1、變電站綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計劉欣宇（開灤荊各莊礦業(yè)公司 河北唐山 063026）摘 要隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)也得到高速發(fā)展。變電站綜合自動化技術(shù)實際上是利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，對變電站內(nèi)的二次設(shè)備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障濾波、自動裝置及遠(yuǎn)動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。它的出現(xiàn)為變電站的小型化、智能化、擴大設(shè)備的監(jiān)控范圍、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行提供了現(xiàn)代化的手段和基礎(chǔ)保證。它的運用取代了運行工作中的各種人工作業(yè)，從而提高了變電站的運行管理水平?！娟P(guān)

2、鍵詞】 自動化 優(yōu)化設(shè)計 智能化 第一章、緒 論變電站綜合自動化技術(shù)實際上是利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)，對變電站內(nèi)的二次設(shè)備（包括繼電保護、控制、測量、信號、故障濾波、自動裝置及遠(yuǎn)動裝置等）的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng)。通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，完成變電站運行監(jiān)視和控制任務(wù)。變電站綜合自動化替代了變電站常規(guī)二次設(shè)備，簡化了變電站二次接線。1.1發(fā)展變電站綜合自動化的必要性及意義變電站作為整個電網(wǎng)中的一個節(jié)點，擔(dān)負(fù)著電能傳輸、分配的監(jiān)測、控制和管理的任務(wù)。變電站的繼電保

3、護、監(jiān)控自動化系統(tǒng)是保證上述任務(wù)完成的基礎(chǔ)，變電站自動化是電網(wǎng)自動系統(tǒng)的一個重要組成部分。另外，隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，新增大量的發(fā)電廠和變電站，使得電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，這樣就要求各級電網(wǎng)調(diào)度值班人員掌握、管理、控制的信息量也大量增長，電網(wǎng)故障處理和恢復(fù)卻要求更為迅速和準(zhǔn)確，發(fā)展變電站綜合自動化已經(jīng)是大事所趨，作為變電站自動化系統(tǒng)，它應(yīng)確保實現(xiàn)以下要求；（1） 實時檢測電網(wǎng)故障，盡快隔離故障部分。（2） 采集變電站運行實時信息，對變電站運行進行監(jiān)視、計量和控制。（3） 采集一次設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，供維護一次設(shè)備參考。（4） 實現(xiàn)當(dāng)?shù)睾髠淇刂坪途o急控制。（5） 確保通信要求。1.2變電站綜合自動化系統(tǒng)

4、狀況 現(xiàn)有的變電站有三種形式：第一種是傳統(tǒng)的變電站；第二種是部分實現(xiàn)微機管理、具有一定自動化水平的變電站；第三種是全面微機化的綜合自動化變電站。我國是從20世紀(jì)60年代開始研制變電站自動化技術(shù)，到70年代初，先后研制出了電氣集中控制裝置和集保護、控制、信號為一體的裝置。具有代表性的有：北京四方公司的CSC2000系列綜合自動化系統(tǒng)、南京南瑞集團公司的BSJ2200計算機監(jiān)控系統(tǒng)、上?；莅睵C2000變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)、南京南瑞繼電保護電氣有限公司的RCS9000系列綜合自動化系統(tǒng)等。 目前變電站綜合自動化技術(shù)在我國的應(yīng)用范圍，由電力系統(tǒng)的主干網(wǎng)、城市供電網(wǎng)、農(nóng)村供電網(wǎng)擴展到企業(yè)供電網(wǎng)；其電壓

5、等級，由當(dāng)初的35110KV變電站，向上擴展到200500KV變電站，向下延伸到10KV乃至0.4KV配電網(wǎng)絡(luò)，幾乎覆蓋到全部供電網(wǎng)絡(luò)。其技術(shù)涉及到自動控制、遠(yuǎn)動、通信、繼電保護、測量、計量、在線監(jiān)測、信號及控制等二次系統(tǒng)。第二章、變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計概述自1987年我國自行設(shè)計、制造的第一個變電站綜合自動化系統(tǒng)投入運行以來，變電站綜合自動化技術(shù)已得到了突飛猛進的發(fā)展，結(jié)構(gòu)體系也不斷完善，技術(shù)日趨成熟。2.1變電站綜合自動化的體系結(jié)構(gòu) 變電站綜合自動化采用自動控制和計算機技術(shù)實現(xiàn)變電站二次系統(tǒng)的部分或全部功能。為達到這一目的，滿足電網(wǎng)運行對變電站的要求，變電站綜合自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

