大庆油田无人值守变电站的微机综合自动化系统改造

王同强

大庆油田工程有限公司

随着变电站微机综合自动化技术的逐步发展，变配电一次、二次设备的不断更新，以及通信信息技术的更新换代，变电站无人值守在电力系统的各级变电站设计和运行中得到了广泛应用[1]。在企业电网中由于受管辖变电站规模数量、企业用户的负荷特殊性、运行部门管理水平等多种因素影响，变电站无人值守的推进和开展较慢。在全国油田系统中，大庆油田率先开始在110 kV 和35 kV 变电站设计运行中采用变电站无人值守模式。2008 年，大庆油田首先在运行管理经验较成熟、与用户生产负荷直接联系较少的110 kV 变电站开始实行变电站无人值守。近几年，大庆油田逐步开始对35 kV 变电站进行无人值守改造。变电站无人值守改造的核心是对现有变电站微机综合自动化系统的技术改造[2]。

1 微机综合自动化系统

变电站微机综合自动化系统是变电站无人值守的主要技术基础，为推广变电站无人值守提供了必要条件[3]。近年来，数字化电气量测系统、智能电气设备以及相关通信技术的发展，推动了变电站微机综合自动化系统朝着数字化方向迈进。

1.1 基本功能

油田变电站微机综合自动化系统的基本功能主要在4 个子系统中体现[4]，即继电保护子系统，监控子系统，电压、频率、备用电源自投、无功负荷控制子系统和通信子系统。

根据负荷要求、管理要求、电压等级等因素，有些子系统可进行取舍或合并。对大庆油田35 kV变电站而言，一般电压、频率、备用电源自投、无功负荷控制子系统比较弱化，可通过监控子系统和继电保护子系统的联动实现其功能，同时各已建变电站由于系统老化，通信子系统及监控子系统部分功能无法满足数据上传要求，且通信规约不兼容，往往需要对现有微机综合自动化系统进行必要的升级改造或更换新一代的微机综合自动化系统。

1.2 结构类型

变电站微机综合自动化系统从结构上主要分为集中式、分布式、分散分布式自动化系统，以及数字化变电站几种类型[5]。

（1）集中式自动化系统。该类型的自动化系统集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息，集中进行处理运算，完成监控、保护等功能。其适用于中、小型变电站。

（2）分布式自动化系统。分布式自动化系统按变电站被监控对象或系统功能划分，多个CPU 并行工作。其扩展和维护方便，局部故障不影响其他模块正常运行。该类型在安装上可以集中组屏或分屏组屏。

（3）分散分布式自动化系统。分散分布式自动化系统中，间隔层中各数据采集、控制单元和保护单元就地分散安装在开关柜上，各个单元之间相互独立，通过通信网互联，并同变电站级测控主单元通信。保护功能在间隔层完成，不依赖于通信网。安装既可以分散安装于各间隔，也可以在控制室中集中组屏或分层组屏，还可以一部分在控制室中，另一部分分散在开关柜上。

（4）数字化变电站。数字化变电站指信息采集、处理、传输过程完全实现数字化的变电站。数字化变电站的主要特点为以数字输出的电子式互感器、智能开关等智能设备为基础的一次设备智能化，通过通信网络交换模拟量、开关量和控制命令等信息实现二次设备网络化，以及通过网络应用，与自动故障分析、状态监测等高级应用功能相结合。其基本特征为设备智能化、通信网络化、运行管理自动化等。由于受目前设备制造等因素影响，目前数字化变电站的建设还主要集中在110 kV 及以上变电站。随着设备开发制造水平等的逐步提升，变电站设计也将逐步实现数字化[6]。

大庆油田自1998 年开始建设第一座35 kV 综合自动化变电站以来，微机综合自动化在建设与改造过程中已经得到广泛应用，变电站建设结构模式以分散分布式为主。随着数字化变电站关键设备的逐渐成熟，未来在技术发展上将以数字化变电站和智能变电站为主要发展方向。

2 系统改造

变电站无人值守设计的核心是将变电站监控信息上传至调度集控中心，通过调度中心对变电站数据信息进行远程监视和控制，附以定期或不定期的巡视操作和检修，从而取代原有变电站值班人员的现场监视操作。因此变电站监控数据上传及变电站远方操作功能的设置是变电站无人值守改造成败的关键因素。在同一管理单位范畴，为实现变电站无人值守操作的流程化、标准化，避免误操作，微机综合自动化系统监控信息应统一标准。对于新建站这一目标实现相对容易，对于改造站场，除一些可选性信息以外也必须达到相应标准[7]。

对原设计未按照无人值守建设标准建设的变电站，需对信息数据量进行扩容，增加遥测、遥信、遥控、遥调、遥视部分信息，增加信息量的采集[8]。

自动录制：录播系统采用一键式自动录制。录播系统把授课教师和学生的音、视频和电子设备的图像信号（包括视频展台，白板，PPT，教学课件等）进行同步录制。教师不需要专业录制知识，只需要通过操作面板上的功能按钮，就可独立进行专业的录制工作。录制的视频自动生成标准化的高清流媒体文件，教师只专注教学活动就可以了，减轻了课程录制的负担。

