变电站综合自动化系统的设计与维护

变电站综合自动化系统的设计与维护

1能提高变电站运行的稳定性,能采用综合自动化系统，节约土地和建筑面积，减少电缆长度，降低建设投资，减少值班人数，减少员工工作量，提高供电管理水平，确保供电安全稳定运行。2监控系统及保护设备的设置随着变电站综合自动化系统的逐步推广和应用,河北省南部电网自1998年开始推行220kV及以上电压等级的综合自动化变电站,从2001年开始全面采用,其间设计方案和综合自动化技术发生了很大的改变,基本上来说经历了三个时期。笔者从开始至今一直参与工程的调试和维护工作,下面就这三种方案和技术做一简要介绍:a.监控系统集中组屏,保护集中配置的方案1998年建设的隆尧220kV变电站采用了这种模式。隆尧站采用深圳泰科公司生产的DSS-CAE微机监控系统,取消了控制屏,采用交流采样技术进行运行数据采集,控制功能仅限于断路器,由一面遥控屏来实现;对调度的数据传输仍采用常规方式,由一面监控屏完成数据通讯任务;五防系统采用微机五防,并和监控系统进行实时数据交换。站内其他智能设备通过RS232或RS485方式接入监控系统,只能实现对各装置的监视(如故障报文、报警信息等);同期功能仍采用集中同期方式,由专门的同期装置实现。系统结构见图1。由上所述,这种方式只是一个综合自动化变电站的初级阶段,各种功能还不尽完善。b.小室布置,全部微机操作适用于无人值守的方案2001年建设的平山220kV变电站采用了这种模式。平山站在设计当初考虑了取消保护小室,二次设备直接下放到间隔的方案,并且按此设计订购了保护屏,但后来考虑到当时二次设备尚不能满足室外温湿度变化较大的恶劣环境,最终仍采用了保护小室的模式。微机监控系统采用四方公司CSC2000系统,保护设备全部为微机保护,保护测控装置的组屏方案为按间隔组屏,110kV以上为保护装置和测控装置共同组屏,低压部分采用保护测控一体化装置,和监控设备不同厂家的保护设备通过保护管理机接入系统,本厂家保护直接接入本间隔测控装置,可实现对各保护装置的运行监视、压板投退和定值修改功能,保护屏只保留出口压板,不再设功能压板;站内有一个专用的录波子网(图2中虚线部分),可实现对站内每套保护装置的管理和故障录波信息查询,并可远传到调度端;每个测控装置都具备同期功能,实现了分散同期,并且同期方式可选;在每个小室还有GPS卫星时钟,可保证全站智能装置时间的一致性,系统结构见图2:由上所述,这种方式是一种真正意义上的综合自动化变电站,小室之间采用光纤通讯技术,小室内部为双绞线以太网,通过交换机实现数据交换,各种功能是比较完善的。但由于管理机制和考虑到可靠性的原因,压板和定值操作不宜采用远方操作的方式;录波子网的数据需要保护装置本身有录波功能,但功能比较简单,采样密度也不够。c.小室布置,部分微机操作适用于少人值守的方案自2001年双楼220kV变电站以后所有变电站均采用了这种模式,这种模式只是在上一种模式的基础上去除了压板投退和定值修改功能,并取消了录波子网;针对保护信息需要远传到调度端的问题,专门安装了故障信息管理系统;布置方式也确定为小室式。系统结构见图3。这种方案目前来看已经成为一种成熟模式,并且得到了广泛的推广应用。3目前，二级系统实施的总体情况3.1现在常用的微型计算机监控系统3.1.1监控系统工作原理在220kV以上的变电站,一般都采用分层分布式布置,包括变电站层和间隔层,系统结构如图3。变电站层包括2台主机兼操作员站、2台远动工作站、1台工程师站、2台打印机。2台操作员站互为备用,可以实现无扰切换,为运行人员提供操作和监视界面,对于告警和故障,可按不同优先级进行报警,并有音响提示;2台远动工作站互为备用,可以实现无扰切换,将从网络获取的数据经筛选和排序后发送到各级调度;工程师站供维护人员进行系统维护,可完成数据库、系统参数、报表和画面的定义、制作、修改,以及网络维护、通讯报文监视等工作。间隔层包括各测控装置或保护测控一体化装置,主要用于对本间隔模拟量、开关量、脉冲量、温度量的采集和断路器刀闸的控制,各间隔层设备在本小室直接接入以太网。微机监控系统主网采用光纤双冗余以太网结构,可靠性高,开放性强;由于采用光纤作为传输介质,避免了电磁干扰引起的通讯不畅。在每个小室都装有GPS,实现对本小室智能装置的硬对时。每个小室的保护装置等智能设备通过管理机接入微机监控系统。3.1.2远动装置在线监测、报警处理,背景设备设备微机监控系统的功能如下:实时数据采集与处理,数据库的建立和维护,控制操作、同期检查和防误闭锁,电压无功自动调节,报警处理,事件顺序记录,画面生成和显示,在线计算及制表,电量处理,远动功能,时钟同步,人机联系,与其他设备接口,保护报文分析、运行状态监视和查询、定值查阅、装置复归等。3.2保护小室的设置二次设备采用小室方式分散布置,除安装交直流屏和计算机的主控小室外,500kV每串设1个保护小室,220kV和110kV根据出线多少设1-3个保护小室,主变和低压部分也设有相应的保护小室,各间隔的保护设备分别安装在各自的小室内,母差保护集中安装于相应电压等级的某个小室内。