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摘要本文介绍了变电站综合自动化系统的基本概念,分析了我国现行的变电站综合自动化系统的结构和应能实现的基本功能,以及对变电站综合自动化系统在实际工程中的建设和投入运行的完善提出了一些相关的认识和建议。
关键词变电站 自动化系统 结构 功能
中图分类号:TM63文献标识码:A
近年来,随着国家经济的发展,为了保证国家经济的稳定发展,国家对电力行业的政策作出了调整,大力发展高压电网和特高压电网,智能电网也被逐渐提上日程,同时变电站综合自动化系统也在全国得到广泛的应用。变电站综合自动化系统是指应用自动控制技术、信息处理和传输技术,通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业,提高变电站运行、管理水平,及时分析和反馈电力系统中实时信息的一种自动化系统,特别是对二次设备(包括控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置)利用微机技术经过功能的重新组合和优化设计,对变电站进行自动监视、测量、控制和协调。变电站综合自动化系统是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用,实现变电站无人值班,提高生产效率。
1 变电站综合自动化系统的基本结构和特点
变电站综合自动化系统随着电子技术、计算机技术、通信技术和网络技术的发展,其体系结构的性能、功能和可靠性得以不断提升。根据国内外在变电站综合自动化上的发展,目前主要采用的结构形式分为集中式结构和分层分布式结构。
1.1 集中式结构
集中式结构的综合自动化系统,采用不同性能的计算机,通过扩展其外围的接口电路,集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息,集中进行计算和处理,分别完成监控、保护等功能。特别值得注意的是集中结构并不是指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和远东通信的功能是由不同的计算机完成。这种结构形式主要出现在变电站综合自动化系统的初期。
采用集中采集式的优点在于它有较完善的人机接口功能,占地面积少,造价低,适合1110KV或规模较小的变电站。但是随着变电站规模的发展,集中式结构的形式出现了不少问题,由于每台计算机的功能比较集中,一旦某台计算机出现故障,会影响其他的计算机工作,因此必须采用双击并联运行的结构才能提高可靠性;其次,集中式结构软件复杂,修改工作量大,调试繁琐。此外,这种结构的组态也不灵活,对于主接线不同或规模不同的变电站,软、硬件都必须另行设计,不利于批量推广。
1.2 分层分布式结构
分层分布式是以变电站内的电气间隔和元件(变压器、电抗器、电容器等)为对象开发、生产、应用的结构形式。分层分布式可分为三层结构,即站控层、间隔层和过程层,每层由不同的设备和子系统组成,完成相应的功能。
分层分布式结构的优点在于可以大幅度的减少二次设备所需要的电缆和连接电缆,有效抑制电缆传输信息时的电磁干扰;其可靠性高,任一部分设备故障只影响局部,便于维护和扩展;模块化设计,使大量现场工作可在设备制造厂家一次性完成。
2 变电站综合自动化系统的基本功能
变电站综合自动化系统的功能已远远超过了常规的变电站二次系统,使远方调度所可对变电站进行远程控制,实现微机保护及对微机保护装置定值修改、投入或闭锁部分保护功能,信号复归,对隔离开关和断路器进行操作和闭锁,故障录波,自检等,使变电站变成无人值守。具体的功能一般有如下几个方面:
(1)数据采集与显示。对模拟量、开关量、电能量以及来自其他智能设备数据的进行采集与处理,是变电站综合自动化系统执行其他功能的前提和基础。(2)微机保护。在变电站综合自动化系统中,微机保护主要对站内所有的电气设备进行保护,包括线路保护,电力变压器保护,母线保护,电容器保护及备自投,低频减载等安全自动装置。(3)安全监视与报警并记录。对所采集的实时数据、信息进行监视,并在出现异常状态时报警、显示和信息上传,按时间先后顺序进行记录等。(4)自动控制操作。操作人员可通过后台机屏幕对断路器,隔离开关,变压器分接头,电容器组投切进行远方操作。(5)进行电压控制和无功补偿控制。进行电压控制和无功补偿是保证电力系统的稳定运行必要手段,它是配电网非常重要的控制目标。在运行时,能实时控制电压和无功的基本手段是有载调压变压器的分接头调档和无功补偿电容器组的投切。(6)实现远动功能。如进行遥测、遥感、遥信、遥调、遥视、遥控、保护定值的远方监视和修改、故障录波和测距并远方传输等。
