110kv变电站综合自动化系统设计研究

杨昌禄

渤海大学



110kv变电站综合自动化系统设计研究

杨昌禄

渤海大学

针对变电站综合自动化系统的应用需求逐渐广泛的现状，本文对110千伏变电站自动化系统进行了研究，最终提出了自动化的解决方案，并从系统的数据采集模块和数据库系统模块的设计两个角度详细论述了综合自动化系统的实现，有利于提升变电站自动化系统的发展水平，本文根据变电站综合自动化系统进行了分析，逐渐找到了变电站自动化管理的方法和对策。

110KV 变电站 综合自动化

1　110kV 变电站的情况概述

当前我国在110千伏的供电线路上进行的变电站工作，在一般情况下，变电站配置的线路有两种，主变系统中通过变电器就可以开展工作，一般的限流为800千伏，我国使用的变压器是110KV和10KV的，通过母线的方式可以建立连接。典型的综合自动化系统原理接线图如图1所示：

图1　典型的综合自动化系统原理接线图

2　变电站综合自动化系统的特点

2.1功能综合化

变电站自动化系统具有直流电源和2次设备，通过微机控制系统可以对控制屏以及信号进行设置，微机保护子系统中包括了常规的继电器和逻辑电路，变电站自动化系统有利于对变电站的投资减少。

2.2二次设备网络化

变电站的设备主要包括故障保护装置，操作装置以及故障录波装置，各种装置都是标准化以及模块化的设计制造方式，设备之间的连接是通过高速网络的系统连接的，2次设备不会出现重复的 I/O 现场接口，在网络中进行了资源共享。

2.3运行管理系统自动化

变电站自动化系统的管理有利于数据的运行，也可以对状态进行记录，最终可以实现无纸化的数据信息分析。变电站在运行的时候可能会出现故障，指出故障原因， 提出故障处理意见 ；系统也可以提出各种检查报告，最终可以对变电站进行状态检修。

3　变电站综合自动化系统的结构模式

变电站的系统结构模式主要是传统的和现代的，是通过微机进行控制的，可以更好地开展系统的隔离保护工作，通过CPU型号可以更好的完成，而且CPU的工作量会很大。另外，通过电缆可以输送和传达控制平台中的信号，而且对电缆的安装和检修工作有重要的意义，一般来说，微机控制平台的造价很低，但是技术的性能较差，但是不利于发展信息技术的。

在许多的分层和分布式系统中，系统包括有变电站和间隔层，变电站在控制室内设置，可以通过上下位机更好地完成工作，主要的运行对象是开关，可以根据一次性设备更好地进行设置配置，设备之间的内容是独立的，而且不会出现任何影响，可以做好数据的交换以及传送工作，我们获得了如下图所示的结构系统：

分层分布式系统的模型具有不同的方式，包括有分散式以及组频式，这两种方式具有重要的意义，分散式结构有利于减少电缆的维修工作，有利于电缆之间减少干扰，而且可以更好的进行系统的安装工作，有利于进行系统的维护，但是可能会出现电缆量过多的情况。和传统的控制系统比较而言，分层式系统具有很大的优势：

（1）运行有很高的可靠性，而且设备之间不会受到相互影响。

（2）系统可以更好的进行升级，具有更高的灵活性。

（3）由于电缆数量比较少，这是可以节约空间的，所以安装的工作量最终会减少。

4　110kV 变电站综合自动化系统的功能

4.1保护微机装置

（1）计算机的遥感技术可以更好的修改系统的定值；

（2）具备有完系统的保护工作程序；

（3）能够查询系统的数量值以及故障原因；

（4）系统中的工作流程可以根据顺序记录。

4.2测量功能

（1）系统中出现的数量只可以正确地检测；

（2）系统中出现故障的时候可以进行追踪，最终可以显示出警报信息。

4.3显示功能

（1）可以获得变电站运行状况，最终有利于监控人员更好地开展工作；

（2）通过绘图技术，可以获得线路的负荷曲线以及电压曲线。

（3）可以更好的显示设备中的主要参数，最终对电站的保护定值进行显示。

4.4远程控制功能

由于变电站朝着自动化以及数字化的运行趋势发展，在终端设备可以对系统进行监测以及监控工作，通过远程控制的方式实现变电站安全运行的目标。

5　110KV变电站自动化系统的设计

5.1一次设备选型

变电站要更好更安全地运行，这样才能更好地对电机设备进行维护；一般通过真空开关柜可以选择，而且技术更先进，具有更好的可靠性；110千伏的隔离开关使用的电动操作模式，这是符合遥控要求的；设备要尽量使用无油化，具有可靠性的设备。

