110kV变电站综合自动化系统的构建.pdf

2 o 0 6年第 4期 广西电力 1 1 0 k v变电站综合自动化系统的构建 co ns t r u c t i o n o f co mpo s i t e au t o ma t i o n s y s t e m i n 1 1 0 kv s u b s t a t i o ns 李潮勤， 陈喜士 li ch a o - q i n， c hen xi s h i ( 广东电网公司揭阳供电局， 广东揭阳5 2 2 0 0 0 ) 摘要： 介绍了揭阳 1 1 0 k v西门变电站综合 自 动化系统的布置方式、 网络结构、 控制方式。提出在变电站的建设中， 应该借 鉴先进的经验、 技术。 关键词： 无人值班变电站； 综合 自动化系统； 网络结构； 分层分布式 中图分类号： t 6 文献标识码 ： b 文章编号： 1 6 7 1 8 3 8 0 2 0 0 6 ) 0 40 0 4 9 0 3 1 引言 变电站综合 自 动化系统是集保护、 测量、 控制、 远 传等功能为一体， 采用微机和网络技术， 并充分利用 数字通信的优势来实现数据共享的一套电力系统二 次设备的自 动化装置。随着数字式微机保护、 监控技 术和远动通信的广泛普及， 电力系统变电站的自 动化 水平已发生了根本的变革。因此， 进行变电站综合自 动化建设已成为当前电力系统发展的必然趋势。 揭阳 1 1 0 k v西门变电站的建设规模为 2 台 4 0 mv a主变、 2 条 1 1 0 k v进线、 1 6 条 1 0 k v馈线、 4 组 电容器组、 2 组接地变及 2 组站用变。1 1 0 l 【v侧采用 单母线接线、 1 0 k v侧采用单母线分段接线方式。 揭阳 1 1 0 k v西门变电站的综合自动化系统本 着提高电网安全、 经济运行水平， 减少变电站的基建 投资， 满足生产运行要求， 为我局无人值班变电站的 推广积累经验的指导思想进行设计和建设的， 是我 局第一座真正意义上的综合自动化变电站。 2 自动化系统配置原则 虽然西门站规模不是很大， 但是由于该站处于 揭阳市区的负荷中心， 担负着市区 5 0 以上的电力 供应， 因此， 本站二次自动化系统必须保证系统的安 全可靠性， 否则， 将会造成严重的经济损失和社会影 响。如何提高自动化系统的安全、 可靠性， 主要从下 面几方面给予保证。 2 1 继 电保护功能独立性 继电保护配置按设计规程配置， 要求面向控制 收稿 日期 ： 2 0 0 6 一o 4 0 3 对象独立设置， 所有间隔智能单元功能相对独立， 互 不牵连。凡可以就地完成的功能决不依赖通信网。 本系统继电保护按被保护的电力设备( 间隔) 分别独立设置， 直接由相关的t a及 t v输入电气 量， 动作后由接点输出， 直接操作相应的断路器跳闸 线圈； 其它一些重要的控制设备， 例如备用电源自 动 投入装置， 通过设置专用的装置， 放在相应间隔上。 保护装置设置有通信接口， 接入站内通信网 以便在保护动作后向变电站层微机设备提供报告 等， 但保护功能完全不依赖通信网。 2 2 确立分层分布式控制系统的地位 监控系统的安全可靠性对系统的正常运行必不 可少 ， 任何一个装置， 其功能集成化程度越高， 故障 时所带来的系统风险却越大。采用分层分布式智能 单元( i e d ) ， 即把整个生产过程的控制功能、 管理功 能分散开， 让控制系统由不同规模、 不同功能的智能 单元连接而成。从 1 0 k v馈线到 1 1 0 k v线路间隔、 主变间隔以及其它控制设备， 每一间隔配置 1 套智 能单元， 完成本间隔的遥测、 遥信、 遥控功能， 各智能 单元直接将采集的数据通过网卡送人网络。任何一 个智能单元故障或异常仅影响本间隔的数据采集与 信息传输， 而不影响其它单元和整个网络的正常工 作， 从而将硬件故障的系统风险化解到最少。 同时， 由于采用面向对象的分层分布式布置的 智能单元 ， 增加 了系统的硬件 的配置的灵活性 。当 变电站扩建时， 仅增加相应智能单元， 扩充数据库即 可 ， 而不影响在线运行的监控系统正常工作。 