变电站自动化调试验收系统设计

李 俊

国网宁夏电力有限公司超高压公司，宁夏 银川 750000

0 引言

为了提升电力企业整体运行的稳定性，在验收阶段，需要针对每一项业务进行数据上的核对，并根据核对结果进行调试[1]。

在核对的过程中，需要在变电站的二次设备侧采用测试仪加量的方式调试，还需要将调试的数据与主站的数据进行实时比较。当前，由于变电站的建设规模和覆盖范围不断扩大，每一个变电站都需要与主站建立十几个甚至数十个业务通道，运行数据的核对难度和复杂度都受到了极大的影响。同时，由于这一过程需要大量人力和物力的支撑，也造成了资源的严重消耗，最终得到的核对结果精度也无法满足变电站稳定运行的标准要求[2]。需要在确保调试验收质量的同时，提升调试与验收的效率，该系统可以为变电站的可持续发展提供支持。

针对这一问题，文章从硬件、软件两方面开展对变电站自动化调试验收系统的设计研究。

1 系统硬件设计

为了实现对变电站的自动化调试和验收，从硬件方面对相关设备进行选型优化设计。系统硬件结构如图1所示。

图1 变电站自动化调试验收系统硬件结构示意图

根据图1，调试验收系统中的硬件设备包括采集设备、二次设备、继电保护装置、智能终端等。其中，采集设备用于获取变电站运行中各个电力设备的运行参数，得到的数据信息可为后续调试和验收提供数据支撑[3]。文章将重点说明继电保护装置和自动化二次设备的选型设计。

1.1 继电保护装置选型

在对继电保护装置进行选型时，需要明确这一硬件结构在调试与验收系统中的功能。将继电保护装置连接到系统中，可以防止电力设备在运行中出现故障或异常，避免最终影响变电站稳定运行及导致过度损耗问题。在变电站调试和验收的过程中，运行和管理的难度较大，在安装继电保护装置时，应采取独立安装形式，结合对应的被保护电力设备，实现独立组屏。在对继电保护装置进行选型时，需要考虑装置的灵敏度、运行可靠性等。基于此，在系统中选用型号为LDJB-49-970的继电保护装置，该型号继电保护装置的运行功率为300 W；运行精度为0.5%；相位变化范围在0～360°；规格为455 mm×530 mm×220 mm（长×宽×高）；显示方式为数字显示；六相并联最大功率为900 VA；工作湿度为≤85%RH；测量范围在6～40 A；开关量输入端子为8对；电流输出为0～±10 A/每相。该型号继电保护装置符合文章调试验收系统单机独立运行的要求，并且具备与系统上位机终端设备直接连接的结构。装置采用DSP+FPGA结构，能够实现32位的DAC输出。在该装置中增加了全新的线性大功率功放功能，并且安装了高分辨率的显示屏，能够将获取到的变电站设备运行参数进行实时展示。将该型号继电保护装置应用到系统中，可为系统运行提供便利条件，使调试验收操作更简单。

1.2 自动化二次设备选型

二次设备包括测控、通信等设备。基于变电站运行需要，所选择的测控设备为ALDB-D7B型号的测控装置，该型号测控装置的使用条件：安装海拔高度不得超过2 000 m；运行过程中周围环境温度不得超过+40 ℃，不得低于-20 ℃；在运行中周围空气的相对湿度不得超过95%。若实际运行中不符合上述条件，会降低测控设备的测控精度，进而影响整个调试验收系统的精度[4]。为了进一步提升ALDB-D7B型号测控装置的运行性能，将其与完善的诊断和调试工具相连接。

针对通信设备，选用型号为CSC-987000型号的站控级通信装置。CSC-987000型号通信装置的运行电压为220 V；断开容量为25 W；绝缘耐压测试电压为110 V[5]。将CSC-987000型号通信装置与设计的调试验收系统的上位机连接，同时，CSC-987000型号通信装置还支持冗余切换；在装置中安装了I/O转换插件，可满足数模转换需要。

