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浅谈常规变电站无人值班改造的实现 摘要：目前变电站实行无人化改造的基本模式主要有2种:常规远动方式和综合自动化。随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展。我国在电网调度自动化及远动技术的研究及产品开发方而取得了比较大的发展。特别是基于微机及工作站的SCADA/ FM S系统、分布式微机远动装置和交流采样远动装置的开发成功奠定了变电站实现无人值班的基础。关键词：变电站，无人值班，计算机技术，通信技术，控制技术。1 引言 在西欧、北美的发达国家及东亚的日木，不仅中低压的变电站，而且有些高电压等级的变电站( 380 kV和500 kV等级的变电站)也都采用了无人值班的运行方式，有的电力公司己实现100%变电站无人值班。据介绍，这些国家在20世纪60年代就己开始了无人值班变电站建设，到20世纪70年代己完成了变电站无人值班的改造。我国的无人值班变电站起步也比较早，早在20世纪50年代开展有接点遥信和频率式遥测远动技术的研究时，就以郑州和沈阳等供电局作为试点，并于1958年在全国掀起了变电站无人值班的高潮，许多供电局的35-110 kV变电站都撤了人。后来，由于技术、经济及管理体制上的原因，除郑州电业局等少数供电部门还在部分变电站坚持无人值班外大都停止了这一尝试。2 无人值班变电站发展概况从目前国内制造运行情况来看，变电站实现无人值班主要有以下两种配置方式：一是采用微机保护综合监控系统组成，可实现变电站综合自动化；二是常规的电磁型或晶体管保护，采用RTU实现传输，可实现变电站的“四摇”功能。第一种方式，对新建变电站比较适用，可取消中央信号系统和控制屏。后一种方式对老变电站改造比较适用，对原有的保护、信号、控制、部分基本不动，通过RTU传输，可大大减少改造的工作量，同时也可节省投资，减少因改造停电而造成的损失。一些常规变电站在实现了四遥(即遥信、遥测、遥控、遥调)以后，不设专门的值班运行人员，变电站实现无人值班，变电站的运行与调度完全山调度中心站控制，只有当检修或事故处理时才派运行人员到变电站进行相应工作(当然变电站的防火和保卫工作需专职人员担任)。可见，变电站实现综合自动化为无人值班提供了可靠的技术支持，无人值班变电站为综合自动化的发展开辟了广阔的应用场所。注：“四摇”：1 遥测：10kv线路及旁路的有功功率，有功电度量，无功电度量、电流；变压器两侧的有功功率，无功功率，有功电能量，无功电能量、电流；110kv、10kv母联电流；110kv母线线电压，10kv母线相电压、开口电压、线电压；站用变三相相电压、电流；直流母线电压。 2 摇信：所以断路器位置信号；主变中性点刀闸位置信号；保护动作信号；保护异常信号；小电流接地及选线信号；火灾报警信号；主变分接头位置。 3 遥控：所有断路器及主变中性点刀闸；10kv出线保护信号复归；110kv出线微机保护告警信号复归。 4 摇调：主变有载调压。随着电力系统的不断发展，越来越多地区的供电部门正积极开展变电站无人值班的实践，无人值班变电站的实施，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，对提高电网的安全稳定经济运行也起了积极作用。南京供电公司新建各220 k变电站的二次系统普遍采取了“综合自动化”的设计，从几个新建成变电站的实际情况来看，其各项技术指标和功能均达到了设计的要求，确保了电站系统操作、监视的需要。但在实际验收及运行上作中也发现一此问题值得探讨，某此功能也可进一步优化，以充分发挥“综合”的优势。 