（电气工程专业论文）滨海电网变电站无人值守改造的研究.pdf

山东大学硕士学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：互量兰日期：! ：型! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅：本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：互量笙导师签名：煮丛日期： 沙p j 7 山东大学硕士学位论文 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 目录 1 1 滨海电网的基本情况 1 2 国内外无人值守模式的研究现状一 1 3 本文研究的目的和意义 1 4 本文研究的内容一一 第二章无人值守变电站的总体设计一 2 1 无人值守变电站建设的原则一一 2 2 无人值守模式选择 3 4 6 7 2 3 集控中心的设置一一一一8 第三章 集控中心的具体要求及规划一一一l o 3 1 通讯系统一 3 1 1 通讯协议一一一1 1 3 1 2 通讯网络一 3 1 3 通信管理单元一 1 2 3 2 监控系统一一一一l 3 3 2 1 系统硬件结构一 3 2 2 系统软件平台一一一一1 5 3 2 3 图形及人机界面系统一 3 3 遥视系统一 一1 8 一一一一一2 1 碑 第四章无人值守变电站的具体要求及规划一2 5 4 1 常规自动化系统 一一2 5 一一2 64 2 变电站综合自动化系统一一 4 2 1 系统结构一一一一一一2 6 4 2 2 组屏与二二次接线一一一一一2 6 4 2 3 变电站自动化系统 4 2 4 系统可靠性与经济性 一一一一3 1 4 3 微机保护装置一一一一一一3 1 山东大学硕士学位论文 4 4 通讯管理单元一 - - 3 4 第五章东集控中心改造方案3 7 5 1 东一集控中心基本情况一 5 1 1 负荷情况 5 1 2 集控中心管辖范围内变电站之间的联络一 5 1 3 范围内变电设备情况统计一一一 5 2 东集控中心实施方案一一 一一一3 7 一3 7 - 3 7 3 9 3 9 5 2 1 系统平台一一3 9 5 2 2 系统功能及技术指标一4 0 5 2 3 基本的s c a d a 功能一一 4 1 5 2 4 技术指标一一一一一一一一一4 7 5 3 一次设备改造一一一一一4 9 5 4 二二次设备及后台通讯改造一一5 1 5 5 岑芝直流改造一一5 5 5 6 二次防雷系统一5 7 5 7 遥视系统的安装与使用一5 8 5 8 几个需要考虑的实际问题一一一一一5 9 第六章经济效益和社会效益分析一一一6 3 6 1 经秽i ：效益一一一一6 3 6 1 1 直接效益一一 6 1 2 间接效益一一一一一 6 3 6 3 6 2 社会效益一一一6 4 第七章结论及 f 步建议一6 6 7 1 结论一一 7 2 下步建议一一一一一 6 6 一6 7 山东大学硕士学位论文 摘要： 胜利油田滨海电网管理的变电站多，造成运行人员生产性缺员，运行人员 工作时间超劳动法要求，对职工身心健康和安全运行造成一定潜在影响。为了解 决缺员和降低劳动强度，进行变电站无人值守的是一条切实可行的途径。通过对 变电站无人值守方案的研究，对比各类方案，优选出适合滨海电网的无人值守改 造方案，尤其对方案的适用性、兼容性以及针对电网中的管理和应用的特殊性等 方面进行研究，确保满足油田电力要求。规划三个集控中心，即新孤集控中心、 海洋集控中心和东一集控中心，在这三个集控中心安排人员监控，将其它变电站 进行无人值守变电站改造。通过这三个集控中心对周围无人值守站进行监视控制 等，从而解决人员紧缺和安全运行等矛盾。 无人值守是一个容微机保护、网络通讯、后台监控及远方视频等技术与一体 的综合性系统，除此之外，还面临着诸多现场和实际的问题，集控中心功能的界 定，需要达到技术指标，如何设置集控中心，无人值守变电站要达到标准，相应 一二次设备的改造，通讯的配置等，以及无人值守变电站建立以下如何运行管理 等。该项目主要创新点：多种软硬技术融为一体，运用了微机保护，网络通讯和 后台信息处理等，采集数据量大，功能强大，兼容性强；实现了实时数据采集、 遥测、遥信、遥控、遥调、数据报表等功能；适用于各种恶劣运行环境，可靠性 强；采用双机备份、操作记录、故障录波、实时报警等技术提高了系统的可靠性， 实现了真正的无人值守。项目的实施具有良好的经济效益和社会效益，集控中心 范围内的开关操作都可以在本站内完成，而且对故障进行分析、判断，既节约了 人工，又减少中间环节。该研究的实施极大地提高了油田变电站的安全、可靠， 减少值班员劳动，实现减人增效，满足油田电力发展的要求。 