6、 “數(shù)據(jù)采集和控制”、“繼電保護”、“直流電源系統(tǒng)”三大塊構(gòu)成變電站自動化基礎(chǔ)。“通信控制管理”是橋梁，聯(lián)系變電站內(nèi)部各部分之間、變電站與調(diào)度控制中心之間使其相互交換數(shù)據(jù)?！白冸娬局饔嬎銠C系統(tǒng)”對整個綜合自動化系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)、管理和控制，并向運行人員提供變電站運行的各種數(shù)據(jù)、接線圖、表格等畫面，使運行人員可遠(yuǎn)方控制斷路器分、合閘操作?！巴ㄐ趴刂乒芾怼边B接系統(tǒng)各部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)和命令傳遞，并對這一過程進行協(xié)調(diào)、管理和控制。2.2變電站綜合自動化的結(jié)構(gòu)模式 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三種。本次優(yōu)化設(shè)計采用的是分布分散式結(jié)構(gòu)。分布分散式結(jié)構(gòu)系統(tǒng)從邏輯上將變電站自動

7、化系統(tǒng)劃分為兩層，即變電站層和間隔層。 該系統(tǒng)的主要特點是按照變電站的元件，斷路器間隔進行設(shè)計。將變電站一個斷路器間隔所需要的全部數(shù)據(jù)采集、保護和控制等功能集中由一個或幾個智能化的測控單元完成。測控單元可直接放在斷路器柜上或安裝在斷路器間隔附近，相互之間用光纜或特殊通信電纜連接。這種系統(tǒng)代表了現(xiàn)代變電站自動化技術(shù)發(fā)展的趨勢，大幅度地減少了連接電纜，減少了電纜傳送信息的電磁干擾，且具有很高的可靠性，比較好的實現(xiàn)了部分故障不相互影響，方便維護和擴展。分布分散式結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。分布分散式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點有；（1） 間隔級控制單元的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化使系統(tǒng)適用率較高。（2） 包含間隔級功能的單元直接定位

8、在變電站的間隔上。（3） 邏輯連接到組態(tài)指示均可由軟件控制。（4） 簡化了變電站二次部分的配置，大大縮小了控制室的面積。（5） 簡化了變電站二次設(shè)備之間的連線，節(jié)省了大量連接電纜。（6） 分布分散式結(jié)構(gòu)可靠性高、組態(tài)靈活、檢修方便。2.3變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計所具有的功能 根據(jù)實際應(yīng)用需要，本次所設(shè)計的變電站自動化系統(tǒng)具有以下主要功能：一、 監(jiān)控子系統(tǒng)的功能監(jiān)控子系統(tǒng)取代了常規(guī)的測量系統(tǒng)，取代針式儀表；改變常規(guī)的操作機構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規(guī)的運動裝置等等。監(jiān)控子系統(tǒng)功能有：1. 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集有兩種。一種是變電站原始數(shù)據(jù)采集。原始數(shù)據(jù)直接來自一次設(shè)備，如

9、：電壓互感器、電流互感器的電壓和電流信號、變壓器溫度以及斷路器的輔助接點、一次設(shè)備狀態(tài)信號。變電站原始數(shù)據(jù)包括模擬量和開關(guān)量。另一種是變電站自動化系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)交換或采集，典型的如：電能量數(shù)據(jù)、直流母線電壓信號、保護信號等。2. 數(shù)據(jù)庫的建立與維護監(jiān)控子系統(tǒng)建立實時數(shù)據(jù)庫，存儲并不斷更新來自I/O單元及通信接口的全部實時數(shù)據(jù)；建立歷史數(shù)據(jù)庫，存儲并定期更新需要保存的歷史數(shù)據(jù)和運行報表數(shù)據(jù)。3. 順序事件記錄及事故追憶順序事件記錄包括；斷路器跳合閘記錄，保護及自動裝置的動作順序記錄，斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、變壓器分接頭等操作順序記錄，模擬輸入信號超出正常范圍等。事故追憶功能，追憶范圍為事故前1

10、分鐘到事故后2分鐘的所有相關(guān)模擬量值，采樣周期與實時系統(tǒng)采樣周期一致。4. 故障記錄5. 操作控制功能 變電站運行人員可通過CRT屏幕對斷路器、允許遠(yuǎn)方電動操作操作的隔離開關(guān)和接地開關(guān)進行分、合操作；對變壓器及站用變壓器分接頭位置進行調(diào)節(jié)控制；對補償裝置進行投、切控制，為了防止計算機系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在設(shè)計時，保留人工直接跳、合閘方式，即操作控制有手動和自動兩種控制方式。6. 安全監(jiān)視功能監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量要不斷進行超限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)超限，立刻發(fā)出告警，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外，還監(jiān)視保護裝置是否失電，自控裝置是否正常。7. 人