变电站微机保护管理机的重要性尚未引起充分重视注：微机保护是综合自动化系统的关键环节，现代的微机保护装置除了满足从本的保护功能外，同时具备着很强的信息储存处理能力，并具备强大的通信功能，同变电站的微机保护管理机进行通信。保护管理机作为个站微机保护装置的接口，在综合自动化变电站中可连接个站保护装置，在变电站信息系统中占有重要的地位。2000年6月投运的广州电力工业局500 kV北郊变电站将变电站测量系统、信号系统、控制系统和继电保护系统综合一体化，通过人机接口实现运行监视、数据采集、事件记录、故障记录与测距、控制与操作闭锁、同期检测与同期合闸、保护装置远方诊断与远方整定、电压和无功潮流的就地控制等众多功能，变电站自动化达到较先进的水平。 随着创一流、减人增效等工作的开展，供电系统变电站实现无人值班势在必行。当前变电站无人值班有远动RTU模式和综合自动化模式两种，前者保护和远动相互独立，结构简单、易于运行维护;老变电站改造为无人值班变电所时，二次和远动部分均不需全部更换，只需部分改进。后者以微机保护和计算机监控系统为主体，加上变电站其他智能设备构成的系统，既可提供更多、更精确的电网运行信息，又能可靠地进行监控，是今后无人值勤班变电站的发展方向。3 常规变电站无人值班改造的技术要求1对变电站基础设施的要求A变电站实施无人值班后，通常的开关操作山调度(控制)中心通过远方遥控，因此变电站的控制对象需具备遥控条件且可靠性要高。B因变电站无运行人员监视抄表和进行每日数次的定期巡视，为监视设备运行情况，变电站的运行工况、继电保护和中央信号等应能实现遥测和遥信。C变电站实施无人值班后，站内一、一次设备及建筑物等均应满足安全方而的要求。 2对调度自动化系统的要求 变电站实施无人值班后，开关的停、送电等操作将通过遥控执行，设备的运行监视、负荷大小的监测、潮流分布均山调度自动化系统来实现，因此对调度自动化的可靠性和稳定性要求更高，并且要有友好的人机界而。3对信息量采集的要求变电站采集的数据应符合供电可靠性、设备可用率、电压合格率以及监视、监控、监测等安全生产管理标准的要求。具体为:A测量量。除测量有功功率、无功功率、电压和电流外，还需测量主变压器温度、室温、操作电源电压等。B状态量。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。C电能量。既要满足脉冲量输入的要求，又应满足智能电表接入的要求。D控制输出。在控制开关的同时，还需控淑继电保护中央信号的远方复归和机械闭锁的解除信号闭锁。 4对通信的要求变电站实施无人值班后，变电站所有信息以通信方式传输至调度自动化系统，这就对通信提出了更高的要求，所以通信介质应尽量采用光纤、微波或电缆，原则上应具备两路不同路山的信道，实现信道主备冗余。 5对电源的要求随着远动装置在无人值班变电站的地位越来越重要，其供电可靠性的问题更加突出.所以在考虑交流供电的同时也应考虑直流供电。根据近几年的运行经验，最好采用站内直流系统供电，配有不间断电源(UPS) , 并且装置电源也应做到主备冗余，保证万无一失。 对于不同的变电站技术要求不尽相同的，一定要具体问题具体分析。4 常规变电站无人值班改造技术方案常规变电站改造成无人值班变电站，有多种实现方式。从实现的技术手段的角度来看可概括为两种，即基于远动技术的无人值班改造方案和基于变电站自动化技术的改造方案。1 基于远动技术的改造A主要一次设备为了达到无人值班的要求，不论是采用综合自动化方式还是常规远动方式，都必须对变电站一次设备进行必要的改造，主要包括以下3个方而的内容。 a)对原来不能电动操作的设备进行改造，使其能够遥控。如将主变中性点接地刀闸改为电动操作等。 