论文部分内容阅读
摘 要: 电力行业技术的发展，使变电站是城市网络建设重要技术环节之一。其电气自动化系统的设计方法，成为了城市网络建设和改造中重点研究与解决的课题。本文针对变电站电气自动化系统的系统选型，深入分析了电气设计原则及电气自动化在变电站中的应用等方面，并进行了合理选型、组态与改良，提出分散分布式总线型变电站电气自动化系统，以供大家参考与交流。
关键词:变电站；城市网络建设；系统选型；电气设计原则
中图分类号：TM411+.4文献标识码： A 文章编号
0 引言
变电站自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的，它对电网的安全运行起到重要作用，其应用在我国已经取得了非常显著的效果。数字化变电站的兴起，对提高我国经济水平作用重大。目前，变电站电气自动化系统的具体实施方法有两种。（1）以RTU作为数据采集和控制基础，而相应设备则以自动化的电网调度方法为基础，进行相对独立保护；（2）以微机保护作为数据采集和控制基础，结合控制、保护以及测量三者的优势进行。从这几年的应用上看，从规划、设计、安装、调试、运行、维护等各方面，第一种方法优越性强；从技术发展、设备合理配置、维护简化等方，第二种方法更符合我国当前国情。而，选择一种理想的自动化系统，合理组态是变电站电气自动化系统工程设计和应用的重点。
1 基本概念
1.1变电站自动化
指应用自动控制、信息处理以及传输技术，通过微机代替手工进行作业，从而有效地提高变电站的运行和管理水平。
1.2变电站综合自动化
将控制、保护、远动装置、测量以及信号等，利用计算机技术通过功能重组和设计优化，对變电站进行自动监视、测量和控制并能进行自动协调的一种综合化自动化方法，它是自动化技术与计算机科学、通信技术的综合应用。
1.3站内通信网络
站内通信网应满足组合灵活、可扩展性好、开放性好、调试维修方便等方面的要求，通信网协议符合国际标准的同时，保证通信网的可靠性、不出现‘瓶颈’现象。因此，110KV及以下变电站设计时，负载节点不超过60~100个，通讯距离设计考虑不超过１kM，采采用用总线形网络，并设有隔离变压器。
2 方案设计思想
2.1信息流的自动化处理
保护、控制和测量的信息源来自现场TA/TV二次侧输出。保护需要采集一次设备故障异常信息，要求TA/TV 测量范围较宽(10倍额定值左右)，对测量精度要求低（误差3%以上）。控制和测量要求TA/ TV测量范围较窄(测量额定值上下略微波动)，对测量精度要求较高(误差1% 以内)。总控单元(RCS-9698)自动接收来自上位机或远方控制的命令，经必要的校验审核后直接运作至保护操作回路，从而简化设备，提高系统可靠性。
2.2无人值守,自动化操作
简化一次主接线和主设备的同时,简化变电站各二次的硬件配置及设备之间的互联线，节省控制电缆，减少ＰＴ/ＣＴ的负载；避免重复设计；因此保护、控制和测量的一体化有利于简化设备、减少日常维护，对110kV 及以下配电站，电量计费、功率总加需量测TA/TV，其他量测与保护用TA/TV合用, 不再多加硬件设备。减少安装施工和维护的工作量，提高运行的可靠性和经济性，并且通过局域网实现多种数字信息共享与数据采集，取消普通控制屏,降低支出。把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。取消传统的前置处理机，通过网络与上位机通信,消除通信“瓶颈”。 变电站不需要人值班，人机联系功能在远方的调度中心或操作控制中心的主机或工作站上进行，操作维护人员面对屏幕，用键盘或鼠标操作的同时建立实时数据库。
3变电站自动化功能设计
3.1变电站综合自动化功能设置
（1）继电保护功能——采用微机保护。
（2）信息采集功能——分布式自动化系统的变电站，信息由间隔层I/O单元采集；常规四遥功能的变电站，信息由RTU采集；电能量的采集采用单独装置。
（3）设备控制及闭锁功能——运行人员通过CRT屏幕进行操作。
（4）自动装置功能——无功自动调节控制，也可人工控制(远方控制)，小电流接地选线与通信网独立。
（5）报警功能——越限，开关合、跳闸，保护及装置动作，上、下行通道故障信息，装置主电源停电信号，故障及告警信号
（6）设备监视功能——绝缘、油温、火警、环境温度监测。
（7）数据处理——母线电压、频率、线路、配电线路、变压器数据存储，并能实现站内日报表、月报表的生成和打印。
（8）人机接口功能——运行人员通过屏幕了解各种运行状况，并进行必要的控制操作
（9）远程通信功能——站内运行的有关数据及信息远传至调度中心。
3.2二次设计原则
（1）电器设备控制方式