维普资讯 广西电力 2 0 0 6年 第 4期 另外， 采用面向现场的分散布置 ， 用极少量 的通 信电缆取代大量长距离信号电缆， 用软件闭锁取代 或简化二次闭锁 回路 ， 节省 了大量电缆 和相应 施工 和调试工作量 ， 并取消传统的大控制室设计 ， 节省建 筑面积和建筑用地 。 2 3 “ 四遥” 量的配置原则 “ 四遥” 量的配置以( 3 5 1 1 0 k v无人值班变电 站设计规程 为依据， 特别做好下面几方面的工作， 以提高遥信信号的准确性、 合理性。 2 3 1 改进开关状态信号的接法 把从开关合位继电器改为直接从开关辅助接点 引接开关状态遥信信号， 使开关状态信号不受继电 器状态的影响， 提高了遥信信号的准确、 可靠性。 2 3 2 采用双位 置遥 信方式 在无人值班变电站中， 保护动作信号较多， 因信 号继 电器性能不稳定 、 触点接触不 良或表面氧化 ， 遥 信误动或抖动的机会增多。因此对一些特别重要的 和容易误动的遥信信号， 采用双位置遥信方式， 有效 地抑制遥信误动和抖动； 同时为了更好反映变电站 各种电气设备的实际运行状态， 对全站断路器及反 映运行方式的隔离开关和主变中性点接地开关采用 双位置遥信方式， 提高遥信信号准确性。 2 3 3 合理采集主变压器档位遥信信号 变压器有载调压是变 电站的重要环节， 为了确 保调压的安全正确性， 实时了解档位信息， 必须设置 主变档位遥信信号。档位信息的采集可通过直接采 集档位遥信和采用档位变送器采集遥测量两种方 法， 采集档位遥信的方法， 每一抽头将对应 1 个遥信 量， 每 1 台主变将占用 1 7 个遥信量。在西门变电站 将采用档位变送器采集遥测量的方法采集档位信 息， 将每台变压器的抽头位置通过转换， 以 0 5 v 的模拟量输出， 通过电压级差来判断档位。每台变 压器只占用 1 个遥测量 ， 大大减少了遥信量。 2 4 自动化装置 1 0 k v部分采用“ 四合一” ( 集保护、 控制、 测量、 通信为一体) 装置， 1 1 0 k v线路及主变间隔配置专 用的测控单元， 实现保护和测量严格分开。 小电流接地选线 由 1 0 k v开关柜上 的智能单 元、 开 口三角电压监测点和主站构成。各智能单元 实时计算当前的3 u 0 ， 3 1 0 向量， 当系统接地导致 3 u o 升高时， 母线开口三角电压监测点向主站报选线 接地信号， 主站则在接到接地信号后调各装置内的 3 u o ， 3 i o 向量， 进行比较从而实现接地选线功能， 节省 了常规的小电流接地选线装置。 备 自投功 能采用专 用的备用电源 自动投入装 置， 通过该装置实现 1 0 k v母线分段开关自动投入， 提高供电的可靠性和连续性 。 虽然主变和 1 1 0 k v线路保护装置具有简单的 故障录波功能， 但 由于其硬件结构和软件设计方面 的原因， 仍达不到专用故障录波的指标和功能要求， 故专门设置 1 台专用的故障录波装置， 直接挂在录 波专用录波网上， 实现录波功能。 电压无 功 自动调节( vqc) 功能采用在监控 系 统主站增设 1个主站插件 ， 配置专用的 自动 电压无 功控制软件， 实现自 动有载调压和电容器投切功能， 简化了二次接线。 3 综合自动化系统网络结构 在变电站自动化发展的初期 ， 绝大部分采用串 行口通信方式( r s 2 3 2 ， r s 4 2 2 ， r s 4 8 5 总线等) ， 由于 串口 通信的固有局限性， 产生了以下一系列无法克 服的问题 ： 信息处理的及时性 ， 尤其是故障情况下， 保护 信息量比较大， 分别送到监控系统并处理完毕显示 延时过长， 影响了事故处理和分析； 由于 以远 程终端 ( r t u) 为核心 ， 一旦 r t u 出现故障得不到及时恢复， 将会影响站内设备的安 全运行， 使风险过于集中； 另一方面， 由于 r t u集 中组屏， 需要敷设大量二次电缆； 由于信息传送速度不理想， 影响到监控系统 的部分功能的发挥。 为了从根本上克服串行通信的缺点， 在西门变 电站的综合 自动化系统中， 采用了 c s ma c d协议 的现场总线网网络结构。这种全数字化、 高性能、 两 线制、 多支路的通信技术是一种开放的系统， 其通信 协议公开， 各不同厂家的设备之间可以进行互连并 实现信息交换。在通信媒介上可支持双绞线、 光缆、 电力线等， 具有较高的抗干扰能力， 其对环境的适应 性较强。 