b)对老式变压器进行改造，使其能够有载调压，并可以遥调。 c)对原来没有信号指示而现在需要监视的设备，加装辅助装置，使其提供信号来反映设备的状态。如一些电动刀闸或反映运行方式的隔离刀闸加装辅助接点，引出遥信信号。B主要二次设备 采用常规远动方式时需对变电站原有的一次设备进行改造，主要包括以下7个方而的内容。 a)原中央信号装置的各种预告、事故等信号，以遥信方式接入RTU，加装切换开关来投、切闪光母线及事故音响回路。 b)继电保护装置需要加装信号继电器来反映保护动作信号，以遥信方式接入RTU，微机保护装置的动作信号可直接以遥信方式接入RTU。 c)将遥控接点接入控制回路，并加装“当地”和“远方”切换开关，设置手动和遥控跳闸后闭锁重合闸的回路。d)保护动作信号和预告、事故等异常告警信号的复归应改造为电动复归形式.并且可以当地手动和远方遥控复归。 e)设置遥控跳闸操作时，闭锁事故总信号回路。 f)对不能有载调压的变压器进行改造，使其能够当地手动调压和远方遥调，将档位信号以遥信方式接入RTU。 g)主变油温、站用变交流电压、直流系统及其它需要监视其运行状态的信号，以遥信、遥测方式接入RTU。基于运动技术的无人值班改造是指以常规的三遥分布式远动装置( RTU)来实现无人值班。保护、远动(控制、信号和测量)相互独立，结构简单，易维护。根据具体的实现方式及RTU设备的不同，又有不同的改造方案。C 传统RTU实现方案它是一种立足现有设备实现变电站无人值班改造的典型方案。对于原来没有RTU的变电站，根据前面的技术要求，加装RTU装置；对于原己有二遥的变电站，只须对其进行扩容，增加遥测数量，扩展遥控功能。设备改造时，对于一次设备中的开关，木体不作任何改动，只须将远动的遥控接点接入其控制回路；对于二次设备，保留继电保护屏、中央信号屏和控制屏，只是将反映变电站运行工况的参数、信号接入RTU。如果信号触点不够，就要增加信号继电器，并且保护动作信号要增加信号复归功能对于遥控的处理，控制屏上要加装远方一就地控制开关，如果RTU只提供合-跳控制回路和放电回路，则开关控制回路要作相应的改造。 注：广东省广电集团公司广州增城供电分公司(原增城市电力局)8个110 kV变电站的无人值班改造就选用了这种方式。这种方式的投资较少。D RTU加微机保护实现方案 这种方式对变电站二次设备的改动很大，传统的电磁式保护屏、仪表屏、操作屏和中央信号系统等全部拆除，微机保护的操作插件直接控制断路器，变电站的数据采集及控制山RTU来实现。这种方式投资相对比较大，改造时施工比较困难，但是改造得比较彻底。注：广东省广电集团公司广州增城供电分公司110kV东方变电站和派潭变电站无人值班改造就选用了这种方式。常规远动方式具有投资少，改造简单，事故处理及时的特点；而综合自动化方式变电站占地面积少，土建投资省，系统维护工作量少，是新建无人值班变电站的发展方向。在确定无人值班变电站的改造模式时，应根据实际情况作出决定。实现无人值班后需设立巡检班，负责巡检、维护及协助处理故障等工作。对于山区变电站还应根据其气候特点，加强巡视和室内除湿。2 基于变电站自动化的改造变电站自动化技术近几年得到了飞速的发展，对新建变电站的设计基木采用这种模式。广东省广电集团公司广州增城供电分公司220 kV新塘变电站采用了这种自动化系统改造方式。这种方案对变电站的二次设备进行了全而的改造，山微机保护屏和监控屏代替常规保护屏、控制屏，并可根据实际需要，增加实现站内无功优化控制、微机五防闭锁等功能。注：新建的无人值班变电站，应采用综合自动化模式，这因为它具有起点高、投资省等特点，代表无人值班变电站发展的方向，况且其可靠性、性能价格比等方面近年来又有较大的提高。 