變電站自動(dòng)化的功能設計原則論文

　　摘要：變電站自動(dòng)化是電力系統發(fā)展的趨勢與要求。介紹了變電站綜合自動(dòng)化的一般結構類(lèi)型，具體討論了自動(dòng)化系統的功能要求和二次設備的設計原則。

　　關(guān)鍵詞：變電站 自動(dòng)化 設計 功能要求

　　1引言

　　隨著(zhù)電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力系統的規模不斷擴大，系統的運行方式越來(lái)越復雜，對自動(dòng)化水平的要求越來(lái)越高，從而促進(jìn)了電力系統自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展。微機保護、故障錄波器、計算機監控系統、計算機調度自動(dòng)化等都已成功運用到電力系統中。與自動(dòng)化程度相適應，對電力系統繼電保護裝置的要求也隨之提高。目前傳統的電工式繼電保護測試裝置已很難對繼電保護裝置的各方面特性進(jìn)行全面測試，不再適應技術(shù)發(fā)展的需要。為避免重復投資，提高信息資源共享的水平，須對變電站自動(dòng)化系統的信息采集、處理、傳輸加以規范，對站內功能配置予以綜合考慮。目前變電站自動(dòng)化系統一般采用以SCADA為基礎的站端計算機網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)綜合設計，減少了二次設備的重復配置，減少了二次回路，減少了電流互感器及電壓互感器的負荷，從而簡(jiǎn)化了二次回路設計，并保證了數據的一致性，在可靠性的基礎上盡可能做到了軟硬資源的共享，提高了變電站的運行及管理水平，達到變電站減人增效，提高安全運行水平的目的。

　　2變電站綜合自動(dòng)化的功能

　　2.1繼電保護功能

　　變電站綜合自動(dòng)化系統要具備常規變電站系統保護及元件保護設備的全部功能，而且要獨立于監控系統，即當該系統網(wǎng)各軟、硬件發(fā)生故障退出運行時(shí)，繼電保護單元仍然正常運行。微機保護除了所具有的繼電保護功能外，還需具有其它功能。

　　(1) 模擬量的顯示功能。系統應能顯示電流、電壓、有功、無(wú)功、電度等模擬量參數，當通信網(wǎng)退出運行時(shí)仍能滿(mǎn)足運行監視。

　　(2) 故障記錄功能。系統應能顯示故障時(shí)間、電流、電壓大小、開(kāi)關(guān)變位、保護動(dòng)作狀態(tài)等。

　　(3) 能儲存多套定值，并能當地修改定值和顯示定值。

　　(4) 與監控系統通信，能接收監控系統命令，選擇并修改定值，發(fā)送故障信息、保護動(dòng)作情況、當時(shí)整定值及自診斷信號等。

　　コ當地外，還需能實(shí)現遠方查詢(xún)和整定保護定值，此功能還具有遠方/就地閉鎖，操作權限閉鎖等措施。

　　(5) 系統內各插件具有自診斷功能。

　　2.2信息采集功能

　　分布式自動(dòng)化系統的變電站，信息由間隔層I/O單元采集。常規四遙功能的變電站，信息由RTU采集。電能量的采集宜用單獨的電能量采集裝置。系統對安全運行中必要的信息進(jìn)行采集，主要包括以下幾個(gè)方面。

　　2.2.1遙測量

　　(1) 主變壓器：各側的有功功率、無(wú)功功率、電流，主變壓器上層油溫等模擬量，模擬量均采用交流采樣，以提高精度。主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)位置(當用遙測方式處理時(shí))。

　　(2) 線(xiàn)路：有功功率、無(wú)功功率、電流。

　　(3) 母線(xiàn)分段斷路器相電流。

　　(4) 母線(xiàn)：母線(xiàn)電壓、零序電壓。

　　(5) 電容器：無(wú)功功率、電流。

　　(6) 消弧線(xiàn)圈零序電流。

　　(7) 直流系統：浮充電壓、蓄電池端電壓、控制母線(xiàn)電壓、充電電流。

　　(8) 所用變：電壓。

　　(9) 系統頻率，功率因數，環(huán)境溫度等。

　　2.2.2遙信量

　　(1) 斷路器閘刀位置信號。

　　(2) 斷路器遠方/就地切換信號。

　　(3) 斷路器異常閉鎖信號。

　　(4) 保護動(dòng)作、預告信號，保護裝置故障信號。

　　(5) 主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)位置(當用遙信方式處理時(shí))，油位異常信號，冷卻系統動(dòng)作信號。