关键词：无人值守；集控中心；无人站；视频监视；网络通讯 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t ： s h e n g l io il f i e l db i n g h a ip o w e rc o m p a n ym a n a g e m e n t m a n yp o w e r s u b s t a i o n ，r e s u l t i n gi nl a c ko fr u np r o d u c t i o ns t a f fm e m b e r s ，s t a f ft i m e t or u no v e rl a b o rl a wr e q u i r e m e n t s ，h e a lt ha n ds a f e t yo fw o r k e r st or u n c a u s es o m ep o t e n t i a li m p a c t t oa d d r e s st h es h o r t a g eo fw o r k e r sa n dr e d u c e l a b o ri n t e n s i t y ，t h eu n m a n n e d w o r ks u b s t a t i o ni sap r a c t i c a lw a y t h r o u g ht h er e s e a r c hp r o g r a mo fu n m a n n e d w o r ks u b s t a ti o n s ，c o m p a r e dt o v a r i o u sp r o g r a m s ，t h eg r i di so p t i m i z e df o ru n a t t e n d e dc o a s t a l r e h a b i l i t a t i o np r o g r a m s ，i np a r t i c u l a r ，t h ea p p l i c a b i l i t yo ft h ep r o g r a m ， c o m p a t i b i l i t ya n dm a n a g e m e n tf o rg r i da p p l i c a t i o n si na r e a ss u c ha s s p e c i a lr e s e a r c h ，t oe n s u r ee l e c t r i c i t yt om e e tt h eo i lr e q u i r e m e n t s p l a n n i n gt h r e ec e n t r a li z e dc o n t r o ls t a t i o n ，s u c ha sx i n g u l s t a t i o n ，d o n g y is t a t i o na n dd o n g e rs t a t i o n ，c o n t r o ls t a t i o ni nt h et h r e e m o n i t o r i n ga r r a n g e m e n t sf o rs t a f f ，t h eo t h e ru n m a n n e d s u b s t a t i o n s s u b s t a t i o nr e c o n s t r u c t i o n t h i sc o n t r o ls t a t i o nb ya r o u n dt h r e eu n m a n n e d s u r v e i l l a n c ec o n t r o ls t a t i o nt oa d d r e s ss t a f fs h o r t a g e sa n ds a f e o p e r a t i o no fs u c hc o n t r a d i c t i o n s t h eu n m a n n e dw o r kisa ne a s ym ic r o p r o c e s s o r b a s e dp r o t e c tio n 。 n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s ，b a c k g r o u n dm o n i t o r i n ga n dr e m o t ev i d e o t e c h n o l o g ya n di n t e g r a t e ds y s t e m s ，i na d d i t i o nt of a c i n gm a n yo n s i t ea n d p r a c t i c a li s s u e s ，t h ed e f i n i t i o no fc e n t r a li z e dc o n t r o lc e n t e rf u n c t i o n s ， n e e dt om e e tt e c h n i c a li n d i c a t o r s ，h o wt os e tu pc e n t r a li z e dc o n t r o l c e n t