根据变电站综合自动化系统的功能分配,其子系统可划分为监控、保护、网络等子系统如图1所示。
3 我国变电站综合自动化系统存在的一些问题
尽管变电站综合自动化技术在逐渐的推广,由于综合自动化技术尚未完全成熟,其运行过程中难免出现一些不尽如人意的地方,主要表现在以下几个方面:
(1)接口问题。接口的问题是综合自动化系统中非常重要的问题,包括RTU、保护、小电流接地装置 、故障录波、无功装置等与通信控制器 、通信控制器与主站、 通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。这些不同厂家的产品的数据要在同一个系统中使用时,其数字交换接口始终难以统一,在110KV及以下的电压等级的系统中问题不是很明显,但是在220KV和500KV的电压等级的变电站中,不同功能模块的数据接口就难以协调了。
图1变电站综合自动化系统的主要子系统
(2)变电站综合自动化系统的传输规约问题:由于国内各个地区、县之间情况不统一,变电站和调度中心之间的信息传输采用各种形式的规约。不同厂家通信规约的不同,对软件的适应性提出了较高的要求。
(3)变电站综合自动化系统的抗干扰问题。变电站内高压电器设备的操作、低压交流、直流回路电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路故障所产生的瞬间过程等会产生电磁干扰,这些干扰进入变电站内的综合自动化统或其他电子设备,就可能引起自动化系统工作不正常,甚至损坏某些部件或元器件。
4 对变电站综合自动化系统的建议
我国在变电站综合自动化系统方面发展非常迅速,但实际运行中,部分变电站综合自动化系统还存在一些问题,从而使得某些功能不能得到充分发挥。这也反映出目前自动化系统存在依然需要进行进一步的考虑各设备的质量和系统协调工作的能力。
(1)如果所有厂家的综合自动化产品的数据接口遵守一个统一的、开放的数据接口标准,这个问题就可以得到解决。用户可以根据各种产品的特点进行选择,以满足自身的使用要求。
(2)关于变电站传输规约问题,在签订合同时就应该与厂家协商好,变电站综合自动化系统应向调度主站系统的接口技术靠拢,以免在设置安装后再需软件人员花费很大精力去协调数据格式、通信规约等技术问题。
(3)变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证综合自动化系统可靠和稳定运行的基础,选择产品时应注意,除满足一般检验项目外,主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验,而且还要重点通过其他电磁兼容试验,如:强脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验等。在实际的物理介质选材上,应首选光纤,因为光纤可以避免电磁干扰。
(4)应尽量采用分散式故障录波功能。分散式录波比集中式录波所用的电缆也更少,可靠性也更高。此外还可以通过便携式电脑读取站内信息,提高操作的灵活性。
5 结束语
近年来,变电站综合自动化系统的推广,使得我国电网的发展得到进一步的提高。无论是在规模上还是在可靠性上都取得了可观的成绩。正因为依托于通信技术、计算机技术和自动控制技术等技术的迅速发展,因此网络化、 综合智能化和 多媒体化将是变电站综合自动化技术的发展趋势。
参考文献
[1]郑毅.变电站自动化与无人值班[M].北京:中国电力出版社,1998.
[2]钱寿宇,杜斌.微机通信技术[Z].电子科技大学出版社,1995.
[3]张继雄.变电站自动化系统选型中应注意的问题[J].内蒙古电力技术,2005(2).
[4]张惠刚.变电站综合自动化原理与系统.北京:中国电力出版社,2004.
[5]赵钦增.关于增加远动及相关设备信息的建议[J]. 电网技术,2001(3).
[6]丁书文.变电站综合自动化技术.北京:中国电力出版社,2005.
[7]王士政.电网调度自动化与配网自动化技术.北京:中国水利水电出版社,2006.
