常重要而又长期以来未得到妥善解决的问题之一,包括微机保护装置、小电流接地装置、故障录波装置、站用直流系统等智能设备与总控单元、总控单元与主站之间的通讯。这些不同厂家的产品要在数据接口方面沟通,需花费软件人员很大精力去协调数据格式、通讯规约等问题。当不同厂家的产品、种类很多时,问题会更严重。对于这方面的问题,从系统设计开始,就要引起重视,在进行系统招标及签订技术协议时,要用明确的条文来约束系统供货商,保证站内设备间能正常通讯。

关于设备选型应当坚持按照“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。另外,要注意管辖范围内设备型号的尽量统一,各变电站自动化系统型号数量不宜过多,否则将十分不利于运行维护人员的掌握和维护,备品备件也很难准备。

4.4 关于GPS对时的问题

随着变电站自动化水平的提高,电力系统对统一时钟的要求愈加迫切。有了统一时钟,即可以实现全站各系统在GPS时间基准下的运行监控和事故后的故障分析,也可以通过各开关动作的先后顺序来分析事故的原因及发展过程。统一时钟是保证电力系统安全运行、提高运行水平的一个重要措施。GPS对时一般有三种方式:脉冲同步信号、串行口对时方式、IRIG-B方式。

由于变电站内往往存在不同厂家的自动化装置,其接口类型繁多,装置数量也不等,所以在实际应用中经常遇到GPS对时接口与接受对时的设备接口不能通信的问题。这就提醒设计人员在前期订货时就应当充分考虑各种设备的接口问题。尤其是保护测控装置及其它智能装置与后台监控设备的接口问题。因变电站综合改造多用以太网方式组网,而有些厂家的旧设备只存在串口或RS485接口,或者不同厂家设备进行通信时,因为规约不同而造成通信失败。这些问题都需要对所订购设备的通信插件进行统筹考虑,或订购充分数量的规约转换器,以免发生上述情况。

4.5 监控程序稳定性问题

变电站实现综合自动化后无论是有人值班还是无人值班,操作人员不是在变电站内就是在主控站或者调度室内,面对显示器进行变电站的全方位监视和操作。所以监控系统能否保持长时间稳定无故障的运行,对提高变电站的运行管理水平和安全可靠性是非常重要的。

在部分综合自动化系统中会出现后台监控操作系统程序走死,网络资源不足导致后台监控机死机的情况。这种情况往往需要将后台监控机的监控程序版本升级,并经系统双机切换测试。当其中一台后台监控机网络中断或有异常时,监控系统能将另一台备用自动切换成主机运行。

变电站实现综合自动化后,很多的运行维护工作都需要通过微机装置来完成。但综合自动化装置的硬件更新换代非常快,尤其是监控软件有时会存在难以发现的缺陷。随着综合自动化技术的不断进步,这些问题都会逐步得到解决。但是同时也提醒设计人员在选择综合自动化产品及后台监控系统时,要综合考虑多方因素,选出一种程序运行稳定、功能齐全、硬件配置相对超前的综合自动化产品。

参考文献

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