變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用
論文摘要：采用變電站綜合自動化技術(shù)是和技術(shù)應(yīng)用的方向，也是對整個電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利用，發(fā)展和完善變電站綜合自動化系統(tǒng)，是系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢，就變電站綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行一些探討。
論文關(guān)鍵詞：變電站；綜合自動化
變電站綜合自動化系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將保護(hù)、控制、遠(yuǎn)動、自動裝置、故障錄波等分散的技術(shù)集成在一起，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的現(xiàn)代化，并可以給運(yùn)行、安全、設(shè)計(jì)、施工、檢修、維護(hù)、管理等諸多方面帶來直接或間接的效益和效益。
1 變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)
變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)有兩種:集中式和分布式。
1.1 集中式結(jié)構(gòu)
集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I/O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動控制等功能。集中式結(jié)構(gòu)也并非指只由一臺計(jì)算機(jī)完成保護(hù)、監(jiān)控等全部功能。多數(shù)集中式結(jié)構(gòu)的微機(jī)保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控與調(diào)度等通信的功能也是由不同的微型計(jì)算機(jī)完成的，只是每臺微型計(jì)算機(jī)承擔(dān)的任務(wù)多些。
集中式的特點(diǎn):能實(shí)時采集各種模擬量和開關(guān)量，完成對變電站的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時監(jiān)控；低，占有空間小等。前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線多，降低了整個系統(tǒng)的可靠性，若前置機(jī)故障，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能，所以一般采用雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行。軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試繁瑣。組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大并且擴(kuò)展一些自動化需求的功能較難。
1.2 分布式結(jié)構(gòu)
分布式結(jié)構(gòu)是將變電站自動化系統(tǒng)的功能分散給多臺計(jì)算機(jī)來完成，一般按功能設(shè)計(jì)，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU提高了處理并行突發(fā)事件的能力，解決了運(yùn)算處理的瓶頸問題。各功能模塊之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好的解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時性分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其它模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn):
（1）可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，即將危險分散。
（2）可擴(kuò)展性和開放性較高，利于工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。
（3）站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約也簡化了調(diào)試維護(hù)。
2 變電站自動化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能
2.1 繼電保護(hù)
是對站內(nèi)所有的電氣設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，包括線路保護(hù)，變壓器保護(hù)，母線保護(hù)，電容器保護(hù)及備自投，低頻減載等安全自動裝置。各類保護(hù)應(yīng)具有下列功能:（1）基本設(shè)置。（2）故障記錄。狀態(tài)數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和跳閘記錄。（3）存儲多套定值。便于定值之間切換。（4）顯示和當(dāng)?shù)匦薷亩ㄖ�。�?）與監(jiān)控系統(tǒng)通信。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)命令發(fā)送故障信息，動作序列。當(dāng)前整定值及自診斷信號。接收監(jiān)控系統(tǒng)選擇或修改定值，校對時鐘等命令。通信應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約。
2.2 控制和操作功能
操作人員可通過后臺機(jī)屏幕對斷路器，隔離開關(guān)，接地刀的分合閘操作，變壓器分接頭控制調(diào)節(jié)，電容器組投切進(jìn)行遠(yuǎn)方操作，并實(shí)現(xiàn)保護(hù)信號的遠(yuǎn)方復(fù)歸。為了防止系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時應(yīng)保留人工直接跳合閘手段，并實(shí)現(xiàn)保護(hù)信號的遠(yuǎn)方復(fù)歸。
2.3 數(shù)據(jù)采集及處理功能