关键词变电站 自动化系统 结构 功能
中图分类号:TM63文献标识码:A
近年来,随着国家经济的发展,为了保证国家经济的稳定发展,国家对电力行业的政策作出了调整,大力发展高压电网和特高压电网,智能电网也被逐渐提上日程,同时变电站综合自动化系统也在全国得到广泛的应用。变电站综合自动化系统是指应用自动控制技术、信息处理和传输技术,通过计算机硬软件系统或自动装置代替人工进行各种运行作业,提高变电站运行、管理水平,及时分析和反馈电力系统中实时信息的一种自动化系统,特别是对二次设备(包括控制、保护、测量、信号、自动装置和远动装置)利用微机技术经过功能的重新组合和优化设计,对变电站进行自动监视、测量、控制和协调。变电站综合自动化系统是自动化和计算机、通信技术在变电站领域的综合应用,实现变电站无人值班,提高生产效率。
1 变电站综合自动化系统的基本结构和特点
变电站综合自动化系统随着电子技术、计算机技术、通信技术和网络技术的发展,其体系结构的性能、功能和可靠性得以不断提升。根据国内外在变电站综合自动化上的发展,目前主要采用的结构形式分为集中式结构和分层分布式结构。
1.1 集中式结构
集中式结构的综合自动化系统,采用不同性能的计算机,通过扩展其外围的接口电路,集中采集变电站的模拟量、开关量和数字量等信息,集中进行计算和处理,分别完成监控、保护等功能。特别值得注意的是集中结构并不是指由一台计算机完成保护、监控等全部功能。多数集中式结构的微机保护、微机监控和远东通信的功能是由不同的计算机完成。这种结构形式主要出现在变电站综合自动化系统的初期。
采用集中采集式的优点在于它有较完善的人机接口功能,占地面积少,造价低,适合1110KV或规模较小的变电站。但是随着变电站规模的发展,集中式结构的形式出现了不少问题,由于每台计算机的功能比较集中,一旦某台计算机出现故障,会影响其他的计算机工作,因此必须采用双击并联运行的结构才能提高可靠性;其次,集中式结构软件复杂,修改工作量大,调试繁琐。此外,这种结构的组态也不灵活,对于主接线不同或规模不同的变电站,软、硬件都必须另行设计,不利于批量推广。
1.2 分层分布式结构
分层分布式是以变电站内的电气间隔和元件(变压器、电抗器、电容器等)为对象开发、生产、应用的结构形式。分层分布式可分为三层结构,即站控层、间隔层和过程层,每层由不同的设备和子系统组成,完成相应的功能。
分层分布式结构的优点在于可以大幅度的减少二次设备所需要的电缆和连接电缆,有效抑制电缆传输信息时的电磁干扰;其可靠性高,任一部分设备故障只影响局部,便于维护和扩展;模块化设计,使大量现场工作可在设备制造厂家一次性完成。
2 变电站综合自动化系统的基本功能
变电站综合自动化系统的功能已远远超过了常规的变电站二次系统,使远方调度所可对变电站进行远程控制,实现微机保护及对微机保护装置定值修改、投入或闭锁部分保护功能,信号复归,对隔离开关和断路器进行操作和闭锁,故障录波,自检等,使变电站变成无人值守。具体的功能一般有如下几个方面:
(1)数据采集与显示。对模拟量、开关量、电能量以及来自其他智能设备数据的进行采集与处理,是变电站综合自动化系统执行其他功能的前提和基础。(2)微机保护。在变电站综合自动化系统中,微机保护主要对站内所有的电气设备进行保护,包括线路保护,电力变压器保护,母线保护,电容器保护及备自投,低频减载等安全自动装置。(3)安全监视与报警并记录。对所采集的实时数据、信息进行监视,并在出现异常状态时报警、显示和信息上传,按时间先后顺序进行记录等。(4)自动控制操作。操作人员可通过后台机屏幕对断路器,隔离开关,变压器分接头,电容器组投切进行远方操作。(5)进行电压控制和无功补偿控制。进行电压控制和无功补偿是保证电力系统的稳定运行必要手段,它是配电网非常重要的控制目标。在运行时,能实时控制电压和无功的基本手段是有载调压变压器的分接头调档和无功补偿电容器组的投切。(6)实现远动功能。如进行遥测、遥感、遥信、遥调、遥视、遥控、保护定值的远方监视和修改、故障录波和测距并远方传输等。