e r ，u n a t t e n d e ds u b s t a t i o nt om e e tt h es t a n d a r d s ，t h ec o r r e s p o n d i n g t r a n s f o r m a t i o no fas e c o n d a r yd e v i c e ，c o m m u n i c a t i o nc o n f i g u r a t i o n ，a s w e l la su n m a n n e ds u b s t a t i o n st oe s t a b l i s ht h ef o l l o w i n gh o wt or u nt h e m a n a g e m e n t t h em a i ni n n o v a t i o no ft h ep r o j e c t ：i n t e g r a t i o no fav a r i e t y o fh a r da n ds o f tt e c h n o l o g i e s ，t h eu s eo fc o m p u t e rp r o t e c t i o n ，n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n sa n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n gb a c k g r o u n d ，c o l l e c t i n gl a r g e a m o u n to fd a t a ，p o w e r f u la n dc o m p a t i b i l i t y ：t oa c h i e v er e a l t i m ed a t a a c q u i s i t i o n ，t e l e m e t r y ，r e m o t e ，r e m o t ec o n t r o l ，r e m o t ea d j u s t m e n t ，d a t a r e p o r t i n ga n do t h e rf u n c t i o n s ：f o rav a r i e t yo fh a r s ho p e r a t i n g e n v i r o n m e n ta n dr e li a b i1i t y ：d u a lb a c k u p ，o p e r a t i n gr e c o r d s ，f a u l t r e c o r d i n g ，r e a l t i m ea l a r ma n do t h e rt e c h n o l o g yt oi m p r o v es y s t e m r e l i a b i l i t ya n da c h i e v ear e a lu n a t t e n d e d i m p l e m e n t a t i o no ft h ep r o j e c t h a sg o o de c o n o m ica n ds o c ia lb e n e f it sw it h int h es c o p eo fc e n t r a liz e d c o n t r o ls t a t i o ns w i t c h i n gc a nb ec o m p l e t e da tt h i ss i t e ，a n dt h ef a u l t a n a l y s i sa n dj u d g m e n t s ，w h i c hs a v e sl a b o r ，a n dr e d u c ei n t e r m e d i a t e1i n k s t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es t u d yg r e a t l yi m p r o v e dt h es a f e t yo ff i e l d s u b s t a t i o n s ，r e l i a b i l i t y ，r e d u c ea t t e n d a n tl a b o r 。t oa c h i e v er e d u c e dt o i n c r e a s ee f f i c i e n c ya n dm e e tt h er e q u i r e m e n t so fp o w e rd e v e l o p m e n tf i e l d 叼 k e y w o r d s ：u n a t t e n d e d ：c o n t r o ls t a t i o n ：u n m a n n e ds t a t i o n ：v i d e o s u r v e i l l a n c e ：n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 滨海电网的基本情况 滨海电网系统总容量为6 4 8 2 0 0 k v a ，高峰负荷1 2 万多千瓦。