主变压器、站用变压器各侧断路器等可就地监控或网络远动遥控。主变压器、站用变压器、110kV线路等采用集中保护方式；110kV隔离开关采用就地电动操作方式。远程用键盘、鼠标操作，现场人工操作用另一套微机五防系统闭锁。
（2）测量
通过监控主站及远动主站测量电气量，并保存数据。同时，也能够通过各元件的保护装置CRT读取数据量值。
（3）并列点
检查110kV线路、旁路断路器、母联断路，并设置同期并列点，采用集中式、分布式手动方式，可就地监控或网络监控。
（4）中央监控
设置事故/预告信号，事故跳闸启动事故信号对应的音响，其它故障障启动预告信号对应的音响；信息可就地监控，也可以远动操作，通过信号屏读取信息。
4 现场调试及校验
4.1开关控制回路
加直流储能电源、控制电源、合闸电源，然后检查一次开关侧，保险是否合上，能够防烧合闸线圈。
4.2 主变压器信号检查
主变压器瓦斯、温度、压力、分接头档位和调节分接头过程在后台机显示是否正确。 对二次电流回路进行完整性检查。
4.3遥信量调试
对保护装置做试验，检验装置精度及传动断路器，在后台机上应报保护动作信息、开关变位信息和显示动作时刻数据。对监控部分进行功能调试，对打印功能调试
4.4音响报警及远动调试
对断路器、刀闸等开关量添加特殊声音报警；进行远动功能调试，按CDT规约DL451—91进行调试。在调试过程中，对变电所上行信息和下行信息分别进行调试。并进行防雷抗干扰处理。
4.5差动保护校验
通过监控的后台机，判断主变压器差动极性，调动差动保护装置的当前采样值，能够看到某一时刻主变电流的现场采样数据及差流相数据，还可以分析各相电流波形。
4.6带方向保护的方向校验
给线路一定负荷，在后台机调采样值，观察同一时间相同电压、电流数据进行数据分析，实现方向校验。校验内容包括：后台机显示电压、电流；后台机显示线路、主变各侧功率；后台机显示开关刀闸位置；后台电度数据；调度端显示遥测、遥信、遥脉数据。
5 结束语
综上所述，变电自动化系统的设计其实也是实际工作经验的总结，对于相同的工程，由于设计人员对问题侧重点考虑不同，功能设计方法有所不同，但基本原则相同。具体设计实施效果取决于选型设备的性能，同时还需要更多的现场校验和时间去验证。系统的全自动化面临很多技术问题，它的蓬勃发展依靠更多人去努力。
参考文献
[1] 李紫龙,叶进,吕燕石.制造报文规范在变电站自动化系统中的研究与应用[J].低压电器.2010(12)
[2] 冯宇虹. 数字化变电站自动化系统的网络选型[J].华东电力.2010(10)
[3] 蔡艳.浅谈数字化变电站的自动化系统[J].机电信息.2010(36)
关键词:变电站；城市网络建设；系统选型；电气设计原则
中图分类号：TM411+.4文献标识码： A 文章编号
0 引言
变电站自动化系统是在计算机和网络通信技术基础上发展起来的，它对电网的安全运行起到重要作用，其应用在我国已经取得了非常显著的效果。数字化变电站的兴起，对提高我国经济水平作用重大。目前，变电站电气自动化系统的具体实施方法有两种。（1）以RTU作为数据采集和控制基础，而相应设备则以自动化的电网调度方法为基础，进行相对独立保护；（2）以微机保护作为数据采集和控制基础，结合控制、保护以及测量三者的优势进行。从这几年的应用上看，从规划、设计、安装、调试、运行、维护等各方面，第一种方法优越性强；从技术发展、设备合理配置、维护简化等方，第二种方法更符合我国当前国情。而，选择一种理想的自动化系统，合理组态是变电站电气自动化系统工程设计和应用的重点。
1 基本概念
1.1变电站自动化
指应用自动控制、信息处理以及传输技术，通过微机代替手工进行作业，从而有效地提高变电站的运行和管理水平。
1.2变电站综合自动化
将控制、保护、远动装置、测量以及信号等，利用计算机技术通过功能重组和设计优化，对變电站进行自动监视、测量和控制并能进行自动协调的一种综合化自动化方法，它是自动化技术与计算机科学、通信技术的综合应用。
1.3站内通信网络
站内通信网应满足组合灵活、可扩展性好、开放性好、调试维修方便等方面的要求，通信网协议符合国际标准的同时，保证通信网的可靠性、不出现‘瓶颈’现象。因此，110KV及以下变电站设计时，负载节点不超过60~100个，通讯距离设计考虑不超过１kM，采采用用总线形网络，并设有隔离变压器。
2 方案设计思想
2.1信息流的自动化处理
保护、控制和测量的信息源来自现场TA/TV二次侧输出。保护需要采集一次设备故障异常信息，要求TA/TV 测量范围较宽(10倍额定值左右)，对测量精度要求低（误差3%以上）。控制和测量要求TA/ TV测量范围较窄(测量额定值上下略微波动)，对测量精度要求较高(误差1% 以内)。总控单元(RCS-9698)自动接收来自上位机或远方控制的命令，经必要的校验审核后直接运作至保护操作回路，从而简化设备，提高系统可靠性。
