浅谈综合自动化在变电站的应用.doc

浅谈综合自动化在变电站的应用 ）摘 要：本文简要介绍了变电站综合自动化系统的重要性和发展趋势，提出了变电站综合自动化基本概念，并对系统结构、通讯方式和能实现的基本功能及变电站自动化的发展前景进行分析，笔者结合工作实际，阐述了综合自动化系统在110kV陈集变的实际应用。关键词：变电站综合 自动化系统 结构 功能一、前言电网是一个不可分割的整体，对整个电网的一、二次设备信息进行综合利用，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。变电站综合自动化是一项提高变电站安全、可靠稳定运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益，向用户提供高质量电能服务的一项措施。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展，一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统，已经成为必然趋势。另一方面，保护本身也需要自检查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。发展和完善变电站综合自动化系统，是电力系统发展的新的趋势。二、系统结构目前从国内、外变电站综合自动化的开展情况而言，大致存在以下几种结构：分布式系统结构按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备，将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力，解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信，选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题，提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护，局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构，较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来，显示出强大的生命力。目前，还存在在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题等。集中式系统结构集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其IO接口，集中采集变电站的模拟量和数量等信息，集中进行计算和处理，分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能，后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式，这种结构有以下不足：（1） 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。（2） 软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。（3） 组态不灵活，对不同主接线或规模不同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。分层分布式结构按变电站的控制层次和对象设置全站控制级变电站层(站级测控单元)和就地单元控制级间隔层(间隔单元）的二层式分布控制系统结构。也可分为三层，即变电站层、通信层和间隔层。这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点：（1）可靠性提高，任一部分设备故障只影响局部，即将“危险”分散，当站级系统或网络故障，只影响到监控部分，而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行；段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断，比如长期霸占全站的通信网络。（2） 可扩展性和开放性较高，利于工程的设计及应用。（3） 站内二次设备所需的电缆大大减少，节约投资也简化了调试维护。三、常见通讯方式 目前国内常采用以太网通讯方式，在以太网出现之前，无论RS-232C、EIA-422/485都无法避免通信系统繁琐、通讯速度缓慢的缺陷。现场总线的应用部分地缓解了变电站自动化系统对通信的需求，但在系统容量较大时依然显得捉襟见肘，以太网的应用，使通讯问题迎刃而解。常见的通讯方式有：1） 双以太网、双监控机模式，主要是用于220-500kV变，在实现上可以是双控机+双服务器方式，支撑光/电以太网。2） 单以太网，双/单监控机模式。3） 双LON网，双监控机模式。4） 单LON网，双/单监控机模式。四、变电站自动化系统应能实现的功能. 微机保护：是对站内所有的电气设备进行保护，包括线路保护，变压器保护，母线保护，电容器保护及备自投，低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能： ）故障记录）存储多套定值）显示和当地修改定值）与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息，动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值，校对时钟等命令。通信应采用标准规约。.数据采集及处理功能包括状态数据，模拟数据和脉冲数据）状态量采集状态量包括：断路器状态，隔离开关状态，变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统，也可通过通信方式获得。）模拟量采集常规变电站采集的典型模拟量包括：各段母线电压、线路电压，电流和有功、无功功率值。馈线电流，电压和有功、无功功率值。.事件记录和故障录波测距事件记录应包含保护动作序列记录，开关跳合记录。 变电站故障录波可根据需要采用两种方式实现，一是集中式配置专用故障录波器，并能与监控系统通信。另一种是分散型，即由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。.控制和操作功能操作人员可通过后台机屏幕对断路器，隔离开关，变压器分接头，电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备，在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。.防误闭锁功能.