　　(6) 自動(dòng)裝置(功能)投切、動(dòng)作、故障信號，如：電壓無(wú)功綜合控制、低周減載、備用電源裝置等。 (7) 直流系統故障信號。

　　(8) 所用變故障信號。

　　(9) 其它有全站事故總信號、預告總信號；各段母線(xiàn)接地總信號；各條出線(xiàn)小電流接地信號；重合閘動(dòng)作信號；遠動(dòng)終端下行通道故障信號；消防及安全防范裝置動(dòng)作信號等。

　　根據設備特點(diǎn)及確保安全運行需要，可增加相應的特殊信號或對一些遙信量進(jìn)行合并。

　　2.2.3遙控量

　　(1) 斷路器分、合。

　　(2) 主變壓器有載分接開(kāi)關(guān)位置調整。

　　(3) 主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀分、合。

　　(4) 保護及安全自動(dòng)裝置信號的遠方復歸。

　　(5) 有條件的變電站高壓側備用電源遠方投停。

　　(6) 有條件的變電站電壓無(wú)功綜控的遠方投停。

　　(7) 有條件的變電站直流充電裝置的遠方投停。

　　2.2.4電能量

　　(1) 主變壓器各側有功電能量、無(wú)功電能量及其分時(shí)電能量。

　　(2) 各饋電線(xiàn)有功電能量、無(wú)功電能量。

　　(3) 用戶(hù)專(zhuān)用線(xiàn)有功電能量、無(wú)功電能量及其分時(shí)電能量和最大需量。

　　(4) 所用變有功電能量。

　　2.3設備控制及閉鎖功能

　　(1) 對斷路器和刀閘進(jìn)行開(kāi)合控制。

　　(2) 投、切電容器組及調節變壓器分接頭。

　　(3) 保護設備的檢查及整定值的設定。

　　(4) 輔助設備的退出和投入(如空調、照明、消防等)。

　　以上控制功能可以由運行人員通過(guò)CRT屏幕進(jìn)行操作。在設計上保留了手動(dòng)操作手段，并具有遠方/就地閉鎖開(kāi)關(guān)，保證在微機通信系統失效時(shí)仍能夠運行和操作，包括可手動(dòng)準同期和捕捉同期操作。在各間隔的每個(gè)斷路器設置按鈕或開(kāi)關(guān)式的一對一“分”、“合”操作開(kāi)關(guān)和簡(jiǎn)易的強電中央事故和告警信號。

　　為了防止誤操作，操作閉鎖主要包括：

　�、俨僮鞒隹诰哂刑�、合閉鎖功能和具有并發(fā)性操作閉鎖功能。

　�、贑RT屏幕操作閉鎖功能，只有輸入正確的操作命令和監控命令，才有權進(jìn)行操作控制。

　�、郛斦緝韧ㄐ啪W(wǎng)退出運行時(shí)，能滿(mǎn)足非CRT屏幕操作、五防閉鎖功能和適應一次設備現場(chǎng)維修操作的五防閉鎖功能。

　�、芨鶕�一次設備的實(shí)際運行狀態(tài)，自動(dòng)實(shí)現斷路器、隔離開(kāi)關(guān)操作閉鎖功能。

　　2.4自動(dòng)裝置功能

　　(1)根據系統潮流進(jìn)行無(wú)功自動(dòng)調節控制，也可人工控制(人工操作可就地、可遠方)。自動(dòng)控制時(shí)可根據電壓、潮流和無(wú)功負荷、變壓器抽頭位置信號由裝置進(jìn)行自動(dòng)控制調節變壓器抽頭位置或投退電容器組。

　　(2) 低周減載。110kV、10kV線(xiàn)路可由各自的保護裝置實(shí)現，不用單獨配置低周減載裝置。整定值由各條線(xiàn)路裝置自行整定。

　　(3) 同期檢測和同期分閘。同步檢測斷路器兩側電壓的幅值、相位和頻率，并發(fā)出同期合閘啟動(dòng)或閉鎖信號。此功能可進(jìn)行檢無(wú)壓同期，亦能進(jìn)行手動(dòng)準同期和捕捉同期。既能滿(mǎn)足正常運行方式下的同期，亦能滿(mǎn)足系統事故時(shí)的同期。

　　同期功能有手動(dòng)和自動(dòng)兩種方式供選擇，同期裝置與通信網(wǎng)相互獨立。

　　(4)小電流接地選線(xiàn)功能�？赏ㄟ^(guò)采取3I0、3U0及其增量來(lái)判斷是否有接地故障，也可用5次諧波方式分析接地故障，小電流接地選線(xiàn)功能與通信網(wǎng)相互獨立，不依賴(lài)通信網(wǎng)的后臺機檢測。否則當通信網(wǎng)故障時(shí)該功能即失去檢測報警功能。而規程規定小電流系統當單相接地后允許2h帶故障運行，2h后要立即切除故障線(xiàn)路。

