变电站自动化控制系统设计与实现

2018-10-09芦琳娜

机电工程技术 2018年9期

芦琳娜

（西山煤电集团发电分公司，山西太原 030053）

0 引言

近几年随着计算机技术以及相关网络和通信技术的不断发展，其应用场合也越来越广泛，将这些技术应用到变电站，使工作设备得到实时监测控制，实现在远离工作现场的地方对设备进行自动化控制，这就是自动化控制技术。通过应用由多台计算机构成的分级控制结构进行操作，将比较分散或者是不容易收集到一起的信息收集到一块，这是变电站综合自动化系统的优点。变电站中各部分之间实现信息的相互交换和共享，可以在很大程度上减少变电站硬件设备的数量，极大节省成本。由于采用了自动化系统的这些优点，所以其相对于传统的变电站具有更大的优势，本文作者主要介绍110kV变电站综合自动化系统的设计方案，对于经常出现的电磁干扰问题进行研究[1-2]。

1 系统设计方案

（1）目标变电站概况

由于该变电站的电压等级为110 kV，所以配备一座电压等级为110 kV的总降压变压器，有电压的变压比为115/6.3的三相调压变压器3台，其中一台变压器为备用设备。每台功率为63 MVA。变电站在进线侧的形式为110 kV的线路由2回进行，每回的线路都通过一台63 MVA的变压器将电压降为6 kV，在6 kV侧又分出多条出线，

谈到变电站就无法避免无功补偿这个问题，由于在负载侧已经进行就地补偿，变电站在无功补偿的总容量方面就有所降低，所以计划按每台变压器的补偿容量为6000kVar来配置。除此之外该变电站还安装了干式的接地变压器容大小为550kVA，以及站用变压器容量大小为干式的1/5，他们的规格分别是550/6.3-80/0.4。他们的进线侧接在6 kV的出现侧母线上。为了防止在通断电瞬间电弧的产生配备两台容量为100 kVA的线圈用来消除电弧，与变压器的中性点连接[3-4]。

（2）实现的功能

作为一个自动化监测系统其最为关键的功能便是监控功能，其中需要监测的项目一般有如下几项：数据方面主要包括各种传感器以及设备状态的数据采集，包括模拟量、数字量、频率量等；具有强大的存储功能，能够将变电站的实时工况随时记录起来，方便以后的查询记录项例如断路器跳闸、保护动作的发生等；能够自动识别故障并对其做相应的记录；工作人员能够在监控中心通过相应操作来远程控制变电站内设备的启动一起其他相应动作；能够对收集到是数据做简单的处理，比如收集到的电流以及其他的物理参数，当其发生异常时能够提醒工作人员进行处理；能够将记录的数据打印出来等功能。

除了监控方面的功能外还需要具备自动控制方面的功能，包括对变电站电压控制以及无功补偿的动态调整等。在电网中其关键的参数就是运输电能的能力，安全稳定的以及低功耗的实现对电能的运输是改进的目标，而这些参数都与变电站的电压以及无功功率的补偿有着密切的关系，所以要想实现变电站的自动化控制就必须具备这两个参数的动态调整和控制能力。这样才能保证整个电力系统运行在最佳状态。

最后便是能够实现在低频段减少负荷的自动化控制，交流电都有固定的频率，而在这个频率下运行的设备能够长时间保持正常的工作状态，如果电网中供给的电能频率变化范围比较大，这会对用电设备造成很大的损坏，尤其是某些比较精密的设备，国家相关文件中规定交流电频率必须维持在50 Hz，上下波动幅度在0.1～0.2 Hz之内，当电网中出现频率不稳定时必须采取相应措施及时将其恢复，这是自动化控制中的一个难点。

（3）设计方案

如图1所示为系统的整体架构图，从图中可以看出系统采用计算机和控制单元来组成，采用的结构是分层式的，整个系统以工业以太网作为基础用测控单元来实现远程控制，控制方式为开关量，采用的系统为经过特殊处理后的Windows系统，通讯方式为工业以太网，协议为标准的EC60870-5-104协议。能够实现的控制功能包括远程的开关以及就地的闭锁。其中间隔层的设备都是按照变电站实际需求来配置的。

图1 系统整体架构图

为保证变电站网络的安全稳定，系统配置相应的加密设置，能够对IP进行有效的过滤，这才能够保证变电站信息的安全性、可靠性以及实时性。

2 自动化设备配置以及功能实现

（1）自动化设备配置[4-5]

自动化设备的配置主要包括间隔层配置、站控层配置、通信网络配置以及系统控制软件等。

设备间隔层的配置包括以下几项：首先整体上采用的是模块化结构，优点是便于维修和查找故障，将设备按功能分散布置在各个地方，其中涉及到需要配置的地方主要包括用于测量的输入传感器、输出设备以及用于显示的人机界面和手动控制的器件通信接口等。这些设备的配置主要是为了能够更好地实现数据的采集、操作保障、频率低时自动减轻负载以及对设备实现监控和手动控制等。

主站控制层的配置：变电站要求较高的安全性，所以采用两台主机的配置，一用一备，通信通道也是双通道的。信号调理用的调制解调器为双口的，由于变电站的特殊性所以必须配备防雷保护设备，采集到的数据都是直接传送到处理设备，不经过中间的处理层，可以直接从以太环网里进行数据交换，能够在远程对设备进行诊断以及维护，能够实现无人值守的工作要求。为了具有较高的兼容性设备必须支持多种通信协议，监控终端采用工控机，系统为Windows NT系统，特点是抢占式，能够实时运行多个任务，能够多线程运行等。

通信用网络的配置方法：为了保持每个间隔层之间的独立性，采用以太网进行设计，所用的以太网为单网，相互之间没有联通，每个间隔层之间的信息都是独立上传整个以太环网的，中间的接口是交换机。为保证信息传输的效率和稳定性，在添加交换机时都设置了冗余。

控制系统软件：系统选用的软件是应用比较广泛，性能比较稳定的PS6000专门用于电网监控的自动化软件平台，由于其功能比较强大所以能够满足设计的各种监控和控制要求。其主要功能包括：数据管理系统、事件管理系统、报表打印系统以及安全管理系统等。

（2）通信功能的实现

变电站的通信功能主要体现在监控中心与现场的设备之间、各种传感器与一次设备之间等[6]。

设计采用以太网作为通信方式，主要是考虑到以太网的通信速率比较高，连接简单等优点，接口采用传统的RJ45标准接口，站级的通信速率为100 M，而间隔层之间采用的是10 M的以太网，通信协议为TCP/IP协议。通信模型如图2所示。

（3）系统功能总结

系统能够实现的主要功能包括一下几项：远程控制监控、事故记录、历史查询、数据采集和处理、故障报警和处理、打印等。