浅谈变电站的电气自动化设计

王胜快

摘要：随着我国市场经济的迅猛发展，科技水平的不断提高，我国变电站电气自动化设计的技术水平也在不断提高。对变电站电气自动化的系统进行分析，其目的就是使传统的变电站向智能化变电站转变，这也是今后城网规划与建设的一个重要课题。本文分析了变电站电气自动化设计的原则，并详细阐述了变电站电气自动化设计的相关要点。

关键词：变电站；电气自动化；计算机监控；综合自动化；电缆

中图分类号：U665文献标识码： A

一、变电站电气自动化设计的概述

变电站电气自动化设计主要是对电力系统中变换电压、分配电能、控制电力流向、调整电压的电力设施等方面进行设计。目前，我国对变电站电气自动化设计的研究已经取得了一定的成果。在电气自动化设计的超高压变电方面，我国普遍采用了微机故障录波装置、微机线路保护、微机远动装置检测系统，并设计了实时在线的微机监测装置、远动设备以及继电保护等，这些装置的使用为变电站电气自动化设计奠定了坚实的基础。但我国在变电站电气自动化设计方面也一直存在着一些问题，特别是变电站电气自动化设计中的系统配置及其系统网络结构无法满足变电站电气自动化系统的要求，变电站综合自动化系统发生故障等，这都严重影响着变电站电气自动化系统的正常运行。因此，诸方面问题还有待进一步解决。

二、变电站电气自动化设计原则

（一）遵循电气自动化系统设计原则

应遵循电气自动化系统设计原则，设计电气自动化系统方案时应注意：在变电站开关柜内的继电保护等相关方面的设计应保持不变，值班室的继电保护屏与中央信号系统也应保持原设计，然后再设计一套重复的计量、信号与控制回路进入计算机监测与控制系统。因此，我们不难看出，遵循电气自动化系统设计原则是非常关键的一个环节。

（二）遵循电气自动化监视和控制原则

电气自动化设计原则之二是电气自动化监视和控制原则。电气自动化监视系统的数据是统一采集处理的，以达到资源共享的目的，因此不用再另外设计其他常规的控制屏及模拟屏。电气自动化监视系统有与电力调度数据专网的接口，具备软、硬件配置相互支持的联网平台。电气自动化控制系统具备防误闭锁功能，能完成全站防误操作闭锁。

（三）遵循保护电气自动化配置原则

电气自动化设计原则之三是保护电气自动化配置原则。电气自动化系统配置一般采用微机型保护测控一体化装置，装设在成套开关柜上，这种设置具备自投功能，可以在一定程度上保护微机的低周减载功能。

变电站的电气自动化设计要点

（一）系统选型

主要从继电保护及站内集中监测与远方调度几方面考虑。对于继电保护而言，35kV 及以上的变配电站一般都有变压器保护，应优先考虑选用微机保护或变配电站综合自动化系统。10kV 变配电所一般均为电力系统开闭所及用户变配电站，一次接线比较简单，应以常规继电保护为主。选用价格低、性能可靠的智能化开关，智能化开关柜或综合自动化系统之后，可以取消常规继电保护。

对于站内集中监测与远方调度来讲，有集中式与分散于开关柜内的集散系统两种形式，变配电站综合自动化系统是一种最先进的分散安装于开关柜内的变配电站站内集中监测与远方调度系统。集中式变配电站计算机监测与远方调度系统需要安装各种电量变送器。测量、信号与控制电缆要由开关柜内引出，外部电缆数量多，设计与施工工作量大，一般不宜再推广使用。变配电站综合自动化系统的末端数据采集与控制单元直接安装于开关柜内，大都采用交流采样从电流或电压互感器直接进行测量，省掉了电量变送器，有些还可以省掉开关柜上的指示仪表。外部电缆只有一根通信电缆与供电电源电缆，设计与施工简单，所以应积极推广选用。智能化开关与智能化开关柜本身已经具备集中监测与远方调度功能。只要设计一根通信电缆引到调度值班室中央控制站计算机就可以实现集中监测与远方调度。但由于各厂家的通信协议不统一，不同厂家的产品实现联网比较困难，所以近期还难以推广应用。

（二）电气自动化信息的分层设计

电气自动化设计的要点之一是电气自动化信息的分层设计。在进行电气自动化设计时，必须完善一次设备与间隔层间的信息分层设计，这样才能有利于电压和电流相关设备的正常运行。

