变电站综合自动化系统存在的问题及改造建议

范克洲

摘要:随着计算机和网络技术的发展并深入工业生产过程的各个领域,同时由于越来越多、越来越大的工程开发,迫切需要更为先进和可靠的控制系统去操作日趋复杂的控制设备,由此便产生了当代的变电站综合自动化系统。文章通过分析研究变电站综合自动化系统存在的一些问题,提出了合理改造变电站综合自动化系统的建议。

关键词:变电站;综合自动化系统;控制系统

中图分类号:TM762文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0183-02

变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平,降低运行维护成本,提高经济效益,向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展,一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统,已经成为必然趋势;另一方面,保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站综合自动化系统,是电力系统发展的趋势。

一、变电站综合自动化系统存在的问题

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、继电保护、自动装置和远功装置等)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、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,以及与调度通信等综合性的自动化功能。因此,变电站综合自动化是自动化技术、计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。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,利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能,可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。当前我国大多数变电站已经实现了供电的自动化系统,包括一些高压开关设备的继电保护设备也已经使用了大量的微机保护,部分设备完成了变电站综合自动化系统中的。不过由于种种原因,我国变电站综合自动化系统还处在比较低级的水平,主要表现在以下几个方面:(1)传统二次设备、继电保护、自动和远动装置等大多采取电磁型或小规模集成电路,缺乏自检和自诊断能力,其结构复杂、可靠性低;(2)二次设备主要依赖大量电缆,通过触点、模拟信号来交换信息,信息量小、灵活性差、可靠性低;(3)传统变电站占地面积大、使用电缆多,电压互感器、电流互感器负担重,二次设备冗余配置多;(4)远动功能不够完善,提供给调度控制中心的信息量少、精度差,且变电站内自动控制和调节手段不全,缺乏协调和配合力量,难以满足电网实时监测和控制的要求;(5)传统的二次系统中,各设备按设备功能配置,彼此之间相关性甚少,相互之间协调困难,需要值班人员比较多的干预,难于适应现代化电网的控制要求。另外需要对设备进行定期的试验和维修,即便如此,仍然存在设备故障(异常运行)不能及时发现的现象,甚至这种定期检修也可能引起新的问题,发生和出现由试验人员过失引起的故障。

二、变电站综合自动化改造的设计思想

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之需要。从系统设计的角度来看改造后的站内系统需有以下特点:(1)分布式设计:系统采用模块化、分布式开放结构,各控制保护功能均分布在开关柜或尽量靠近开关的控制保护柜上的控制保护单元,所有的控制、保护、测量、报警等信号均在就地单元内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机,各就地单元相互独立,不相互影响;(2)集中式设计:系统采用模块化、集中式立柜结构,各控制保护功能均集中在专用的采集、控制保护柜,所有的控制、保护、测量、报警等信号均在采集、控制保护柜内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机;(3)简单可靠:由于用多功能继电器替代了传统的继电器,可大大简化二次接线,分布式设计在开关柜与主控室之间接线,而集中式设计的接线也仅限于开关柜与主控室之间,其特点是开关柜内接线简单,其余接线在采集、控制保护柜内部完成;(4)可扩展性:系统设计可考虑用户今后变电站规模及功能扩充的需要;(5)兼容性好:系统由标准化之软硬件组成,并配有标准的串行通讯接口以及就地的I/0接口,用户可按照自己的需要灵活配置,系统软件也能容易适应计算机技术的急速发展。

三、变电站综合自动化改造设计的措施

(一)微机保护的改造设计

变电站综合自动化系统采用三层分布式结构,其关键的部位是间隔保护层,间隔保护层由综合保护装置组成,各个装置独立工作,对变电站的一次设备隔离故障、保护设备的重要作用。+++变电站自动化改造的变电站有3个双圈主变,对每台主变配置一台差动主保护WPD-2501C和高压侧、低压侧后备保护WPD-251D各一台:主保护配置差动速断、二次谐波制动的比率差动保护、非电量保护、和CT断线告警功能;后备保护配置三段复合电压闭锁过流保护,每段一时限。变压器保护的改造由原来的一种保护一个继电器的做法,改变成为一个装置具有多种保护功能,极大地改变了以前电磁式保护整定值不精确,保护启动不灵敏的现象。同时保护装置数量的减少也节约了电缆的用量,减少了工程量、维护量,也减少因电缆引起的保护装置的异常和故障现象。经保护试验,变压器的主保护和后备保护不拒动、不误动,保护定值精确、保护启动灵敏,完全符合对变电站变压器保护的要求。变压器保护装置在独立完成对变压器的保护功能外,装置也由485总线形式接入变电站综合自动化系统,变压器的异常信息、故障情况、变压器高低压侧的断路器分合情况以及变压器高低压侧的电流、电压、有功功率和无功功率等都能在综自系统的上位机上及时准确地显示和记录。

(二)监控系统的改造设计

变电站监控系统的改造是这次吕家坨矿+++变电站二次设备改造的重头戏,也是这次变电站改造提高自动化水平、增强变电站管理的信息化、现代化程度的关键和基础。整个变电站综合自动化系统采用分层分布式网络结构,其面向一次设备的间隔保护层全面采用既有保护功能、又有监控和通信功能的保护测控装置,装置除具有保护功能外,还具有友好的人机界面,在装置面板上有大屏幕液晶显示,值班人员和维护人员可通过装置面板上的按键查询各条线路、电容器、变压器、母线等的电量数据、运行参数、告警信息、故障信息,也可在装置上对各个断路器进行手工操作。间隔层的保护测控装置以485总线形式与中间层的通信管理机相连,经通信管理机转发传至上位机系统。监控系统软件实现的基本功能包括:实时数据采集、安全监视、数据处理、告警处理、控制操作、运行记录、人机联系、制表打印、设备诊断和数据库维护等。

(三)抗干扰的改造设计

变电站的二次设备安装在变电站中,而变电站又是电力设备比较集中的地方,电磁干扰比较多,运行于变电站的综合自动化系统必然会受到来自不同设备的各种干扰,因此在设备中必须考虑抗干扰的措施。在这次改造中,我们考虑并加强了抗击各种干扰的措施和电路,使装置能抗击4级静电放电干扰、3级射频电磁场辐射干扰、4级电快速瞬变脉冲群干扰、3级浪涌(冲击)干扰、3级射频场感应的传导干扰、5级工频磁场抗干扰、5级脉冲磁场干扰、5级阻尼振荡磁场干扰、4级振荡波抗干扰;各输入、输出端子分别对地,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,能承受5kV(峰值)的标准雷电波冲击。同时诊断变电站直流电源波动比较大的特点,在综合保护自动化装置的工作电源部分还加装应用了能吸收、缓解和释放电源电压波动的电路及技术,经试验和一段时间的应用,达到了预期的效果。

总之,变电站综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化,提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用,它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性,对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。随着技术的进步和硬件软件环境的改善,它的优越性必将进一步体现出来。

参考文献

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