从地理分布上， 主要包括东部和西部。分别为孤东采油厂、桩西采油厂、海洋采油厂、钻井公司、 仙河社区、海港码头以及仙河地区近5 万人口和公共设施、农业、商业等提出电 力供应，年转供电量约9 亿千瓦时。 现有变电站1 9 座，简易变5 座。l 座2 2 0 k v 变电站，4 座1l o k v 变电站， 1 4 座3 5 k v 变电站，管理电压等级高，变电站数量众多，并且相互之间较为分散， 大多地处荒原。由于测量、操作及保护为常规配置，需要人工参与。每个有人值 守变电站配备人员进行监控、巡视和操作，每班至少一名正值班员和一名副值班 员。目前共有运行人员1 5 3 人，其中男职工4 0 人，女职工1 1 3 人。由于管理的 变电站多，造成运行人员生产性缺员，目前只能进行三班倒，每班工作2 天，休 息4 天，运行人员工作时间超劳动法要求，以公司为中心，分别向东和向北分布， 有的位于海边，有的地处沿黄，条件较为艰苦，有的变电站生活用水都需要用车 拉；另外因为地处沿海沿黄，每年雨季期间防汛和防风暴潮压力较大，时刻关注 着周边环境的变化；变电站普遍距公司较远，最远的变电站约4 0 公里，生活和 工作都不方便。另外，对职工身心健康和安全运行造成一定潜在影响。 1 2 国内外无人值守模式的研究现状 随着电力体制改革的进一步深化，电网得到迅速发展，城、乡电网加快建 设和改造，越来越多的供电部门已积极开展了变电站无人值班的实践。所谓无人 值班变电站，一般指没有固定值班人员在变电站就地进行日常监视与操作的变电 站，变电站日常操作与监视由上级调度或集控中心通过调度自动化设施的三遥或 四遥功能进行。变电站无人值班工作的实施，使供电部门提出的“减员增效 工 作得以成功实现，取得了明显的经济效益和社会效益，提高了电力企业的劳动生 产率，促进了电网的安全稳定运行，推动了电力生产管理的现代化，对提高电网 的安全、经济运行水平起到了积极的作用。从国内、外电网发展的情况看，变电 站采取无人值班，不只是为了减少几个生产人员及其开支的问题，而是提高电网 的科技发展水平和科学管理水平，加快电网发展的问题。因此，无人值班变电站 山东大学硕士学位论文 的建设和改造是十分必要的。在实际应用中，无人值班变电站的电压等级已从 3 5 k v 发展到2 2 0 k v ，并且正在向更高的电压等级发展。 变电站无人值班是变电站运行管理的一种模式，要实现这种模式目前有两类 设计模式。一是将有人值班的常规变电站改造为无人值班运行管理方式。二是采 用变电站综合自动化技术，一般用于新建无人值班变电站。 有人值班变电站的无人值班改造将常规的有人值班变电站改造为无人值班 运行，一般适用于城农网改造中老1 日变电站的无人值守改造。采用常规远动方式， 充分利用原有的二次设备，并对其进行必要的改造以实现无人值守的模式。这种 系统中保护和远动系统相对独立，结构简单，易于维护，省资金。在整个变电站 的改造工程中，涉及到远动部分的主要有以下几点： 对于原来没有r t u 的变电站，加装r t u 装置；对于原已有二遥的变电站， 只须对其进行扩容，增加采集的遥测、遥信数量，并扩展遥控、遥调功能。 遥测量定义为除采集有功功率、无功功率、电压和电流外，还需采集主变 压器温度、所变电压、直流电压等。遥信量定义为在原有的测量开关位置的基础 上，还需接入重要的刀闸位置、保护输出、中央信号屏的光字牌、消防、小电流 接地、主变压器分接头等信号。遥控量定义为将远动的遥控接点接入开关设备的 控制回路，并在控制屏上所有断路器控制回路中加装远方就地控制开关，当切 至远方控制时，切断原有手合、手分、闪光回路，遥控继电器接点接入控制回路， 实现开关的遥控。切至就地控制时，原有控制、信号方式不变。加装主变有载控 制开关的远方就地切换开关，切至远方控制时，通过遥控回路实现有载开关的 升降和急停操作。切至就地控制时，原有控制、信号方式不变。加装控制继电保 护中央信号的远方复归和机械闭锁的解除信号。 目前新建变电站一般都采用了变电站综合自动化技术。所谓变电站综合自 动化是将变电站的二次设备( 包括控制设备、信号器具、测量仪表、继电保护装 置、自动装置、远动装置等) 利用微机技术，经过功能的重新组合，实现信息共 享，对变电站实施自动监视、测量、控制和协调的一种综合性的自动化装置，它 是变电站的一种技术装备。变电站综合自动化的主要特征是功能综合化( 其综合 的程度可以因采用技术的不同而不同) ，结构微机化，操作监视屏幕化，运行管 理智能化。它的出现为变电站的小型化、智能化、扩大控制范围及变电站安全可 靠、优质经济运行提供了现代化手段和基础保证。变电站综合自动化可以收集到 2 山东大学硕士学位论文 较齐全的数据和信息，经过计算机高速计算和判断，可以方便的监视和控制变电 站内各种设备的运行，完成对相关设备的操作。它的主要内容包括： ( 1 ) 电气量的采集和电气设备( 如断路器等) 的状态监视、控制和调节。 ( 2 ) 实现变电站正常运行的监视和操作，保证变电站正常运行和安全。 ( 3 ) 发生事故时，有继电保护和故障录波等完成瞬态电气量的采集、监视和控制， 并迅速切除故障设备和完成事故后恢复的正常操作。 从长远的观点看，综合自动化系统的内容还应该包括高压电气设备本身的 监视信息( 如断路器、变压器和避雷器等的绝缘和状态监视等) 。从国内外变电站 综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分布式、分层分布式。 目前，最为流行、受到广大用户欢迎的是分层分布式与集中相结合的综合自动化 系统结构。这种结构将间隔层配电线路的保护和测控单元做在一起，就地分散安 装在丌关柜内或其他一次设备附近。各间隔单元的设备互相独立，仅通过光纤或 网络电缆由站控机对他们进行管理和交换功能，而高压线路保护和主变压器保护 装置等则采用集中组屏的方式。 分层分布式与集中相结合的综合自动化系统，其优越性主要体现在： ( 1 ) 简化了变电站二次部分的配置，大大缩小了控制室的面积。 ( 2 ) 由于安装在开关柜的保护和测控单元出厂前已由厂家安装和调试完毕，再加 上敷设电缆的数量大大减少，因此现场施工、安装和调试的工作量和工期也随之 减少和缩短。 ( 3 ) 简化了变电站二次设备间的互连线，节省了大量连接电缆。 ( 4 ) 分层分散式结构可靠性高，检修方便，并且组态灵活，利于扩展。 1 3 本文研究的目的和意义 就滨海供电公司的实际情况，有必要对目前的人员紧张问题进行思考，提 出合理的方案，以有效的方式解决这一问题。从目前的用人情况来分析，新进大 批职工已经没有可能，缺员问题不能通过补充人员予以解决，只能借助其它方法， 集控中心是实现变电站无人值班、解决结构缺员的一种运行管理模式。借助目前 国内外正在实施的集控中心建设思路，利用滨海供电公司现在改造好的部分微机 保护变电站、自动化技术、已经建成的通讯网络和具备一定的管理运行能力，实 施集控中心和受控站这种全新的运行管理模式，采取只在少数变电站建设集控中 心，在集控中心实行有人值班，负责各受控站的远方运行监视、倒闸操作、事故 3 山东大学硕士学位论文 异常处理、设备的巡视与维护以及文明生产等全面运行管理工作。在多数变电站 建设受控站，受控站人员撤离，从而达到减少运行人员的目的。 目前微机保护和通讯以及远方监控技术已经相对成熟，技术和产品已经不 是问题，目前已在很多地方铺开，并且东营地方原有老变电站和新建的变电站已 经全部实现无人值守，从运行的情况来看也比较不错。集控中心的设立，大大改 善了对无人值班变电站的运行管理和维护，并改善了系统的结构，实现了变电站 管理的分层、分级管理，其产生的综合效益十分明显。撤除原有部分值班人员， 通过值班人员在集控中心对受控站进行监控，实现原有人值班变电站的各项监视 和控制等功能，从而达到人员有效减少，并且不降低电网运行要求。 1 4 本文研究的内容 本文研究的重点是滨海电网无人值守的实施工作，主要围绕着无人值守模 式的选择，集控中心的设置，集控中心和无人值守变电站功能设置、区分以及实 施，并针对滨海电网一二次设备、供电实际情况，进行有针对性进行改进，确保 研究的针对性和实用性，保证无人值守变电站实施，能有效减少值班人员并能可 靠保证电网安全运行，对最终目的有一定的指导性。 整个系统主要实现了以下功能：无人值守监控系统通过数据采集接口，采 集了系统关键模拟量数据，并实时显视或报警，提醒值班人员关注无人值守站运 行状态，及时处理了各类问题，提高了值班人员对运行设备的掌控。系统通过数 据采集接口采集了系统各通道工况和网络通信进程工况，一旦发生异常及时通 知相关人员进行处理，大大缩短了故障处理时间。系统通过数据采集接口采集了 系统活动告警文本信息，用户可进行基于字符串匹配的报警检测，对系统软件 运行中的重要报警和状态变化进行监视，例如系统控制挂起、重要量测失效等问 题。 无人值守改造侧重的是五遥功能，主要是要求实现对开关和其它设备实现 远程监视和控制，以便在集控中心实现对周围无人值实施监控。网络环境下在集 控中心系统上倒闸操作与在变电站内倒闸操作在具体实施上存在一些不同。集控 中心只是在远方遥控操作开关及电动机构的隔离刀闸，而不必到设备现场。无人 值守改造要求该系统具备这一作用，主要实现以下功能：( 1 ) 数据采集及控制： 采集来自现场的模拟量、数字量、脉冲量等，设备对象包括电压、电流、开关状 态、交直流系统、主变温控等，将采集的电压、电流、功率、开关位置等数据上 帕 山东大学硕士学位论文 传到集控中心，根据要求，由值班人员进行相应的控制，或由系统自动进行判断 处理。( 2 ) 显示：可进行电网一次接线图、断路器状态等。( 3 ) 通讯状态监视： 在主站能够监视到与各子站间的通讯是处于正常、临晃、故障等状态。( 4 ) 报警： 在电网操作时在画面上显示报警信息。系统的报警信息形成报警文件，在计算机 上可进行查阅并可随时进行打印。( 5 ) 打印报表：所有数据库中的数据，包括历 史数据在内的所有数据，都可以被生产报表调用，生产报表格式根据需要编写而 成，生产报表每天自动生成，可定时或按要求打印。