近年来, 随着对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用, 使得电网运行水平的不断提高, 这样便于各级调度中心及时掌握电网及变电站的运行情况, 从而提高了变电站的可控性, 进而更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等。变电站综合自动化系统是将变电站二次设备经过功能的组合和优化设计, 利用先进的自动化技术、通信技术、计算机和网络技术, 实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的自动监控、测量、自动控制和微机保护, 以及与调度通信等综合性的自动化功能。因此, 变电站综合自动化已经成为变电站自动化的主流技术, 已得到了广泛的应用。
1 变电站综合自动化系统的体系结构
一个变电站综合自动化系统的性能往往取决于它采用什么样的体系结构。目前, 从国内外变电站综合自动化的发展情况而言, 变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、分布式和分层分布式三种。
1.1 集中式系统结构
集中式一般是将系统的硬件装置、数据处理均集中配置, 采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口, 由前置机和后台机构成的集控式结构。该结构分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。前置机处理数据输入输出、保护、控制及监测等, 后台机处理数据结果、显示、打印及远方通讯。目前, 国内许多厂家采用的多属于这种结构方式。
1.2 分布式系统结构
按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机的单功能设备, 将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。它将变电站自动化系统的功能由多台计算机共同完成, 解决了系统运算处理的瓶颈问题, 是一种比较理想的结构。要做到完全分布式结构, 在可扩展性、通用性及开放性方面都具有较强的优势, 局部故障不会影响其他模块的正常运行。从该结构的变电站综合自动化系统投入使用以来, 已经显示出强大的生命力。
1.3 分层分布式系统结构
分层分布式结构采用“面向对象”设计。即按间隔配置、面向对象, 基于以太网的组网方式, 是新一代集保护、测控功能于一体的新型变电站综合自动化系统, 从整体上该系统分为三层:站控层、网络层、间隔层。其中间隔层中数据、采集、控制单元 (I/O单元) 和保护单元就地分散安装在开关柜上或其它一次设备附近, 它们间通过通信网络相连, 与监控主机通信。目前, 此种系统结构在变电站综合自动化系统中较为流行。
2 变电站综合自动化系统应用中存在的问题
2.1 系统模式选择不合适
变电站综合自动化系统实现的方案随着变电站的规模、复杂性、变电站在电力系统的重要地位、所要求的可靠性以及变电层和过程层总线的数据流率的不同而变化。如果一个变电站综合自动化系统模式选择合适的话, 不仅可以节省投资、节约材料, 而且由于系统功能全、质量高、其可靠性高、可信度大, 更便于运行操作。因此, 把好变电站综合自动化系统的选择关, 意义十分重大。目前应用较广泛的结构形式主要有集中式、分散与集中相结合和全分散式三种类型。由于微处理器和通信技术的迅猛发展, 变电站综合自动化系统的技术水平有了很大的提高, 结构体系不断完善, 全分散式自动化系统的出现为变电站综合自动化系统的选型提供了一个更广阔的选择余地。
2.2 系统设计标准不统一
2.2.1 不同生产厂家对系统设计不同
目前变电站自动化综合自动化系统选型中存在如下三方面问题。
(1) 由于变电站综合自动化设备的生产厂家过分重视经济利益, 用户又过分追求技术含量, 而不重视产品的性能及实用性, 因而一批技术含量虽较高, 但产品质量并不过关, 甚至统功能不够全面、系统性能指标达不到要求、结构、可靠性很差的所谓高技术产品不断被使用。厂家只要有利润就生产, 没有积极改进产品, 有些产品从生产到投入使用, 整个过程中缺乏起码的质量保证措施, 最终导致部分投产的变电站问题较多。
(2) 有些厂家只有技术鉴定, 没有产品鉴定。
(3) 生产厂家对变电站综合自动化系统的功能、作用、结构及其它各项技术性能指标宣传和介绍不够, 导致电力员工对变电站综合自动化系统认识不透彻, 造成很多设计漏洞。
2.2.2 不同产品的接口不同
接口是变电站综合自动化系统中一个非常重要的问题。但长期以来该问题并未得到妥善解决, 比如通信控制器与RTU、保护、小电流接地装置、故障录波、无功装置、主站、模拟盘等设备之间的通信问题。一套完整的系统需要由不同厂家的产品来组成, 这就需要在数据接口方面相互沟通, 需花费更大精力去协调数据格式、通信规约等问题。如果有统一的接口标准, 所有厂家的自动化产品的数据接口都遵循统一的、开放的数据接口标准, 则上述问题可得到圆满解决。
2.2.3 抗干扰问题
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, 是一个非常重要但常常被忽视的方面。变电站综合自动化系统除满足一般定性实验外, 还必须具有通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验, 而且还要重点通过四项电磁兼容试验, 分别是:1MHz脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电变干扰试验。