（1）遥测量。除采集微机综合自动化系统内的有功功率、无功功率、电压和电流外，还需采集主变压器温度、所用变电压、直流电压等。

（2）遥信量。在原有的测量开关位置、保护动作信号的基础上，还需接入重要的刀闸位置、主变压器分接头等信号。

（3）遥控输出。按照无人值守变电站设计标准设计的变电站一般只需做好调试及正确的授权工作即可实现变电站的远方遥控。其遥控范围根据各设备操作机构的情况可包括断路器及隔离开关、负荷开关等设备，结合大庆油田实际情况及运行需求，目前未对变电站隔离开关实施遥控控制。

（4）遥调输出。一般包括变压器抽头调整，自动补偿电容器的远方调整，保护定值远方给定等功能。结合大庆油田变电站一次二次设备及变电站运行管理要求，一般仅对变压器抽头做远方调整。

（5）遥视信号。为实现变电站的远方监控，主要是对变电站内外空间环境的监视。一般在无人值守变电站设计时均设置视频监控系统，通过统一的通信通道上传信号至调度中心进行视频监视。

结合大庆油田变电站现状及运行需求，确定无人值守变电站四遥信号按照表1 执行。

表1 无人值守变电站四遥信号Tab.1 Four remote signals of unattended substation

3 兼容性问题

油田变电站开展无人值守改造，对变电站微机保护系统来说主要面临两方面兼容性问题：变电站微机保护系统与上级调度集控中心之间远动通信的外部兼容性问题；变电站微机保护系统装置更换改造时站控层设备就地通讯的内部兼容性问题。

3.1 外部兼容性问题

外部兼容性问题主要由于早期微机保护系统采用的远动通信规约为技术落后的CDT，101 规约（串口通信方式），而目前新建调度集控系统采用的远动通讯规约均为104 规约（网络通信方式），两者不兼容。甚至个别早期系统并未配备远动通信管理机。这一问题需要通过新建或更换通信管理机、升级后台等措施来解决。但新建通信管理机也存在与已建微机保护装置之间的通信兼容问题。如已建微机保护装置采用的通信方式与其他厂家不兼容，仍需更换原厂通信管理机。

3.2 内部兼容性问题

内部兼容性问题主要由于部分油田变电站微机保护系统装置使用年限长、故障率高，在进行无人值守改造时需要更换，而现存厂家种类多、保护系统内部装置互不兼容造成的。2012年以后，部分投产较早的微机保护系统陆续出现装置老化、误动作情况，且许多厂家已退出大庆油田市场或停产，难以获取厂家技术支持，也无法采购设备配件，因此问题的解决较为复杂。

由于历史原因，早期油田各变电站采用的微机保护系统涉及厂家较多，而电力系统数据采样频率要求高，微机保护装置都是用单片机进行的汇编，产品开发时底层代码以各厂家自己的原则编制，使用的通信接口各种各样，没有遵循国家统一标准。如北京四方的LonWorks，东方电子的FDKBUS 接口，南自的CanBus 接口等，不同厂家的产品自成一体，相互之间缺乏兼容性与可扩充性。这就导致微机保护系统不同厂家的装置之间无法通信，给用户的设备选型、运行、维护等带来诸多不便。

目前的大多数变电站无人值守改造方案仍是尽量利用已建微机保护系统装置，对于能够找到原厂的设备，由原厂配合升级其通信管理机、后台等公用设备实现与新建调度系统的通信；对于投运时间过长，设备老化严重，厂家已停产或无售后，故障率高影响到电力运行安全的系统考虑予以整体更换。

4 应用效果及下一步工作方向

2015年开始，大庆油田35 kV变电站的无人值守技术改造全面启动。目前已完成改造的变电站达到150多座，已实现了变电站的无人值守和集控中心远控运行模式，现场运行人员全部撤出变电站，年节约运行人员成本1 亿多元。通过近2 年的运行检验，大庆油田无人值守变电站的运行平稳，在减少人员编制的同时，实现了变电站的智能化，提高了变电站的运行水平。

结合油田变电站的实际情况，未来在变电站的无人值守设计和改造方面主要还有以下工作要做：

（1）在现有运行经验的基础上，探索进一步降低巡视操作工作量的可能性。如目前变电站操作很大一部分集中在配合注水站注水电动机启动、检修、维护工作上。未来可考虑通过在中置式开关底盘车上增设电动机构实现远控，减少这部分操作量，以及增加户外装置测温的遥视功能，减少现场巡视工作量等。

（2）探索与故障检测系统及配电网络自动化系统的联动，减少故障处理的时间，实现顺序操作控制，为油田数字化建设和油田站场的无人值守改造提供远程电源切换功能等。

（3）密切跟踪数字化变电站技术的发展和应用情况，适时推动35 kV 变电站的数字化建设。

（4）与变电站的三维设计和数字化移交相结合，配合状态检修手段，实现变电站的全生命周期管理。

5 结束语

变电站微机综合自动化系统是变电站无人值守的主要技术基础。对微机综合自动化系统改造关键问题进行研究，确定技术改造的路线，是变电站无人值守改造的关键。目前的技术方案在油田变电站无人值守改造中得到了广泛的应用和推广，取得了良好的应用效果。同时我们还应该看到，由于企业电网的特殊性，目前的无人值守变电站改造和设计是在现有变电站建设现状和建设标准的前提下，因地制宜提出适合大庆油田现状的改造方案。随着油田变电站无人值守运行的经验积累、综合自动化系统的技术进步、新技术成果的不断涌现，变电站无人值守作为油田数字化的一部分，随着油田数字化推进产生的新需求，未来在现有基础上进行技术革新和改造还会有更多的现实需求。