科技的日新月异使计算机的触角已深入到各个领域。电力系统也因此进入了微机控制时代, 变电站综合自动化系统就是利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术等实现对变电站二次设备的功能进行重新组合和优化, 包括继电保护、控制、测量、信号系统、RTU组屏技术、故障录波、自动装置及远动装置等。
我国城乡电网中一些已投入运行的35～110kV中、低压有人值班变电站, 其控制系统大多采用常规控制方案, 站内二次设备的设计、制造、安装及维护都未考虑“无人值班、少人值守”的要求。这给供电企业造成了沉重的负担, 可见进行技术改造、系统优化, 提高其自动化水平显得十分必要。如何对变电站自动化系统进行优化, 模块组态和通信网络是重点。
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实际情况不同而变化。
变电站集控式结构就是在原设备配置的基础上, 增加计算机管理功能, 按变电站的规模配置相应容量、功能的微机保护装置和微机远动装置, 安装在变电站主控制室内;主变压器、各进出线路及站内所有设备的运行状态通过电流互感器、电压互感器或相应变送器, 经电缆传送到主控制室的微机保护装置和微机远动装置, 经初步处理后送到前置机预处理, 并与调度端的主计算机进行数据通信, 上位计算机完成当地显示、控制和制表打印等功能。
但因变电站综合自动化系统改造的目标应是实现变电站的小型化、无人化的高可靠性, 而集中式控制系统存在一些问题, 如前置管理机任务繁重、引线多, 降低了整个系统的可靠性, 若前置机故障, 将失去当地及远方的所有信息及功能;软件复杂, 系统调试麻烦、维护工作量大等;加上该组态不灵活, 对不同主接线或规模不同的变电站, 软硬件都必须另作设计, 工作量大且扩展一些自动化需求的功能较难, 因此在老站改造中一般不采用此方案。
系统采用模块化、分布式开放结构, 各控制保护功能均分布在开关柜或尽量靠近开关的控制保护柜上的控制保护单元, 所有的控制、保护、测量、报警等信号均在就地单元内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机, 各就地单元相互独立, 不相互影响。
它是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装单位, 将控制、I/O、闭锁、保护等单元分散, 就地安装在一次主设备屏上。站控单元通过串行口与各一次设备相连, 并与管理机和远方调度中心通信。统一设置一台上位控制计算机来进行人机联系及信息向上级调度远传。各前置机按照规定的功能全面地管理系统被控设备, 由于在空间上紧邻被控设备, 因此就地取得了有关信息如PT、CT、辅助接点、断路器分、合闸线圈等, 这些信息被前置机加工后通过局域网与上位计算机连接。此结构组态灵活, 检修方便, 且抗干扰能力强, 可靠性高。但在实际的工程应用及技术实现上会遇到许多目前难以解决的一些问题, 如在分散安装布置时, 恶劣运行环境、抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上存在的问题等等, 因此不宜采用。
该方案采用RCS-9000型分层分布式设计, 按间隔为对象, 把单元层装置集中组屏安装在主控室中。该系统可分为以下三层。
一是变电站层采用分布式系统结构, 由就地监控、远动、“五防”主站组成。就地监控及远动均采用双机备用, 增加可靠性。该层为变电值班人员、调度运行人员提供变电站监视、控制和管理功能。二是通信层支持全以太网双网结构。双网采用均衡流量管理, 有效地保证了网络传输的实时性和可靠性。通信协议采用电力行业标准规约, 可方便地实现不同厂家的设备互连, 支持不同的规约向不同的调度所或集控站转发不同的信息报文, 支持GPS硬件对时网络。三是间隔层保护单元、测控单元组屏布置于主控室。测控单元采用World FIP高速现场总线组网, 保护单元采用485口接入保护信息管理系统。其结构图如下:
对于35～110kV中、低压变电站, 一次设备都比较集中, 不少是组合式设备, 分布面不广, 信号电缆不太长。因此, 集中组屏式结构具有设计简单、安装调试方便、利于管理、可靠性高等优点。
一是拆除控制屏, 视情况保留相应的二次电缆;二是将监控系统、测控装置独立组屏, 安装于原控制屏的位置;三是拆除“五防”微机模拟盘, 对“五防”系统升级;最后根据实际需要, 增设遥视系统及相应设备。
通信是变电站自动化系统的关键, 一般有两种方案。宽带网方案要求每个智能电子装置 (IED) 配置一个嵌入式以太网接口, 每个IED作为一个接点连接到以太网上, 其优点是网络的通信带宽高, 通信媒介灵活, 拓扑结构可靠性高, 资源支持丰富, 成本低廉, 缺点是现运行设备大都没有嵌入式以太网接口, 改造工作困难。现场总线和宽带网混用方案几个IED通过RS485、MODBUS或现场总线等方式连接在一起, 然后用嵌入式以太网接口作为一个接点连接到以太网上, 其优点是产品向下的兼容性好, 成本较低, 缺点是要增加专用的异种网络接口设备, 系统的复杂性增加。结合现场运行设备的水平, 建议采用后者。
将监控系统接入原控制屏内的光字牌信号, 实现遥信, IED的详细动作信息通过网络送入监控系统。监控系统的下行命令通过测控装置输出, 再接入操作箱屏内分合闸升降回路, 以实现遥控、遥调。
由于国内制造厂家的产品基本上不能实现直接互联, 目前现场采用保护通信管理机或规约转换器将其他的通信方式转换成站内的主干通信方式, 随着近年远动规约与IEC的接轨, 制造厂家通信接口技术的发展, 部分厂家已完成了嵌入式以太网接口的开发工作, 将继电保护及自动装置直接接入以太网。在可扩展性、可靠性、经济性、通用性等方面的综合评估中, 以太网具备压倒性的优势。
对于无当地功能的变电站, 考虑将RTU全部退役, 采用监控系统和具有“四遥”功能的远动工作站模式。远动工作站分别接在宽带网和现场总线上。远动信息的采集一部分取自测控单元, 另一部分取自站控层宽带网。而对于有当地功能的变电站, 为节约投资, 考虑保留RTU及当地功能计算机, 远动主机通过串行通信口及网络转换设备接在宽带网上, 原有收发功能不变, 远动信息的采集和处理与站控层计算机无关。
可在站内设置“五防”主机, 与监控主机通过串口通信, “五防”主机从监控系统获得设备实时信息, 进行设备实时对位。监控系统从“五防”主机获得允许/禁止操作断路器、隔离开关信息。或由监控系统厂家考虑就地控制的隔离开关或接地刀闸程序锁等设备的配套, 做到微机“五防”闭锁装置与监控系统合二为一, 取消单独的微机“五防”闭锁装置。选择的时候必须保证一次设备的可靠性和可操作性。在目前情况下, 还不宜取消“五防”主机, 可由系统软件对所采集的信号量实行防误闭锁。
总的来说, 一个合适的变电站综合自动化系统模式, 不仅节省投资、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, 也便于运行操作。加之对自动化系统的优化, 一定能真正提高变电站的综合自动化水平。
摘要：变电站综合自动化系统能通过不同的组织模式来实现。每种模式都有利有弊, 选择适合的结构, 并对微机监控设备, 通信网络, 控制、信号和测量系统, 远动系统, “五防”系统, 继电保护及自动装置等进行优化, 才能真正提高变电站的自动化水平。
关键词：变电站,综合自动化,结构,优化,监控
[1] 江智伟.变电站自动化新技术[M].北京:中国电力出版社.2006.
[2] 张惠刚.变电站综合自动化原理与系统[M].北京:中国电力出版社.2004.
[3] 张继雄.变电站自动化系统选型中应注意的问题.内蒙古电力技术.2005.
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