根据变电站综合自动化系统的功能分配,其子系统可划分为监控、保护、网络等子系统如图1所示。
3 我国变电站综合自动化系统存在的一些问题
尽管变电站综合自动化技术在逐渐的推广,由于综合自动化技术尚未完全成熟,其运行过程中难免出现一些不尽如人意的地方,主要表现在以下几个方面:
(1)接口问题。接口的问题是综合自动化系统中非常重要的问题,包括RTU、保护、小电流接地装置 、故障录波、无功装置等与通信控制器 、通信控制器与主站、 通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。这些不同厂家的产品的数据要在同一个系统中使用时,其数字交换接口始终难以统一,在110KV及以下的电压等级的系统中问题不是很明显,但是在220KV和500KV的电压等级的变电站中,不同功能模块的数据接口就难以协调了。
图1变电站综合自动化系统的主要子系统
(2)变电站综合自动化系统的传输规约问题:由于国内各个地区、县之间情况不统一,变电站和调度中心之间的信息传输采用各种形式的规约。不同厂家通信规约的不同,对软件的适应性提出了较高的要求。
(3)变电站综合自动化系统的抗干扰问题。变电站内高压电器设备的操作、低压交流、直流回路电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路故障所产生的瞬间过程等会产生电磁干扰,这些干扰进入变电站内的综合自动化统或其他电子设备,就可能引起自动化系统工作不正常,甚至损坏某些部件或元器件。
4 对变电站综合自动化系统的建议
我国在变电站综合自动化系统方面发展非常迅速,但实际运行中,部分变电站综合自动化系统还存在一些问题,从而使得某些功能不能得到充分发挥。这也反映出目前自动化系统存在依然需要进行进一步的考虑各设备的质量和系统协调工作的能力。
(1)如果所有厂家的综合自动化产品的数据接口遵守一个统一的、开放的数据接口标准,这个问题就可以得到解决。用户可以根据各种产品的特点进行选择,以满足自身的使用要求。
(2)关于变电站传输规约问题,在签订合同时就应该与厂家协商好,变电站综合自动化系统应向调度主站系统的接口技术靠拢,以免在设置安装后再需软件人员花费很大精力去协调数据格式、通信规约等技术问题。
(3)变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证综合自动化系统可靠和稳定运行的基础,选择产品时应注意,除满足一般检验项目外,主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验,而且还要重点通过其他电磁兼容试验,如:强脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验等。在实际的物理介质选材上,应首选光纤,因为光纤可以避免电磁干扰。
(4)应尽量采用分散式故障录波功能。分散式录波比集中式录波所用的电缆也更少,可靠性也更高。此外还可以通过便携式电脑读取站内信息,提高操作的灵活性。
5 结束语
近年来,变电站综合自动化系统的推广,使得我国电网的发展得到进一步的提高。无论是在规模上还是在可靠性上都取得了可观的成绩。正因为依托于通信技术、计算机技术和自动控制技术等技术的迅速发展,因此网络化、 综合智能化和 多媒体化将是变电站综合自动化技术的发展趋势。
参考文献
[1]郑毅.变电站自动化与无人值班[M].北京:中国电力出版社,1998.
[2]钱寿宇,杜斌.微机通信技术[Z].电子科技大学出版社,1995.
[3]张继雄.变电站自动化系统选型中应注意的问题[J].内蒙古电力技术,2005(2).
[4]张惠刚.变电站综合自动化原理与系统.北京:中国电力出版社,2004.
[5]赵钦增.关于增加远动及相关设备信息的建议[J]. 电网技术,2001(3).
[6]丁书文.变电站综合自动化技术.北京:中国电力出版社,2005.
[7]王士政.电网调度自动化与配网自动化技术.北京:中国水利水电出版社,2006.