包括狀態(tài)數(shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)和脈沖數(shù)據(jù)。采集了所有斷路器、隔離刀閘、接地刀閘的狀態(tài)；主變的、分接頭檔位，主變油溫，所有系統(tǒng)電氣量（電壓、電流、頻率、有功、無功、功率因數(shù)、電度等）；直流系統(tǒng)的所有量，所用變的電壓，電流，功率；所有的保護(hù)動作信號，斷路器、保護(hù)裝置、自動化系統(tǒng)、公用系統(tǒng)的各類告警信號；全面完整地實(shí)現(xiàn)了對整個變電所的監(jiān)視，能實(shí)時顯示和實(shí)時打印各種信息。
2.4 事件記錄（SOE）
事件記錄應(yīng)包含保護(hù)動作序列記錄，開關(guān)跳合記錄。實(shí)現(xiàn)順序事件記錄，SOE數(shù)據(jù)庫能在計(jì)算機(jī)查詢并打印。
2.5 報警功能處理
自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了事故告警預(yù)報信號和模擬量越限告警，開關(guān)不同告警信號啟動不同的音響和畫面顯示，并能實(shí)現(xiàn)事后的檢索。
2.6 故障錄波測距
變電站故障錄波可根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)，一是集中式配置專用故障錄波器，并能與監(jiān)控系統(tǒng)。另一種是分散型，即由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測距計(jì)算，再將數(shù)字化的波型及測距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)存儲和分析。
2.7 系統(tǒng)的自診斷和自恢復(fù)系統(tǒng)
系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，并把數(shù)據(jù)送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心。對裝置本身實(shí)時自檢功能，方便維護(hù)與維修，可對其各部分采用查詢標(biāo)準(zhǔn)輸入檢測等方法實(shí)時檢查，能快速發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部的故障及缺陷，并給出提示，指出故障位置，要具有可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。
2.8 數(shù)據(jù)處理和記錄
數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容，它包括上一級調(diào)度中心，變電和保護(hù)專業(yè)要求的數(shù)據(jù)，主要有:（1）斷路器動作次數(shù)；（2）斷路器切除故障時截斷容量和跳閘操作次數(shù)的累計(jì)數(shù)；（3）輸電線路的有功、無功，變壓器的有功、無功、母線電壓定時記錄的最大，最小值及其時間；（4）獨(dú)立負(fù)荷有功、無功，每天的峰谷值及其時間；（5）控制操作及修改整定值的記錄。根據(jù)需要，該功能可在變電站當(dāng)?shù)厝繉?shí)現(xiàn)，也可在遠(yuǎn)動操作中心或調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)。
2.9 GPS同步功能
用GPS衛(wèi)星對時系統(tǒng)，確保了系統(tǒng)內(nèi)所有單元時鐘的同步性和精確性，有利于故障時對整個電網(wǎng)系統(tǒng)的全面分析。
2.10 人機(jī)聯(lián)系系統(tǒng)的自診斷功能
系統(tǒng)內(nèi)各插件應(yīng)具有自診斷功能，自診斷信息也像被采集的數(shù)據(jù)一樣周期性地送往后臺機(jī)和遠(yuǎn)方調(diào)度中心或操作控制中心與遠(yuǎn)方控制中心的通信。
3 提高變電站綜合自動化系統(tǒng)可靠性的措施
變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能強(qiáng)、自動化水平高、縮短維修周期及可實(shí)現(xiàn)無人值班等優(yōu)越性，但由于它是高技術(shù)在變電站的應(yīng)用，目前不少工作在變電站第一線的技術(shù)人員與運(yùn)行人員，對它的技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)還不了解，對其可靠性問題還比較擔(dān)心；另一方面，變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)部各個子系統(tǒng)都為低電平的弱電系統(tǒng)，但它們的工作是電磁干擾極其嚴(yán)重的強(qiáng)電場所，確實(shí)會影響到各個元器件的正常工作。
3.1 抑制干擾源的影響
外部干擾源是變電站綜合自動化系統(tǒng)外部產(chǎn)生的，無法消除。但這些干擾往往是通過連接導(dǎo)線由端子串入自動化系統(tǒng)的。因此，可采取屏蔽措施及減少強(qiáng)電回路的感應(yīng)耦合等方法。
3.2 接地和減少共阻抗耦合
接地是變電站綜合自動化系統(tǒng)抑制干擾的主要方法。在變電站設(shè)計(jì)和施工過程中，把接地和屏蔽很好地結(jié)合起來，可以解決大部分干擾問題。行之有效的接地有一次系統(tǒng)接地、二次系統(tǒng)接地、變電站綜合自動化系統(tǒng)的工作接地等。
3.3 隔離措施
采取良好的隔離和接地措施，可以減小干擾傳導(dǎo)侵入。在變電站綜合自動化系統(tǒng)中行之有效的隔離措施有模擬量的隔離、開關(guān)量輸入、輸出的隔離及其他隔離措施。
3.4 濾波
濾波是抑制自動化系統(tǒng)模擬量輸入通道傳導(dǎo)干擾的主要手段之一。模擬量輸入通道受到的干擾有差模干擾和共模干擾兩種。對于串入信號回路的差模干擾，采用濾波的方法可以有效地濾除；對于共模干擾可采用雙端對稱輸入來抑制。
3.5 供電電源的抗干擾措施
大多數(shù)綜合自動化系統(tǒng)的監(jiān)控機(jī)或管理機(jī)的供電電源常采用交流220V，一般取自站用變壓器，這種情況下，電網(wǎng)的沖擊，電壓和頻率的波動將直接影響到微機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，甚至?xí)斐伤罊C(jī)。對計(jì)算機(jī)交流供電系統(tǒng)可采用隔離變壓器隔離、電源濾波器、不間斷電源UPS及氧化鋅壓敏電阻等抗干擾措施。
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