c d协议是一种竞争方式， 各节点在发 送信息之前先侦听总线空闲与否， 再考虑信息发送； 当网上正在传送 1帧信息时， 有 2个节点都在等待 发信， 那么在该帧信息传输完毕时， 这 2 个等待的节 点将以随机的方式经过不同时间延时之后再进行信 息的发送， 在这段延时期间， 各接点仍在侦听， 发现 有人发信就重新等待， 从而可以有效减少冲撞机会； 此外它还设置优先级， 使重要信息等待时间短， 抢先 发信。同时一旦发现传输线上不仅有 自己发的信 维普资讯 2 0 0 6年第 4期 广西电力 息， 还有别的信息， 就停止发送， 经过一段随机的时 间后再竞争。 现场总线是近几年迅速发展起来的一种全新互 连通信网络。它包含两方面内容： “ 现场” 是指工作 环境中设备级之间的联系， “ 总线” 是指通信联系必 须遵循统一的技术标准 ， 以实现各设备之间的互连 、 互操作等。在网络中， 各节点平等， 任何一点发送的 数字信息到公共通信总线上， 目的点均可收到， 同时 也为其它所有节点接收， 它不存在信息通道阻塞问 题， 可靠性高。 该系统分为间隔层 、 网络层 和变电站层三部分。 间隔层装置 由所有分布式的智能单元 组成 ， 间隔层 面向控制对象， 负责对一次设备进行保护、 测量、 控 制等工作 ， 并能发送测量和保护信息， 接收控制命令 和定值信息 ， 是系统与一次设备的接 口； 网络层由站 内通信网组成， 负责搜索各间隔层智能单元的上传 信息， 下达控制命令及定值参数； 变电站层由 1 台就 地监控系统主站、 1台继电保护工程师站、 1台远动 主站组成， 各工作站直接挂在网上， 通过通信网同各 间隔通信， 使全站信息顺利进入数据库， 并根据需要 向上送往调度中心， 实现远方通信功能； 此外通过友 好的人机 界面和强 大的数据处理 能力实现就地监 视 ， 控制功能， 是系统与运行人员的接 口。 3 1 就地监控系统主站 当实现有人值班时， 变电站以计算机监控系统 为中心， 实现对全站的一次设备监视、 测量、 控制、 管 理、 记录和报警等功能， 是运行人员与计算机监控系 统的接口。需要时， 可与远方控制中心及其它系统 通信， 达到信息共享。 当实现无人值班时， 通过便携式 p c机进站工 作人员可以获得全站信息， 并进行各种控制操作。 3 2 继电保护工程师站 工程师站将从网络上接收的录波信息存盘， 进 行录波数据的波形显示和分析计算； 同监控网和录 波网上任一元件通信。同时工程师站通过 mo d e m 接至公用电话网， 继保工作人员还可以在任何有电 话的地方同网上任一元件通信， 也可以从就地 p c 机的磁盘中调取录波记录。 3 3 远动主站( ma s t e r) 传统的方法是把所有通信信息由通信管理机来 实现， 一旦通信管理机故障， 所有信息传送将会中 断。因此在本站的综合自动化系统中， 取消了通信 管理单元层， 直接采用局域网( ) 的通信方式， 增设直接接于局域网上的远动主站。ma s t e r作 为模拟 r t u与调度端通信， 并以局域网作为数据 采集系统。在站内 ma s t e r节点与其 它节点按照 站内通信规约通信； 在站外， ma s t e r与调度端按 照外部规约进行通信， 起到承上启下的作用。这样 ma s t e r通过现场总线网同各种 间隔层智能单元 通信 ， 把所 采集 的数据送 到数据库 中， 经规约转换 后 ， 分别上送 到调度端 ， 直接通过主站与间隔层设备 进行控制， 实现“ 四遥” 功能。自动化系统配置如 图 1 。 厂 囫器 南驷 冁 哥 32 匿 嚣 卜二 1面西薛 r = 1_广 囱嘲 兰 网 ( ta、tv二 及控 制 电缆 ) 1 0 k v部分 ( t a、t v- “ 次 ：焦量型皇丝2 l 0 k v部 分 一 次 设 备 图 1自动化 系统配置 图 4 控制方式 本站控制方式具有遥控和就地控制两种方式。 所有 1 0 k v以上电压等级断路器和主变中性点地刀 均可实现遥控操作和在站内监控主站上键盘操作， 考虑到极端情况下全站计算机网络全面瘫痪， 无法 在监控主站或调度端进行控制操作， 因而在保护屏 或开关柜上均设置了跳合闸操作方式选择开关和控 制按钮， 实现就地操作功能。 5 结束语 揭阳1 1 0 k v