　　據有關(guān)綜合自動(dòng)化站的運行記錄，在雷雨季節時(shí)雷擊曾擊壞過(guò)站內的通信網(wǎng)。若此時(shí)雷擊又同時(shí)造成10kV線(xiàn)路單相接地，則運行人員不能及時(shí)發(fā)現線(xiàn)路單相接地故障。時(shí)間長(cháng)了，若不及時(shí)處理，則有可能造成故障線(xiàn)路由單相接地發(fā)展成為兩相或三相接地短路故障。因此，小電流接地選線(xiàn)功能要獨立于通信網(wǎng)。

　　(5)事故錄波。對于220kV變電站的主變、220kV線(xiàn)路除了保護裝置自帶故障錄波外，還設置了一套獨立的微機錄波屏，而110kV線(xiàn)路則用本身裝置記錄。

　　2.5報警功能

　　對站內各種越限，開(kāi)關(guān)合、跳閘，保護及裝置動(dòng)作，上、下行通道故障信息，裝置主電源停電信號，故障及告警信號進(jìn)行處理并作為事件記錄及打印。輸出形式有：音響告警、畫(huà)面告警、語(yǔ)音告警、故障數據記錄顯示(畫(huà)面)和光字牌告警(光字牌報警回路采用編碼設計，主要是為了保證當通信網(wǎng)故障退出時(shí)站內仍能正常運行。光字牌數量控制在20多只)。

　　2.6設備監視功能

　　其中包括一次設備絕緣在線(xiàn)監測、主變油溫監測、火警監測、環(huán)境溫度監測等內容。當上述各參量越過(guò)預置值時(shí)，發(fā)出音響和畫(huà)面告警，并作為事件進(jìn)行記錄及打印。

　　2.7操作票自動(dòng)生成功能

　　根據運行方式的變化，按規范程序，自動(dòng)生成正確的操作票，以減輕運行人員的勞動(dòng)強度，并減少誤操作的可能性。

　　2.8數據處理及打印功能

　　中調、地調、市調、運行管理部門(mén)和繼保專(zhuān)業(yè)要求的數據可以以歷史記錄存檔，包括：

　　(1) 母線(xiàn)電壓和頻率、線(xiàn)路、配電線(xiàn)路、變壓器的電流、有功功率、無(wú)功功率的最大值和最小值以及時(shí)間。

　　(2) 斷路器動(dòng)作次數及時(shí)間。

　　(3) 斷路器切除故障時(shí)故障電流和跳閘次數的累計值。

　　(4) 用戶(hù)專(zhuān)用線(xiàn)路的有功、無(wú)功功率及每天的峰值和最小值以及時(shí)間。

　　(5) 控制操作及修改整定值的記錄。

　　(6) 實(shí)現站內日報表、月報表的生成和打印，可將歷史數據進(jìn)行顯示、打印及轉儲，并可形成各類(lèi)曲線(xiàn)、棒圖、餅圖、表盤(pán)圖，該功能在變電站內及調度端均能實(shí)現。

　　2.9人機接口功能

　　具有良好的人機界面，運行人員可通過(guò)屏幕了解各種運行狀況，并進(jìn)行必要的控制操作。人機聯(lián)系的主要內容包括：

　　(1) 顯示畫(huà)面與數據。

　　(2) 人工控制操作。

　　(3) 輸入數據。

　　(4) 診斷與維護。

　　當有人值班時(shí)，人機聯(lián)系功能在當地監控系統的后臺機上進(jìn)行，運行人員利用CRT屏幕和鍵盤(pán)或鼠標器進(jìn)行操作。當無(wú)人值班時(shí)，人機聯(lián)系功能在上級調度中心的主機或工作站上進(jìn)行。

　　2.10遠程通信功能

　　將站內運行的有關(guān)數據及信息遠傳至調度中心及設備運行管理單位，其中包括正常運行時(shí)的信息和故障狀態(tài)時(shí)的信息，以便調度中心人員及時(shí)了解設備運行狀況及進(jìn)行事故處理。

　　可實(shí)現四遙和遠方修改整定保護值、故障錄波與測距信號的遠傳等。變電站自動(dòng)化系統可與調度中心對時(shí)或采用衛星時(shí)鐘GPS。

　　2.11其它功能

　　(1) 具有完整的規約庫，可與各種RTU通信，滿(mǎn)足開(kāi)放性系統的要求。

　　(2) 可在線(xiàn)設置各設備的通信參數及調制解調器參數。

　　(3) 可進(jìn)行多種仿真(遙信變位、事件記錄、遠動(dòng)投退)。

　　(4) 在線(xiàn)診斷功能、在線(xiàn)幫助。

　　(5) 強大的數據庫檢索功能。

　　3二次設計原則

　　變電站二次設備按功能分為四大模塊：①繼電保護及自動(dòng)裝置。②儀器儀表及測量控制。③當地監控。④遠動(dòng)。四大模塊功能的各自不同的發(fā)展及其功能的相互滲透，為變電站自動(dòng)化提供了多種多樣的實(shí)現模式，可概括為兩種基本實(shí)現模式：①保護加集中RTU模式，面向功能。②保護加分散RTU模式，面向對象。