5.2变电站综合自动化系统结构模式

有两种结构模式：包括分层分布式系统以及微机控制系统。110KV变电站自动化系统使用的分层分布式系统，这种系统在纵向上有两层，包括变电站层和间隔层，变电站承载变电站的主控室内，通过监控计算机和控制器组成，通讯控制器可以更好地保护测控单元以及自动化设备，通过控制器的控制和协调方式，有利于变电站自动化系统更好地进行信息接收以及发送，并且可以执行开关命令，闻隔层为面向变电站各开关间隔的一次电力设备，通过对设备进行配置。间隔层中的各个设备功能是独立的，可以通过网络进行互联，最终在变电站中进行通信。间隔层内部的功能不依靠站内通信网，获得了如图的系统结构。

分层分布式结构主要由分散式和集中组屏式，分散式实现了将数据采集及微机保护单元安装在开关柜设备附近， 可以通过网络电缆和光缆连接，这种形式有利于电缆节省，可以避免出现电磁干扰的现象，可能会增加设备的占地面积。集中组屏将保护单元集中在控制室，这种形式具有更好的工作环境，而且干扰源不多，有利于系统的维护，但是具有相当多的电缆数量。

分层分布式控制系统有很大的优点：可靠性比较高，而且设备之间可以进行扩展，具有较好的灵活性，可以减少2次电缆，有利于安装工作量的减少。

5.3110KV变电站综合自动化系统的实现

5.3.1变电站自动化系统数据采集模块的实现

该模块对变电站需要的监视设备以及各种开关信号进行了采集，包括设备的运行参数以及系统的安全参数，根据电流电压的幅值以及变电站的电能度数，开关的状态以及波形的变化趋势。

根据系统进行结构设计，根据实时性的要求可以对线路进行数据采集和分析，进行数据采集和分析不会相互干扰，也不会产生相互的影响。当前许多的计算机使用了冯诺依曼的结构，这种结构有利于进行顺序处理，在一个时刻处理器可以处理一件事情，为了实现客户的要求，大型机采用了仿并行处理技术。这种技术的调度策略很新，可以更好的进行处理器的运算，也能够对线路进行监测分析，会占用一个时间片；如果对另一线路进行监测，会占用另一个时间片，因为处理器的处理周期为 10 s～9 s 的数量级，这样就能实现对线路进行监测分析的目标。

在系统中，通过发送采集命令的方式可以获得下位机响应，下位机可以查询是否应该被访问，如果出现了数据采集模块应该立即发送，上位机收到数据后可以处理，每条总线必须执行过程，通过多线程的方式可以实现对总线数据采集的目标。

图2　集中式结构的综合自动化系统框图

5.3.2系统数据库系统的实现

数据库是110千伏变电站自动化系统的核心，为了更好地进行数据信息的管理，需要将数据信息进行组织化的结构管理。系统的数据结构可以对系统的规模和功能产生影响，我们详细地分析了本系统的内部数据库，实时数据库以及历史数据库结构，要更好地考虑开发周期以及维护成本，通过商用数据库进行分析，对各个系统的具体设计方案进行了分析，计算机中具有内存数据库也有实时数据库，内存数据库在计算机的缓冲区，实时数据库通过文本的方式在硬盘中存储；备用的服务器里面有实时数据库和历史数据库，这种数据库和其他的工业计算机的数据库是有区别的，通过4台工业计算机定时下载，然后在服务器上进行保存，历史数据库将数据库中的数据进行稀释处理后可以导入到数据库中，但是数据库中需要很多的参考资料，本文不进行详细讨论。

6　结语

变电站综合自动化技术的应用对变电站现代化的管理有着重要的意义，有利于变电站主体结构以及值班维护模式的改变，有利于实现现代化生产的目标，是电网发展的必然趋势，本文综合探讨了变电站的自动化总体结构，而且进一步的研究和分析自动化系统的关键技术，做好有益的尝试和探索对自动化系统的发展具有重要的意义和作用，本论文探讨了各种自动化设计方案，有利于变电站380 kV（330 kV）、500 kV 自动化系统的设计。

［1］李梅香，王崇林，曹海洋，宗剑.变电站综合自动化系统的发展与展望.工矿自动化 2006- 06- 10

［2］李潮勤，陈喜士.110kV 变电站综合自动化系统的构建.广西电力.2006- 08- 30