3在建设中的几点具体建议 (1)在保证安全和维护方便的前提下，建筑物和设备布置要尽量紧凑，以降低占地面积和工程造价。 (2)二次设备要进行优化设计，尽量避免设备的重复配置。 (3)简化二次设备之间的连接线，以减少PT、CT的负荷，节省控制电缆。 (4)无论是一次、二次设备的配置，还是结线、原理的设计，都要着眼于运行的可靠性和经济性。 (5)系统的网络接口应符合国际标准或工业标准，以便于其他自动化系统的接人。 (6)继电保护应保持其相对的独立性，如保护装置的PT和CT是独立的；装置的逻辑判断回路所需的输人开关量不是合用的；装置的工作电源是独立的；在其他设备故障时，保护装置能独立运行；主变重要设备的保护如主变等采用N+1方式，以提高可靠性，保护压板和预告信号应能够远方复归。5 自动化系统的运行分析及存在的问题 1自动化系统的运行分析A监控方式无人值班变电站监控方式通常有集中与分级两种，各有利弊。集中监控方式。调度人员监测遥信、遥测信号，并判断变电站运行状况；根据需要(工作、检修、事故处理)遥控断路器:指挥巡检班进行倒闸操作、事故处理并及时进行远方调压操作。这种控制方式的优点是事故处理及时；缺点是过分依赖调度员。随着地区电网的扩大，这种弊端越发明显。分级监控方式。遥控、遥调由集控站完成，遥钡1、遥信信号同时发送到调度端和集控站。其优点是集控站的监控人员可由原撤变电站中业务技术水平较高的运行人员担任，他们对设备异常运行和各类信号较熟悉。缺点是监控设备投资大，事故处理还得与地调密切联系，时间长。B设备巡检无论采用何种方式都要设立巡检班，负责变电站的定期巡检和日常工作，办理检修作业工作票，进行倒闸操作以及协助处理故障。对于山区变电站，应增加室内一次设备的巡视次数和风机抽风时间，在10 kV开关室内加装除湿机，防止夜间湿度增大后，因变电站母线电压略偏高而出现设备放电过电压烧毁开关柜的事故。 2自动化系统所存在的问题 A监控系统和RTU的可靠性问题 变电站实行无人值班后，调度、监控值班人员对远动系统的依赖性越来越大，远动系统的运行可靠性成为较突出的问题。监控系统和RTU死机导致全站远动数据丢失是安全运行的严重隐患。 特别是基于RTU为核心进行数据采集与传递的方式，其CPU负担很重，即使设计时考虑了这个问题，由于与接入的9941B和UT2000装置进行规约转换时信急流量大，在某些不明因素扰动发生时，可导致RTU主控模块负荷过重出线死机。 由此认为，提高监控系统、RTU和远动工作站的可靠性是无人值班的必要条件。在具体实施时，应采取冗余配置方式。双机配置，远动通道双重化，2套设备应能自动切换；远动设备要有自诊断功能，出现异常时能发告警信以对远动系统要进行监视。此外，RTU负载的问题需在设计时重l从关注，必要时应设置专门的规约转换装置，山其向调度发送远动信急二应尽量避免采用RTU+保护、测控的方式。 B摇信误发问题 电网事故过程中遥信正确动作率不高、正确信息被遥信“抖动”造成的大量信急淹没的问题较严重说明远动系统的抗干扰性能须加强。 C保护信息的采集问题 采用RTU模式实现无人值班时保护动作信急量不足。原因为微机型继电保护装置只能提供保护动作总信号接点，没有保护动作性质分类，如距离保护/段、零序保护/段等具体信息，不利于判断事故类型、处理事故和及时恢复线路供电。 D远动信息的分类和分流问题 运行中大量的信急涌现，都挤在远动通道上，加重了调度和监控人员的负担，也不利于事故状态下的信息处理；事故时容易造成通道拥挤，重要遥信信急被延时甚至淹没，影响了远动数据的实时性和准确度，因此，迫切需要对信息进行分流。 E站内IED与监控系统接口及规约转换问题 监控系统目前正处于不断完善阶段，在二次接口及设计方而还没有形成统一的标准。