　　3.1電氣設備控制方式

　　主變壓器、站用變壓器各側斷路器以及10kV、110kV、220kV斷路器一般情況下均集中在控制室，通過(guò)就地監控主站的就地監控計算機進(jìn)行控制操作(但網(wǎng)絡(luò )中遠動(dòng)主站亦可留有接口給地調進(jìn)行遙控，根據系統運行規程而定)，當網(wǎng)絡(luò )中就地監控主站退出運行時(shí)則應能分別在各元件的保護屏處進(jìn)行人工控制操作。

　　就地監控計算機在操作時(shí)應顯示該站的配電裝置的運行狀態(tài)、通道狀態(tài)和各種電氣量，在每個(gè)操作步驟前應給操作者提示，待確認后方能操作。

　　主變壓器、站用變壓器、220kV線(xiàn)路、110kV線(xiàn)路、10kV設備及其母線(xiàn)設備保護和10kV母聯(lián)的控制保護均采用集中保護方式，10kV開(kāi)關(guān)柜上加一個(gè)“就地/遠動(dòng)”選擇開(kāi)關(guān)，10kV母聯(lián)斷路器的控制保護放在控制室，與10kV自投裝置放在一起(當10kV裝置能可靠地抗震、抗高溫、抗電磁干擾時(shí)，也可以將10kV裝置裝配在10kV開(kāi)關(guān)柜上，以減少電纜聯(lián)接)。

　　10kV隔離開(kāi)關(guān)采用就地手動(dòng)操作(除變低處的10kV隔離開(kāi)關(guān)外)。主變變低10kV隔離開(kāi)關(guān)、110kV，220kV隔離開(kāi)關(guān)采用就地電動(dòng)操作方式，可進(jìn)行就地和遙控操作，并設置“就地/遙控”選擇開(kāi)關(guān)，同時(shí)設有操作閉鎖措施。專(zhuān)用母線(xiàn)接地刀閘裝設母線(xiàn)有電閉鎖操作裝置(采用微機五防裝置，應能與綜合自動(dòng)化裝置接口)。用鍵盤(pán)或鼠標操作斷路器、刀閘時(shí)靠后臺機內的五防系統閉鎖，現場(chǎng)人工操作或維護操作時(shí)則靠另一套微機五防系統閉鎖。

　　3.2測量

　　綜合自動(dòng)化的電氣測量均按部頒《電氣測量?jì)x表設計技術(shù)規程》(SDJ9—87)的要求選擇測量點(diǎn)及測量?jì)热�、測量精度。在主變220kV側增加電流方向接法相反的分時(shí)計量的脈沖式有功電度表和無(wú)功電度表各2只，供關(guān)口表用。

　　全站的電氣量測量除了通過(guò)監控主站及遠動(dòng)主站讀取和記錄存盤(pán)外，在各元件的保護裝置上的液晶顯示器上也應能讀取有關(guān)的電氣量，主要是為了保證當網(wǎng)絡(luò )或監控、遠動(dòng)主站退出運行時(shí)該站所有設備的測量仍能滿(mǎn)足安全運行。

　　3.3同期并列點(diǎn)和同期裝置

　　220kV線(xiàn)路斷路器、220kV旁路兼母聯(lián)斷路器、110kV線(xiàn)路斷路器、110kV旁路斷路器、110kV母聯(lián)斷路器及主變220kV側斷路器、110kV側斷路器處設同期并列點(diǎn)，同期方式為集中式和分布式手動(dòng)準同期，正常情況下采用就地監控計算機分布式手動(dòng)準同期，當網(wǎng)絡(luò )監控、遠動(dòng)主站退出運行時(shí)，上述各元件的同期并列操作應能在各自的保護屏處(或中央信號屏處)手動(dòng)進(jìn)行。

　　3.4中央監控

　　設事故信號及預告信號。斷路器事故跳閘啟動(dòng)事故音響，其它通道故障和裝置故障啟動(dòng)預告音響，信息除了能在就地監控主站和遠動(dòng)主站讀取及存盤(pán)外，還能在中央信號屏上讀取及記錄。各裝置的故障信號應能在各裝置上反映出來(lái)。

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