( 6 ) 趋势显示：对于测量参 数值，可进行其趋势的实时观察，如自动生成电压、电流、功率、电量曲线等， 并可查阅历史曲线图，所绘制的曲线可由计算机打印出来，用于生产中的各种分 析。系统还要实现远程维护、诊断、修改保护定值等功能。 5 山东大学硕士学位论文 第二章无人值守变电站的总体设计 电力一二次设备的迅速发展是电力统自动化发展的推动力，电力系统正在 朝着数字化、集成化、网格化、标准化、市场化、智能化的方向发展。数字化是 自动化系统的基础，集成化、网格化和标准化是要采取的手段，智能化是最终要 实现的目标，市场化是未来市场发展的需要。计算机、通信和人工智能等领域的 新技术和新思想为电力系统自动化的发展提供了技术保障，而滨海电网运行实际 状况对此提出了新的要求。 滨海电网现有变电站1 9 座，简易变5 座。有1 座2 2 0 k v 变电站，4 座l l o k v 变电站，1 4 座3 5 k v 变电站，管理变电站多，电压等级高。常规保护变电站1 0 座，微机保护变电站9 座，并且有2 座变电站已实行无人值守了。以目前这些已 经进行改造或实行无人值守的变电站为硬件基础和开发平台，进行滨海电网整体 无人值守的规划和实施，在投资上更省，改造上更简捷，运行维护更平稳过渡。 但同时也要注意到这些综自站的特殊性，大多数站是经原常规保护变电站到微机 保护的升级，而一次部分几乎没有改动，仍为原来的开关、刀闸及机构，另外， 各个改造工作历经近十年的时间，采用的标准和要求不一，不少只停留在原始的 保护升级改造上，整体自动化水平较低，同时也暴露出诸多设计和质量的问题。 还有一点是，滨海电网与地方电网不同，与一般的油田电网也不同，负荷性质， 稳定供电要求高；有大量高压注水电机，注水站需要随时进行启停；有大量带电 作业，需要频繁启停重合闸等。在变电站无人值守规划中要参考国内外无人值守 经验和教训，要与滨海电网的硬件设备和运行管理充分相结合，这样才能具有较 高的参考价值和实际意义。 2 1 无人值守变电站建设的原则 总的原则是：变电站无人值守必须采用国际标准设计和使用成熟的技术， 系统安全可靠、功能实用完整、经济合理适中、技术先进；并根据厂站数量、电 网容量分别配置电网自动化系统，使系统具有针对性、实用性，具有先进的支撑 平台，s c a d a 功能完善，系统安全稳定。具体如下： 1 ) 系统应满足本地区电网发展需要，系统配置应按设计水平年的要求考虑，具 备远景年发展所要求的扩充能力，系统在设计上符合国标标准，使系统真正做到 开放性，同时便于系统扩展，做到应用的即插即用。 6 山东大学硕士学位论文 2 ) 系统软件应采用功能化和模块化设计，系统提供完整的s c a d a 功能，各应用功 能可分步实施，并预留扩展能力，功能模块之间的接口标准统一；系统应采用图 库一体化建模技术、动态带电分析、j a v a 技术等。 3 ) 系统应具有高度的安全保障特性，能保证数据的安全和具备一定的保密措旌， 执行重要功能的设备应具有冗余备份。 4 ) 系统应满足本地电力系统特点、根据实际的运行需要和通道条件、技术指标、 远动信息等内容来设计人机联系界面。 5 ) 系统软硬件应严格遵循可靠性、先进性、通用性和实用性、开放性原则，并 完全符合国际工业标准和国家电力工业标准。 6 ) 系统建设除执行本规范的规定外，尚应符合现行国家和行业颁发的有关规范 和规程的规定。 在设计中予以充分考虑到整体的自动化，真正把无人值守变电站原有的值 班人员减下来，在满足技术和安全的前提下，要求完善相关监控工作，把工作交 给设备，主要能在有人值守的集控中心内完成即可，减少人员在无人值守变电站 现场与集控中心之间反复来回，只有这样才能有助无人值守站的改造和推进。 具体要求就是对开关进行遥控，对运行状态和运行参数进行实行显示，对 交直流系统进行监控，及时掌握交直流的运行状况，确保无人值守变电变站二次 系统的正常运行；对主变温度进行实时监控，实时显视各主变运行温度，根据温 度自动或手动控制；对小电流系统能自动进行选线，避免雷雨天气时多个变电站 接地时要求较多的操作人员，另外p t 切换，也要求实现后台操作。这样，总体 上才能保证无人值守计划的实施。 2 2 无人值守模式选择 近年来，随着我国电网规模的高速发展，以及计算机、通信、控制技术的 发展，电力系统的运行管理模式也发生了重大变化。对无人值班变电站的控制方 式，目前一般有两种，一种是由调度集中控制，另外一种由集控中心分层控制。 如果建设调度集中控制的模式，调度工作量非常大，值班人员难以应付。并且就 滨海电网现有一二次设备运行情况来说，可靠性并不是很高，加之调度与各变电 站距离太远，操作维护人员无法在短时间内赶到现场，而我们用户大多是采油厂， 其对供电可靠性要求高。鉴于这些原因，我们认为调度集中控制方式不适合滨海 电网。而集控中心分层控制则具有一定的优势。设置几个集控中心，每个集控中 7 山东大学硕士学位论文 心控制的变电站就大大减少了；集控中心在当地电网中心建设，也可以解决与控 制的变电站距离的问题远，不便于日常巡视检查和现场操作问题，还有就是对目 前运行管理变动较小。