一个站内配置有多种不同保护厂家、不同保护类型的设备，规约转换困难。每次变电所扩建时，二次监控系统最大的难点就在于通信接口的规约转换。 F提出技术要求时应该注意的几个问题 在实践中由于各变电站设备情况和运行管理方式的确不同，对远动装置的具体要求也不同，应针对实际提出具体的技术要求，通过工作实践，笔者认为对变电站远动装置提出技术要求时应注意以下几个问题。 a)应明确系统结构及网络要求，在实践中采用了分层分布式结构，每个插件都有自己的CPU，采用一个实时高速的局域网来完成CPU和各从CPU之间的高速通信。这种结构同集中式的系统相比，系统的可靠性、可扩展性和灵活性较高，任一部分设备有故障时只影响局部，系统扩屏较简便易行。 b)应考虑留有必要的与其它智能设备的接口，远动装置除具有就地和远程维护口，还需至少考虑具有8个RS232/485智能串行口，用J几同各种智能设备，如当地监控、微机保护、CPS卫星钟、智能电度、防误闭锁装置、直流装置、消谐自动跟踪装置等设备的通讯。应具有丰富的通信规约库，适应调度端对通信规约的需求，可根据需求对规约随时进行扩充和修改，还应包括一些与以上智能设备的通信规约。 c)遥信输入要求具备无源接点与有源接点输入方式，输入电压应根据具体情况选择，一般情况下为了减少传输损耗，增强抗干扰能力，选择直流220 V，要求装置具有两级光隔离功能。 d)选择的远动装置应能够提供不同的遥测采样模式，应具备直流采样、交流采样以及直流混合采样的功能，以满足变电站交直流、汕温等不同遥测量的采样要求。 e)不同变电站的一次回路设计不同，遥控装置应提供多对输出接l从.以适应不同的一次回路，一般应提供:合、分扫点，重合闸放电接点，事故总信号自动投、切接点，重合闸闭锁接点。另外由于遥控输出接点一般直接接入一次回路，因此接点容量应能满足一次回路的要求，合、分执行继电器的触点容量一般要求为DC220V, 5A，以确保工作的灭弧能力。6 解决问题的措施和对策A 把好自动化是被的选型和验收关选型选厂、招标评标时应充分听取自动化专业人员、特别是地区自动化专业人员的意见。一个地区的自动化设备型号厂家不要太杂、太多。应认真组织进行变电站自动化设备的验收，应当按照技术协议书的要求编写验收大纲，验收时应认真核对自动化设备的功能要求、性能指标和设备配置是否与技术协议书相符。B 远动信息必须进行分类设计和运行时，可以根据不同的性质和不同的使用对象加以重新挑选、组合和分流，使调度和监控人员分别得到需要的信急。同时，还要注意信息采集不要过滥，无人值班变电站中当地接入的信息是在可能的基础上多采，但远传的信息选择要适当，在站内数据库可以根据运行的需要筛选、合并后上传。由于220 kV无人值班站对远动信急可靠性要求高，应尽量采用光纤或微波作为通信通道。在此前提下，如果条件允许，还可以采用多通道对信号分流，利用2路远动专用通道传送实时信息，利用2路二线通道传送非实时信急，并且在监控中心也将信急分类、分层。避免由于报警信息过多致使监控主站值班人员无法有效识别和处理信急，以致真正的故障出现时被漏掉。 220kV变电站的无人值班改造必须从各地区的具体情况出发，首先制定所在区域变电站无人值班集中监控的总体规划，同时对一次设备改造、无人值班监控信息内容、变电站自动化系统的选择、通道配置、远程图像监控等改造方案进行全而论证。C 解决遥信误发的问题自动化设备厂家应对实时采集的开关量进行消除接点抖动的滤波处理，在工程建设中应注意远动设备的接地、远动系统与一次设备连接的电缆采用屏蔽电缆等提高可靠性的措施。调度和监控人员在运行中应积累对遥信误发的经验，如可以结合负荷、潮流的变化、相应的开关变位和事故总信号判断是否误发信号或事故信号等。7 浅谈常