2 系统软件设计

2.1 直接组网法构建变电站调试全信息回路图

在对变电站中各个电力设备进行调试验收时，存在的主要问题是定位困难，回归试验多等[6]。为了提高变电站运行稳定性，在设计调试验收系统时，需要从软件方面进行优化[7]。为了确保调试的准确性，需要构建变电站调试全信息回路图，为调试提供重要依据。在构建变电站调试全信息回路图时，引入直接组网法，将图纸资料与工具软件看作一个整体，在系统运行过程中根据需要分层次展现调试信息，展现的内容需要与SCD文件内容一致[8]。在构建过程中，需要针对纸质的图纸信息进行数字化处理。通过数字加工法，导出通过标准设计软件生成的图纸，并针对电子表格进行加工处理。以变电站虚端子表为例，其基本结构为iedName+LDIshnfe/fs$InInst$da,Name，将虚拟端子位移名称作为主键，其他信息作为附属信息，以此形成具有唯一主键的数据表[9]。针对变电站中的海量数据信息，为了避免数据重复，通过聚类方式筛选重复数据信息，其表达式为

式中：μ为聚类中心；Si为数据信息类型集合特征值；x为数据信息类型集合。

对数据信息聚类，并将重复信息剔除，确保构建的变电站调试全信息回路图中具备更高利用价值的信息[10]。构建的变电站调试全信息回路图如图2所示。在实际构建回路图时，注意其内部信息标准制定应统一，并且内容需覆盖变电站内所有物理、逻辑信息传输回路。

图2 变电站调试全信息回路图示意图

2.2 站内系统后台自动化调试及验收

在完成变电站调试全信息回路图的构建后，将其作为基础，针对变电站内部各设备在系统的后台完成自动化调试与验收[11]。

变电站中远动机的调试和验收具体步骤如下[12]：

第一步，初始化远动机，配置运行参数，并导出RCD转发关系文件，为变电站调试全信息回路图提供信息点表；

第二步，利用系统中的模拟变电站主站模块完成变电运行项目配置，并导入相关文件信息[13]；

第三步，利用系统模拟子站模块对远动机运行过程中产生的数据与RCD进行静态校验，并通过IEC 164840短地址实现对后台描述与主站描述信息内容的对比，以此完成对远动机的校验，并根据校验结果进行调试[14]。

完成远动机的调试和校验后，针对变电站中用于电压控制的设备，利用文章设计的系统对其进行调试和验收[15]，具体步骤如下：

第一步，在自动电压控制装置运行时，利用系统中的SCADA提供遥测、遥信数据，并将其作为验收决策依据；

第二步，在调试过程中，应用系统中的模拟工具对电压控制设备进行自动化验收，根据AVC验收需要，模拟SCADA数据。

通过上述操作，可以有效避免设备调试时出现反复操作，从而进一步提高系统的调试和验收效率。

3 系统运行效果

完全按照上述内容完成系统设计，并将设计完成的系统应用到真实的运行环境中，检测系统运行效果。以某电力企业的变电站作为运行环境，为检测系统的调试验收精度设置多个负载电流条件，分别进行调试及验收。将变电站电力设备运行相位测量过程中产生的偏差作为评价指标，若测量偏差过大，说明设计的调试验收系统精度低；若测量偏差在标准范围内，说明调试验收系统具备良好的测量精度。

设置五种负载电流条件（分别为100 A、200 A、300 A、400 A和500 A），系统相位测量偏差计算式如下：

式中：δ为调试验收系统的相位测量偏差；v为实际相位角度；v'为利用文章设计的调试验收系统测量得到的相位角度。

根据上述公式，测量五种负载电流条件下的系统相位测量偏差。已知，该电力企业为确保变电站稳定运行，对调试验收提出的精度要求为相位测量偏差不超过-0.50～+0.50°。基于这一要求，记录不同负载电流条件下的系统的相位测量偏差，并将记录数据绘制成表，如表1所示。

表1 调试验收系统相位测量偏差记录表

从表1中可以看出，在不同的负载电流运行条件下，文章设计的调试验收系统的相位测量偏差均小于规定范围（-0.50～+0.50°），具备极高的运行精度。同时，在研究过程中发现，将这一调试验收系统应用到实际的变电站运行环境中，不会受变电站复杂运行环境的影响，能够始终保持高精度的运行，调试验收系统运行中产生的数据也能够为变电站的精细化管理提供更有力的数据支撑条件。

4 结束语

为了实现变电站的智能化和自动化发展，需要针对其调试验收设计一种全新的系统，并通过实际应用分析系统运行效果验证系统的运行精度。由于与变电站相关的研究具备极强的综合性，针对相关系统的研究和完善，能够对当前快速发展的供配电工程起到极大的促进作用。

基于未来变电站建设和发展的需要，在后续的研究中，还需要以提高调试验收系统的运行稳定性及安全性为研究目标，从系统的运行与维护方面入手，将调试验收系统与相关辅助设备进行充分融合，在确保调试验收精度的同时，提高工作效率。