2.2.4 传输规约和传输网络的选择问题
目前各个电力公司在系统设计上使用的标准尚不统一, 系统互联和互操作性差, 因此, 在变电站综合自动化系统建设和设备选型上首先应考虑传输规约问题。一般情况下, 变电站和控制中心之间应使用101规约, 变电站内部应使用103规约, 电能量计量计费系统应使用102规约。新的国际标准IEC61850颁布之后, 变电站综合自动化系统从过程层到控制中心将使用统一的通信协议。
2.3 电力管理体制与变电站综合自动化系统间存在问题
随着变电站综合自动化系统的建设和无人值守运行模式的进一步推广, 使得继电保护、自动化、远动、变电运行等专业也相互渗透, 传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展, 从而引起科研、设计、制造、安装和运行部门的专业设置、人员的重新调整以适应保护、控制、测量一体化的变电站自动化模式。在专业管理上, 变电站综合自动化设备的运行、检修、检测, 远动系统的实时性、遥测精度、遥信变位响应速度、信号复归和事故总信号等问题仍需要规范和加强。
2.4 运行维护人员水平有待提高
目前, 变电站综合自动化系统绝大部分设备的维护依靠厂家, 设备出了问题即通知相应的厂家来处理, 从而造成缺陷处理不及时等一系列问题。那么要想管理好变电站综合自动化系统, 就要求企业尽快培养出一批高素质、能跨学科的复合型人才, 加宽相关专业之间的了解和学习。其次, 变电站综合自动化专业的划分应明确, 这样对于加强电网管理水平, 防止电网事故具有重大意义。
3 变电站综合自动化系统应能实现的功能
3.1 继电保护功能
变电站综合自动化系统要具备常规变电站系统保护及元件保护设备的全部功能, 而且要独立于监控系统, 当故障退出运行时, 不仅继电保护能正常运行, 而且其它功能仍能正常工作。那么各类保护应具有的功能如下。
(1) 故障记录。
(2) 存储多套定值。
(3) 模拟量的显示。
(4) 与监控系统通信。
(5) 当地和远方查询、整定保护定值。
3.2 数据采集功能
数据主要有状态数据, 模拟数据和脉冲数据。 (1) 状态数据采集。状态数据包括:断路器状态、隔离开关状态、变压器分接头信号及变站一次设备告警信号等。目前大部分采用光电隔离方式或通信方式获得。 (2) 模拟数据采集。模拟数据包括:母线电压, 线路电压, 电流和功率值, 馈线电流, 电压和功率值, 频率, 相位等。另外还有变压器油温, 变电站室温等。 (3) 脉冲数据采集。脉冲数据主要是脉冲电度表的输出脉冲, 采用光电隔离方式与系统连接, 内部用计数器统计脉冲个数, 实现电能测量。
3.3 事件记录和故障录波测距
事件记录应包含保护动作序列记录、开关跳合记录。变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现, 一是集中式, 需要配置专用故障录波器, 而且能与监控系统通信;另一种是分散型, 即由微机保护装置兼作记录及测距计算, 再将结果送给监控系统, 由监控系统存储和分析。
3.4 控制和操作功能
通过后台机屏幕, 操作人员可对断路器、隔离开关、变压器分接头等进行远程操作。为了防止系统故障发生时无法操作被控设备, 在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。
3.5 系统的自诊断功能
系统内各插件应具有自诊断功能, 其信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心。同时, 装置本身应具有实时自检功能, 方便维护与维修, 可对其部分采用查询标准输入检测等方法实时检查, 能快速发现装置内部的故障及缺陷并给出提示, 指出故障位置。
3.6 设备监视及报警功能
通过监视, 对站内各种越限, 开关合、跳闸, 保护及装置动作, 上、下行通道故障信息, 装置主电源停电信号等各种故障通过音响、画面、语音等告警, 将告警信号进行处理并作为事件记录及并打印出来。
3.7 数据处理和记录
数据处理的主要内容是历史数据的形成和存储, 主要包括上一级调度中心、变电管理和保护专业需求的数据。该功能可在变电站、远动操作中心或调度中心实现。
3.8“四遥”功能
本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等功能, 其获得的信息量远大于传统远动系统, 并且还可以与调度中心统一时钟和当地运行维护的功能。
4 结语
近年来, 随着通信技术和计算机技术的迅猛发展, 给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力, 而变电站综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化起到了很大的促进作用。随着技术的进步和硬件软件环境的再改善变电站综合自动化的优越性必将进一步体现出来, 它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性, 对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。
摘要：变电站综合自动化对于提高电网的安全和经济运行水平起到很大的促进作用。本文分析了变电站综合自动化系统的体系结构及其应用中存在的问题, 总结了变电站综合自动化系统的各项功能。
关键词：变电站,综合自动化系统,探讨
参考文献
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