1、间隔层的信息交换设计

针对在一个间隔层内部的功能模块进行设计，保持继电保护和控制、监视、

测量之间的信息交换。

2、间隔层与变电站的信息设计

变电站电气自动化监控系统的信息主要由间隔层采集，发送到监控管理机，这些信息设计内容大体上包括多个方面，主要有正常情况以及事故情况下的测量值和计算值、断路器状态、保护操作等。

（三）计算机监控系统设计

1、设计原则

变电站的监控系统必须满足处于无人值班时仍可以正常的工作，因此其设计要采用先进的计算机管理，并且严格的遵循以下的原则：

（1）计算机网络安全应该按照《电力二次系统安全防护规定》执行;

（2）计算机监控系统使用可以进行远程控制的计算机系统与分层分布式的网络结构并简化其后台部分；

（3）实时监控、控制、数据的采集、处理分析由计算机系统独立的完成，除此之外不再增设其它的模拟屏或控制屏；

（4）使用硬接点来传输重要的信号，例如保护动作信号与报警装置信号；

（5）使用交流采样来实现计算机监控系统的电气模拟量采集；

（6）为了避免重复采集以及设备的冗余，可以通过远程数据设备资源与计算机主站资源共享；

（7）为了完成防误闭锁操作，计算机系统需要具备相应的防误闭锁功能。

2、监控范围

计算机监控系统主要进行以下六个方面的监控工作:

（1）进行图像以及安全警卫系统的监视；

（2）通信设备以及通信电源警报信号的监视；

（3）UPS 系统与直流系统；

（4）变电站的用电源备用自投及用电控制监控；

（5）不同型号无功补偿装置的自动的投切和变压器分接头的调节；

（6）进行主变压器中性点的隔离开关、不同电压等级的断路器、电动操作开关、隔离开关的监控。

3、操作控制方式

计算机的监控系统是为满足无人值班的目的而设计的，其功能的按照分层的原则考虑，即按照集控中心、变电站控制层、间隔层、设备的不同功能的分层。除了集控中心的后面三层因为只作为检修的操作手段与后背的操作，因此其监控的范围与手段可以按照需要适当的调节。

4、系统配置

控制层作为监控系统的核心，其主要的设备包括: 远动主站、GPS对时装置、公用接口装置、打印机、主机兼操作员站以及网络系统。计算机监控系统的外围的设备要尽量的简化，例如免去操作员站的设定，当然可以预留一个便携机接口。同时为了今后的升级以及其他的考虑，在进行主线图的设计以及站点控制层的数据库建设时要有发展的眼光。

（四）变电站综合自动化系统

变电站综合自动化系统是以一个配电间隔为单元，由一台电力监控器完成信号测量、继电保护与控制。测量为交流采样，直接从电流互感器或电压互感器取交流。--SA 电流信号或交流。0V~100V 电压信号，380/220V 低压系统直接取交流 0V~220V 或0V~380V 电压信号。所有电力监控器通过通信电缆引到计算机系统。

1、变电站综合自动化系统外部电缆设计

变电站综合自动化系统的外电缆设计非常简单，只有一根通信电缆与一根交流 220V 电源线。通信电缆一般选用计算用屏蔽电缆，线芯为两对两芯 0.5m 铜芯线，使用一对，备用一对。也可以选用双芯屏蔽双绞线。大型变电站也可以考虑使用光缆。电力监控器应由专用电源集中供电，以保证供电可靠性，增加抗干扰能力。有些电力监控器可以用 220V 直流电源供电，此时可以由直流屏集中供电。变电站数量少时，可以不设现场控制站，电力监控器的通信电缆可以直接引到中央控制站。供电电源可由变电站内单独提供，距离中央控制站近时，也可以由中央控制站供电。通信距离可达 3km。变电站内开关柜数量少时，可以几个变电站合用一个现场控制站，每个现场控制站可带犯个电力监控器。电力监控器到现场控制站及现场控制站之间的最远距离均为 5km。

2、变电站综合自动化系统的二次接线图设计

变电站综合自动化系统的二次接线图设计按所选用的电力监控器种类分为只有监控功能与带保护功能两种。10kV 及以下电压等级的供电系统一般应选用只有监控功能的电力监控器，其二次接线图见有关产品设计项或手册。

3、变电站综合自动化系统的选用

变电站综合自动化系统的成套设备生产厂商有很多，例如国内的鲁能、南瑞、南自、许继、思达、四通，国外的 SIMENS、ABB 等公司。应该根据实际设计要求与系统的功能，综合考虑选用，一般的变电站综合自动化系统应该具有以下功能：SCADA功能、数据库系统、高级专家功能、运行管理功能、网络互联功能。选用的基本原则是: 在满足要求的情况下，系统运行的可靠性好、性能价格比高。

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