11、機聯(lián)系功能（1） CRT顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤是人機聯(lián)系的橋梁。（2） CRT顯示畫面，實時顯示各種技術(shù)數(shù)據(jù)。（3） 輸入數(shù)據(jù)，指輸入電流互感器和電壓互感器變比、保護定值和越限報警定值、自動控制裝置的設(shè)定值、運行人員密碼等。8. 打印功能9. 在線計算及制表功能10. 運行管理功能運行管理功能包括：運行操作指導(dǎo)、事故記錄檢索、在線設(shè)備管理、操作票開列、模擬操作、運行記錄及交接班記錄等。二、 微機保護系統(tǒng)功能 微機保護系統(tǒng)功能是變電站綜合自動化系統(tǒng)的最基本、最重要的功能，它包括變電站的主要設(shè)備和輸電線路的全套保護：高壓輸電線路保護和后備保護；變壓器的主保護、后備保護；母線保護；低壓配電線路保護；無功

12、補償裝置保護；所用變壓器保護等。各保護單元，除具備獨立、完整的保護功能外，還具有以下附加功能：1. 具有事件記錄功能。2. 具有與系統(tǒng)對時功能。3. 具有存儲多種保護定值功能。4. 具備就地人機接口功能。5. 具備通信功能。6. 具備故障自診斷功能。7. 具有滿足保護裝置的快速性、選擇性和靈活性要求。第三章、變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計方案本設(shè)計采用RCS9600系列分布變電站綜合自動化系統(tǒng)，此系統(tǒng)是南瑞繼保電氣有限公司為適應(yīng)變電站綜合自動化的需要，在總結(jié)多年從事變電站綜合自動化系統(tǒng)開發(fā)、研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，運用新技術(shù)、新規(guī)約推出的新一代集保護、測控功能于一體的新型變電站自動化系統(tǒng)。實用于高壓和超高壓等

13、級變電站，滿足35500KV各種電壓等級變電站綜合自動化需要。3.1 RCS9600系統(tǒng)構(gòu)成RCS9600綜合自動化系統(tǒng)整體分三層，即變電站層、通信層、間隔層，硬件主要由保護測控單元、通信控制單元和后臺監(jiān)控系統(tǒng)組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3、圖4所示圖3 RCS9600系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖13.2 RCS9600后臺監(jiān)控系統(tǒng)一、 硬件部分 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用雙機配置，其中兩個工作站用于變電站實時監(jiān)控，相互備用。主計算機系統(tǒng)通過兩臺通信控制器與變電站內(nèi)的保護、測量相連接，實現(xiàn)變電站數(shù)據(jù)采集和控制，兩臺通信控制器互為備用，任一臺出現(xiàn)故障，可自動切換，接替故障設(shè)備工作。圖3、圖4兩種配置軟硬件平臺完全一樣。用戶可隨著變電

14、站規(guī)模的擴大，逐步發(fā)展擴充原有系統(tǒng)。保護測控單元是硬件的主要部分，保護單元主要有交流插件、CPU插件、繼電器出口回路、顯示面板和電源及開入插件等模塊構(gòu)成。RCS9600系列保護測控單元硬件典型結(jié)構(gòu)如圖5所示。 圖5 保護測控單元硬件結(jié)構(gòu)框圖二、 軟件部分 軟件部分包括WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、畫面編輯和應(yīng)用軟件等幾個部分，如圖6所示。圖6 監(jiān)空控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖軟件平臺為WingdowsNT/2000操作系統(tǒng)，提供數(shù)據(jù)庫ANSI標(biāo)準(zhǔn)SQL接口，適用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分布網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用面向?qū)ο蟮腣C+語言編程，系統(tǒng)具有廣泛的實用性和可移植性。三.保護測控單元裝置

15、RCS9600系列保護測控單元主要有：電源自投保護測控單元、變壓器保護測控單元、線路保護測控單元、公用信號測控單元、通信控制單元等組成，完全可以滿足整個電網(wǎng)系統(tǒng)的各類保護需要。電源自投保護裝置適用于圖7、圖8兩種連接方式，假定兩臺主變壓器分列運行或一臺運行一臺備用。（1） 若正常運行時，一臺主變壓器帶兩段母線并列運行，另一臺備用，采用進線（變壓器）備自投；若正常運行時，兩段母線分列運行，每臺主變壓器各帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。（2） 若正常運行時，一條進線帶兩段母線并列運行，采用進線備自投；若正常運行時，兩段母線分列運行，每條進線帶一段母線，兩段母線互為備用，采用分段備自投。圖7 備自投接線方式1圖8備自投接線方式2以上是電源自投保護測控單元控制原理，其他保護單元在此不做詳細(xì)敘述。第四章、結(jié) 束 語隨著計算機技術(shù)、電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站綜合自動化技術(shù)將得到更快的發(fā)展。未來的變電站自動化系統(tǒng)也將更完善成熟，逐步實現(xiàn)變電站的小型化、智能化、無人職守化、提高變電站安全可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行；提高變電站的運行管理水平，更好的服務(wù)于社會經(jīng)濟建設(shè)。參考文獻 【1】王遠(yuǎn)章