因此最可行的方案就是在调度的层次之下建立多个集控中 心，从而保证电网及无人值班变电站的有效运行。这样就形成调度一集控中心一 无人值守变电站的分层、分级管理。 国电公司于一九九六年颁布了关于建立无人值守变电站的文件，建议在电 网调度的层次之下建立多个集控中心，在集控中心的层次之下建立众多无人值守 变电站，通过集控中心实现对无人值守变电站的监控管理，以保证电网及无人值 班变电站的有效运行。集控中心是实现变电站无人值班的一种运行管理模式，负 责各受控站的远方运行监视、倒闸操作、事故异常处理、设备的巡视与维护以及 文明生产等全面运行管理工作。集控中心的设立，大大改善了对无人值班变电站 的运行管理和维护，并改善了系统的结构，实现了变电站管理的分层、分级管理， 其产生的综合效益十分明显。 2 3 集控中心的设置 集控中心选定问题上也很重要。目前一般要考虑地理位置、供电区域和交 通方面，考虑这些因素主要是集控中心能否对无人值班的受控变电所更方便和有 效的管理。 鉴于油田生产的特殊性和滨海电网的实际情况，1 i o k v 电站属地区枢纽站、 负荷重、要求高，还按原有人值守模式运行，3 5 k v 变电站可以实行无人值守， 这样将集控中心建设在1 l o k v 及以上电压等级的变电站，一方面保证高电压等级 变电站的有人值守，另一方面还可以兼顾其它无人值守变电站的远方监控工作。 依据集控中心设置这样原则，根据地理位置、供电区域和交通方面等要求。在滨 海供电公司设立三个集控中心，即新孤集控中心、海洋集控中心和东一集控中心。 管辖范围为，新弧集控中心管辖镇西变和镇东变；海洋集控中心管辖桩河、桩西、 桩净、桩东、海港简易变、海五联变、桩埕等4 座临时变；东一集控中心管辖东 三、东四、东五、东六、东净、长堤、垦东六变和险工临时变，东二变仍为有值 守模式。这三个集控中心分别在这三个区域电网的中心，也是滨海电网三个重点 的节点，这样划分基本维持原有运行队的管理体制，并且重新平衡了三个集控中 心工作量，较好满足变电站日常运行管理要求。 8 山东大学硕士学位论文 图l 滨海电网集控中心分布图 9 山东大学硕士学位论文 第三章集控中心的具体要求及规划 集控中心是整个无人值守变电站的中枢和核心，该中心实现的功能就是接 收所有无人值守变电站的各类实时信号，包括各类运行参数，如电压、电流、有 功、无功、功率因数、温度、主变档位及开关位置接点等，还包括各类告警信息， 如遥测越限、开关变位、保护事件等，并能下达各类控制和修改命令，如控制开 关跳合、调整主变档位、解除保护软压板、修改保护定值等，在远方实现原先在 现场完成的各类监控工作。 实现这些功能的形式就是通过集控中心和无人值守变电站两侧的测控装 置、站内网络通道和通讯管理机，并通过两侧间通讯实现两侧的联接。具体过程 是无人值守变电站内的测控装置将实时采集到的模拟量和数字量通过站内通讯 送入本站通讯管理单元，本信息通过无人值守变电站与集控中心通讯通道送入集 控中心的通讯管理单元，通讯管理单元的信息再送入前置机进行汇合，并分别进 行处理，提供给集控中心的后台监控机，实现无人值守变电站的实时信息在集控 中心的实时显示功能。同样，集控中心下达的各类控制命令也是以类似的方式通 过集控中心处理，通讯下发，无人值守变电站接收并校验，最后由无人值守变电 站的测控装置具体执行，并将执行情况反馈到集控中心，实现闭环控制的过程。 与通过各类通讯传输到集控中心，在集控中心前置机上进行分析处理，提供给后 台监控机上显视和监控，实现集控中心对无人值守变电站的运行管理。从硬件设 备上主要由光通讯机、通讯前置机、前置处理机、后台显示报警、指令下发等， 包括运行参数、图像监控和消防报警等组成。 l o 山东大学硕士学位论文 藿 蕃 子站，分站l于站，分站2集控中心智能设备接入 图2集控中心的设备配置图 3 1 通讯系统 通讯前置机是系统的核心，担负着数据的处理、存储，以及与监控机进行 实时通讯，提供实时数据，转载遥控命令；同时，在操作员工作站故障的情况下， 可以承担起监控机的任务。 3 1 1 通讯协议 通讯系统是无人值守的重要环节，包括两个方面，一方面是站与站之间的 通讯，即集控中心与无人值守站之间的通讯。集控中心与无人值守站之间采用一 主一备或光纤环网的通讯方式，保证通讯的可靠，通讯协议采用i e c 6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 1 ，满足站之间的电力信息传输。另一方面是站内的通讯，即站内讯 管理单元与间隔层之间的通讯，目前基本采用c a n 网或以太网，载体一般为屏蔽 双绞线，重要变电站也可以采取主备双网的型式，增强通信的运行可靠性，通讯 1 l 山东大学硕士学位论文 协议采用i e c6 0 8 7 0 - 5 - 1 0 3 。这样，既能满足数据流结构的要求，还应具有以下 特性，通信可靠，价格不高，并满足当前和今后数据率的要求，具有双向通信能 力。 3 1 2 通讯网络 构建一个快速、稳定、可靠和富有弹性的站内通信网络是变电站自动化系 统的基本要求，也是整个电力系统运行管理自动化的根本前提。