系统的自诊断功能系统内各插件应具有自诊断功能，并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能，方便维护与维修，可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查，能快速发现装置内部的故障及缺陷，并给出提示，指出故障位置。7.数据处理和记录历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容，它包括上一级调度中心，变电管理和保护专业要求的数据，主要有：）断路器动作次数；）断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数；）输电线路的有功、无功，变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大，最小值及其时间；）独立负荷有功、无功，每天的峰谷值及其时间；）控制操作及修改整定值的记录。根据需要，该功能可在变电站当地全部实现，也可在远动操作中心或调度中心实现。. 人机联系系统的自诊断功能系统内各插件应具有自诊断功能，自诊、断信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心与远方控制中心的通信。9. 本功能在常规远动“四遥”的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等，其信息量远大于传统的远动系统。还应具有同调度中心对时，统一时钟的功能和当地运行维护功能。三、实际应用灌南供电公司110kV陈集变为2010年基建项目，变电站最终设计规模为3台80MVA主变压器。本期建设1台80MVA变压器，电压等级为110/10kV。110kV部分本期采用内桥接线，远景采取扩大内桥接线，为保障供电可靠性，及运行方式的最大灵活性，远景采用单母线六分段环型接线。本期采用单母线分段接线。考虑以后扩建减少停电，本期建设分段断路器、隔离柜。（1）本工程直流系统、直流逆变电源、图像监视及安全警卫系统、火灾探测报警系统、元件保护及自动装置配置原则均同标准化设计A-2方案，计算机监控系统、二次设备布置以及防误操作闭锁方式以标准化设计A-2方案为依据，根据本工程实际情况进行优化，具体优化方案如下：a、计算机监控系统本站计算机监控系统在设计原则、监控范围、操作控制方式、系统配置、系统网络结构、系统软件工作平台、系统功能等方面均同标准化设计A-2A方案。b、二次设备布置本站二次设备布置采用分散式布置，10kV保护测控装置就地布置在开关柜上。c、防误操作闭锁方式本工程在防误操作闭锁方式上遵照省公司颁发的变电站防误操作技术规定（试行）采用“计算机监控逻辑闭锁本设备间隔电气闭锁”实现防误操作，不设独立的微机防误操作系统。110kV陈集变综合自动化采用了国电南瑞科技有限公司生产的综合自动化系统NS2000。其特点是安装简单，网络简单，安全可靠，功能强大，扩展功能丰富。采集全站的遥测、遥信、遥脉数据，管理站内各种智能设备，并将不同规范的数据统一整合，转发到当地和远方SCADA系统。通过后台计算机记录显示。接受SCADA发出的遥控命令，实现远方控制功能。NS2000计算机监控系统采用了当今计算机领域最新的技术，在系统的开放性、标准化、面向对象和数据共享方面做了大量的工作，易于扩充、维护，并易于与其它系统互连以及其它商用软件的使用。1 NS2000系统的主要组成部分：2 后台lSCADA服务器l工作站3 通讯控制器4 测控单元 5 保护装置l保护装置l保护测控一体装置(四合一)l保护管理机5 智能设备6 网络及设备NSC202双机通信控制器主单元由2块PWR44A电源模件、2块CPU104A模件、8块SIO4A模件构成。实际上是将两个单机装在一个机箱中，且将它们的16个RS422/RS485接口的输出线并接在一起。2个RS232接口，2个CAN网口和2个以太网接口。CAN网口用于与NS2000系统的各种保护装置、保护测控一体化装置、测控装置通信；以太网络接口用于与NS2000计算机监控系统、远方调度中心等上位机的高速数据通信；2个RS232接口，一个用于和NSC221或者NSC222智能人机接口单元通信，另一个用于和邮电MODEM连结，实现电话拨号的远程维护功能；16个RS422/RS485接口可灵活配置，用于与远方调度中心、变电站内的其它智能装置通信。当需要使用GPS同步系统时间，或者需要采用RS232与外部接口，或者是需要采用载波通信接口时，NSC201必须与NSC211配合使用。NSC211通信控制器扩展单元由MDM2A模件、RS232A 、GPS1A模件、TPD8A模件和GW2A模件构成，该单元产生GPS对时信号、实现RS422与RS232之间的转换、数字量传输到模拟量传输的转换以及采用规约转化器实现与智能装置通信的规约转化器的安装。配合NSC201、NSC202满足不同用户需求。人机接口单元实现人机交互，它由电源、显示CPU、键盘和LCD显示屏构成，根据LCD尺寸大小不同，分为NSC221（15LCD 1024768）、NSC222（5LCD 640480）。NSC221/NSC222实现的功能有：显示系统运行状态，显示主接线图，显示测量数据、遥信数据，显示串口通讯情况，显示历史数据，显示事件记录，当地做遥控，设置系统参数等。 NSD260系列微机分散式测控装置，作为变电站综合自动化监控系统的I/O测控单元,适用于任意电压等级的变电站，尤其是220kV及以上的超高压变电站。装置采用单元式结构，一条线路或元件的遥信、遥测、遥控等功能均由一个测控单元完成，组屏、调试和维护都很方便。NS2000计算机监控系统的支撑平台系统主要由五个部分组成：数据库管理系统、网络管理系统、图形管理系统、报表系统、系统管理系统。中心站接入的可靠性和灵活性也将进一步提高。系统管理系统主要包括权限管理、分布式网络管理、系统自诊断管理、定时任务管理。权限管理的实现分散在多个有人机界面的任务中，数据库管理系统提供COM接口对权限进行校核。分布式网络管理、系统自诊断及定时任务管理功能分别由不同的任务实现。提供功能丰富、操作方便的图形编辑器。每一画面可根据实际需要分为不同的图层、不同平面。用户可控制各图层、平面的显示。多个窗口之间可互相拷贝画面，方便图形的制作。图形还可放大后制作，加强细节的表现力。工具自带丰富的电力系统图符库，支持Active X控件，可使用丰富的第三方图形元件。支持三维动画显示，形象反映现场设备状态；支持按设备组的前景连接和替接，保证画面前景与I/O测点位置无关。支持3D Max、Autocad、Photoshop等第三方图形格式。直观的保护图形界面，较方便地显示、修改和下装保护定值。能用波形显示和分析按IEEE标准COMTRADE格式存储的故障录波数据。四、结束语综合自动化系统在110kV陈集变的成功应用，对提高变电所安全、稳定、可靠、管理的运行水平，降低运行维护成本，提高经济效益等都具有十分重要的意义，通过110kV陈集变综合自动化系统在实施中所积累的设计、安