2.2无人值守,自动化操作
简化一次主接线和主设备的同时,简化变电站各二次的硬件配置及设备之间的互联线，节省控制电缆，减少ＰＴ/ＣＴ的负载；避免重复设计；因此保护、控制和测量的一体化有利于简化设备、减少日常维护，对110kV 及以下配电站，电量计费、功率总加需量测TA/TV，其他量测与保护用TA/TV合用, 不再多加硬件设备。减少安装施工和维护的工作量，提高运行的可靠性和经济性，并且通过局域网实现多种数字信息共享与数据采集，取消普通控制屏,降低支出。把各功能模块通过通信网络连接起来，便于接口功能模块的扩充及信息的共享。取消传统的前置处理机，通过网络与上位机通信,消除通信“瓶颈”。 变电站不需要人值班，人机联系功能在远方的调度中心或操作控制中心的主机或工作站上进行，操作维护人员面对屏幕，用键盘或鼠标操作的同时建立实时数据库。
3变电站自动化功能设计
3.1变电站综合自动化功能设置
（1）继电保护功能——采用微机保护。
（2）信息采集功能——分布式自动化系统的变电站，信息由间隔层I/O单元采集；常规四遥功能的变电站，信息由RTU采集；电能量的采集采用单独装置。
（3）设备控制及闭锁功能——运行人员通过CRT屏幕进行操作。
（4）自动装置功能——无功自动调节控制，也可人工控制(远方控制)，小电流接地选线与通信网独立。
（5）报警功能——越限，开关合、跳闸，保护及装置动作，上、下行通道故障信息，装置主电源停电信号，故障及告警信号
（6）设备监视功能——绝缘、油温、火警、环境温度监测。
（7）数据处理——母线电压、频率、线路、配电线路、变压器数据存储，并能实现站内日报表、月报表的生成和打印。
（8）人机接口功能——运行人员通过屏幕了解各种运行状况，并进行必要的控制操作
（9）远程通信功能——站内运行的有关数据及信息远传至调度中心。
3.2二次设计原则
（1）电器设备控制方式
主变压器、站用变压器各侧断路器等可就地监控或网络远动遥控。主变压器、站用变压器、110kV线路等采用集中保护方式；110kV隔离开关采用就地电动操作方式。远程用键盘、鼠标操作，现场人工操作用另一套微机五防系统闭锁。
（2）测量
通过监控主站及远动主站测量电气量，并保存数据。同时，也能够通过各元件的保护装置CRT读取数据量值。
（3）并列点
检查110kV线路、旁路断路器、母联断路，并设置同期并列点，采用集中式、分布式手动方式，可就地监控或网络监控。
（4）中央监控
设置事故/预告信号，事故跳闸启动事故信号对应的音响，其它故障障启动预告信号对应的音响；信息可就地监控，也可以远动操作，通过信号屏读取信息。
4 现场调试及校验
4.1开关控制回路
加直流储能电源、控制电源、合闸电源，然后检查一次开关侧，保险是否合上，能够防烧合闸线圈。
4.2 主变压器信号检查
主变压器瓦斯、温度、压力、分接头档位和调节分接头过程在后台机显示是否正确。 对二次电流回路进行完整性检查。
4.3遥信量调试
对保护装置做试验，检验装置精度及传动断路器，在后台机上应报保护动作信息、开关变位信息和显示动作时刻数据。对监控部分进行功能调试，对打印功能调试
4.4音响报警及远动调试
对断路器、刀闸等开关量添加特殊声音报警；进行远动功能调试，按CDT规约DL451—91进行调试。在调试过程中，对变电所上行信息和下行信息分别进行调试。并进行防雷抗干扰处理。
4.5差动保护校验
通过监控的后台机，判断主变压器差动极性，调动差动保护装置的当前采样值，能够看到某一时刻主变电流的现场采样数据及差流相数据，还可以分析各相电流波形。
4.6带方向保护的方向校验
给线路一定负荷，在后台机调采样值，观察同一时间相同电压、电流数据进行数据分析，实现方向校验。校验内容包括：后台机显示电压、电流；后台机显示线路、主变各侧功率；后台机显示开关刀闸位置；后台电度数据；调度端显示遥测、遥信、遥脉数据。
5 结束语
综上所述，变电自动化系统的设计其实也是实际工作经验的总结，对于相同的工程，由于设计人员对问题侧重点考虑不同，功能设计方法有所不同，但基本原则相同。具体设计实施效果取决于选型设备的性能，同时还需要更多的现场校验和时间去验证。系统的全自动化面临很多技术问题，它的蓬勃发展依靠更多人去努力。
参考文献
[1] 李紫龙,叶进,吕燕石.制造报文规范在变电站自动化系统中的研究与应用[J].低压电器.2010(12)
[2] 冯宇虹. 数字化变电站自动化系统的网络选型[J].华东电力.2010(10)
[3] 蔡艳.浅谈数字化变电站的自动化系统[J].机电信息.2010(36)