在早期的变电站 自动化系统中，由于当时技术条件的限制，广泛采用简单串行通信技术来实现通 信网络。简单串行通信技术具有以下不足：通信速率低、一般不超过9 6 k b p s 。 在采用星型拓扑结构时，系统站点的功能的扩展困难。若使用总线式拓扑结 构，由于不能实现平衡传输，只能运行p o l i n g 规约，传输速率和效率均不能令 人满意，在大规模的变电站中情况更为严重。不能在通信网中设置一个以上的 主机，因而不能享有多主机技术带来的各种优越性能由于性能低下，要实现完 整的功能，通信网的规模和复杂性令人生畏。 由于基于网络技术的现场总线无论在通信速率和实时性上，还是在可靠性和 组网的灵活性上均远高于简单的串行通信技术，在很短时间内便成为变电站自动 化系统的主流通信技术，同时也使变电站自动化系统的整体结构发生了本质的变 化。现场总线是专为小数据量工业控制领域的通信设计的廉价网络，当作为变电 站自动化的主干网时，总体性能随节点数的增长迅速下降。由于强调专用性而牺 牲了通用性，长期缺乏统一的国际标准。在通信节点多，通信数据量大的变电站 中，现场总线存在以下局限性：当变电站通信节点超过一定数量后，响应速率 迅速降低，不能适应大型变电站对通信的要求；有限的带宽使录波等大量数据 的传输延迟；网络的任一点故障时均可能导致整个系统崩溃。可见，变电站自 动化通信，更需要带宽、通用性和符合国际标准的网络技术。在带宽、可扩展性、 可靠性、经济性、通用性等方面的综合评估中，计算机网络技术必将成为变电站 自动化系统中通信技术发展的趋势。局域网的典型特征是：高数据传输速率， 0 1 l o o m b p s ；短距离，o t - - 一2 5 k m ；非常低的误码率，达千万分之一以下。 常用的几种局域网络：t o k e n r i n g 令牌环；r c n e t 网络；e t h e r n e t ( 以太网) 。 后者采用总线型拓扑结构，同轴电缆为传输媒介，媒体访问方式为载波监听多路 访问冲突检测方式，不支持带优先级的实时访问。这种网络有很多商业化的网络 产品，具有以下优点：可靠性高。由于采用总线型的网络拓扑结构，不象环形 1 2 山东大学硕士学位论文 网那样中间任一节点失效便对全网造成危害，因而可靠性较高。灵活性好。网 上增减节点非常方便，任一节点的退出不会影响其他节点的正常通信。传输速 率高，可达1 0 1 0 0 m b p s 。软硬件支持性好。硬件如n o v e l l 、3 t o m 公司的n e 2 0 0 0 ， 3 c 5 0 3 等。软件如n e t w a r e 、w i n d o w s n t 、w i n d o w s 9 5 以上版本等均支持e t h e r n e t 。 因此，变电站综合自动化系统中的局域网宜采用e t h e r n e t 网络。 3 1 3 通信管理单元 通信管理单元为适应变电站综合自动化的需要而产生的，运用成熟的计算 机技术和网络通讯技术推出的基于以太网的通讯管理单元。作为集控中心和无人 值守变电站的枢纽装置，连接着各种不同的智能采集控制设备和监控端，协调各 设备与监控端的数据和命令交互。具体来说，它连接间隔层的保护测控装置和各 种智能采集设备，收集系统模拟量、开关量和电度表等信息，经规约转换后向变 电站层的后台监控传送，并通过模拟或数字通道远传调度或集控中心；同时，它 接收后台监控或调度或集控中心的控制命令，转发给相应的智能设备，完成控制 端和间隔层设备的信息交互。 3 2 监控系统 为了保证系统的可靠新和稳定性，可采用双机、双硬盘冗余备份。监控机 的主要任务是提供直观的人机界面，其中包括，主画面显示、分站画面显示、曲 线显示、历史报表、打印管理、操作、查询等一系列与操作人员浏览、查询、操 作有关的工作。由于负责多个无人站的监控工作，负荷高，要求高性能商用计算 机，显示配备专用图形显示卡，保证了画面显示的实时性和连续性。 3 2 1 系统硬件结构 局域网设计采用以太网，星型拓扑结构，双网配置，双网即可热备用，又 可分流。 1 3 山东大学硕士学位论文 - - 次r g 图3 通讯单元的拓扑图 ( 1 ) 服务器及工作站 前置机：将终端或其它电力自动化设备送来的实时数据进行处理系统送到 主站系统网络上，或将主站的命令通过规约转换发送到终端或其它电力自动化设 备；双机冗余热备份配置。 s c a d a 服务器：存贮、管理各种历史数据、登录信息、用户信息、设备信息、 电网管理信息等；双机冗余热备份配置。 工作站：用于值班员对电网调度，双机主备配置。 ( 2 ) 数据采集节点 数据采集前置设备包括可编程采集节点设备和智能通道监视切换设备。它 与变电站自动化系统之间建立数据链接，采集、传输、收发数据。通过它可下发 厂站端设备参数的设置和控制命令等。此部分设备将可采用终端服务器构成。采 用多级冗余技术以满足数据采集节点的高可靠性要求。采用冗余热互备，故障时 能自动切换。同时可手动切换，故障切换过程中不得丢失任何实时数据。主备 通道可自动切换( 允许主备通道传输速率、传输方式不同) 。且实现网络、数 字、模拟通道的自动切换，提供稳定可靠的m