3.3保护装置配置3.3.1联络线安全自动装置500kV线路采用双主双后,一般有一套单独的后备保护,并且配有过电压保护和远跳装置,对于联络线还有失步解列等安全自动装置;断路器配有断路器保护和短引线保护;220kV线路配双套主后一体保护,变压器配置三套差动保护和非电量保护;500kV和220kV母线均配置双套母差保护;失灵保护由母差来实现;低压部分采用保护测控一体化装置。3.3.2线路保护和失灵保护220kV线路配双套主后一体保护,变压器配置两套差动保护;110kV线路配一套保护;变压器配置两套差动保护和非电量保护;220kV母线均配置双套母差保护,110kV母线均配一套母差保护;失灵保护由母差来实现;低压部分采用保护测控一体化装置。3.3.3系统的改造每个站单独安装一套保护故障信息管理系统子站,保护装置和录波器通过RS485接入系统中,完成对各装置运行信息和故障信息的采集,并远传到安装于调度端的故障信息管理系统主站。3.4蓄电池组直流在每个保护小室都装有两套UPS电源,为本小室需要交流的设备提供电源,UPS的交流输入采用低压盘交流,直流输入采用站内的蓄电池组直流;在主控室装有2组蓄电池、3台充电机和相应的馈线屏,对于500kV变电站,每个小室还装有直流分电屏,小室内装置的直流电源直接取自分电屏,220kV变电站各小室内装置的直流电源直接取自主控直流馈线屏。3.5监控系统接入每个小室都装有相应间隔的全电子式多功能电能表,非计量点的电能表通过RS485方式组网接入微机监控系统;计量点的电度表通过RS485方式组网接入计费系统,再通过表的脉冲接点或计费采集装置的串口接入微机监控系统。3.6防计算机的逻辑控制功能五防系统取消了原来的模拟屏,通过一台五防计算机来实现模拟操作和逻辑闭锁。五防计算机和微机监控系统的操作员站相连,实时获取断路器和刀闸位置来进行逻辑判断,五防机对操作员站有逻辑闭锁功能。运行人员在五防机上正确模拟操作后,五防机才开放操作员站上相应设备的操作权,否则无法进行操作。4主要功能特点a.数据记录、信号采集准确齐全,有利于对系统和设备运行的监视和分析,有利于故障和事故分析;数据报表灵活多样,报表形成方便快捷,改变了以前值班员填写报表的落后局面,提高了报表的准确性,降低了运行人员的劳动强度。b.由于二次设备采用了小室式分散下放布置方案,节省了建筑面积和电缆投资,其中建筑面积可以减少40%左右,电缆总长度可以减少30%。c.操作手段可靠,运行人员可在操作员工作站计算机操作,在系统瘫痪或检修的情况下也可以到就地用把手进行操作,并且就地把手也有五防功能。d.监控系统与站内所有智能设备如微机保护、直流系统、计费系统、五防系统等均实现了数据通讯,运行记录更加全面可靠。e.系统可以实现VQC功能,自动根据电压曲线对电压和无功进行控制,可以使电压合格率达到100%,保证了电网输送的电能质量。f.同期功能灵活完善,可在任一开关以任一种方式进行同期,减少了投运时的操作,并网方式灵活。g.因大部分操作都可通过微机实现,所以能实现少人值守,运行值班员可以减少50%左右,节省了人员开支。h.便于实现站端和远动主站端的网络数据通讯。因站内综合自动化系统采用了高速以太网技术,这样就可以通过路由器来对调度进行数据交换,大大提高了调度数据的实时性,并且数据量也不再受限。i.微机监控系统和五防交换数据、逻辑互锁,大大降低了误操作的可能性;由于在计算机远方操作,也避免了现场操作一次设备的危险性。5通讯接口和协议a.不便于运行人员的巡视和压板操作。由于各种二次设备均布置在不同的保护小室,工作地点的转移浪费了一定时间,每天巡视时间大约要增加1小时左右。b.各厂家设备通讯连接还不够完善,经常出现通讯中断和误码问题,就统计看基本上达到了1.2次/台?年。c.因扩建时技术已经发展,新的通讯接口和协议不一定能兼容原监控系统的接口和协议,所以扩建时对保护设备的要求有所限定。d.保护等智能设备软件升级时会使装置的报文内容发生变化,因此微机监控系统也需做相应的改动,工作量有所增加。6保护装置的布置河北南部电网在采用综合自动化技术上起步是比较早的,经过这几年的经验积累,目前也形成了一种成熟的模式,从目前运行的情况来看,设备运行相对稳定,技术比较先进,操作灵活便捷,深受运行人员的欢迎,从经济角度和技术角度上来说,值得推广。综合这些年来的经验,总结有以下几点需要注意并改进:a.应仔细研究保护小室的设置位置及二次设备在保护小室中的布置,以确定最节省电缆的方案,避免布置位置不当,浪费电缆。b.应统一接口标准和规约解释标准,这样有利于确保不同厂家设备之间的通讯畅通,并且可以避免因开发多种规约而造成的人力浪费。c.应逐步改变管理模式,适应技术的不断进步,由于传统专业分工较细,而新出现的设备如测控装置、网络设备等无法分工,专业衔接不好,非常不利于设计、调试和运行维护,所以专业合并是一种很好的解决方式。目前河北南网已有3家单位进行了专业合并,效果较好。d.应尽量考虑配置同一厂家设备。目前综合自动化变电站已将各保护装置等智