付殿祥

（大慶電業(yè)局，黑龍江 大慶 163458）

1 引言

隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的高速發(fā)展，采用計(jì)算機(jī)控制的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用[1]。這種自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站主要設(shè)備、輸電線路的自動(dòng)檢測(cè)、控制、測(cè)量、保護(hù)和各部分綜合通信等功能。變電站綜合自動(dòng)化使變電站實(shí)現(xiàn)了綜合化管理，通過計(jì)算機(jī)對(duì)各種設(shè)備進(jìn)行操作和監(jiān)管，利用通信技術(shù)將變電站系統(tǒng)之間結(jié)構(gòu)分布分層化。真正實(shí)現(xiàn)了變電站的智能化、小型化、安全化和經(jīng)濟(jì)化和無(wú)人值守[2-4]。

新建的變電站可以在建設(shè)過程中直接采用新技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站的綜合自動(dòng)化。而對(duì)于早期建設(shè)的35kV變電站，設(shè)備多采用電磁繼電器，由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，設(shè)備老化嚴(yán)重，這使得控制繼電器和保護(hù)繼電器在可靠性、快速性和靈敏性等方面受到了嚴(yán)重的影響[5]。由于這種原因，時(shí)常出現(xiàn)斷路器拒動(dòng)和誤動(dòng)出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅變電站的安全運(yùn)行。對(duì)于傳統(tǒng)35kV變電站進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造能夠不僅可以減少設(shè)計(jì)和維護(hù)的工作量，而且使變電站的自動(dòng)化程度和安全運(yùn)行的可靠性得到了提高[6]。

2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的工作模式

變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)各控制保護(hù)部分需要保留手動(dòng)開關(guān)操作，其他的控制、檢測(cè)、監(jiān)視和報(bào)警功能都是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)部各部分的遠(yuǎn)距離測(cè)量、控制、調(diào)制和通信，真正取代人工操作，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上主要有集中式、分散式和分層式。下面介紹一下這三種結(jié)構(gòu)的形式和特點(diǎn)。

（1）集中式

這種方式是將變電站中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)設(shè)備集中放置在一起，具有良好的運(yùn)行環(huán)境。但這種形式需要多條控制電纜、連接點(diǎn)較多，故障發(fā)生的幾率大，而且影響范圍廣，可靠性較差。國(guó)內(nèi)早期建設(shè)的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)多采用這種形式。

（2）分散式

這種方式是將變電站中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和保護(hù)設(shè)備分散安裝，按回路設(shè)計(jì)將相應(yīng)回路的控制保護(hù)單元安裝在一次設(shè)備附近，二次設(shè)備通過電纜網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成分散式的控制系統(tǒng)。采用這種方式電纜數(shù)量少、連接點(diǎn)較少，故障發(fā)生的幾率小，可靠性高。但對(duì)于戶外主變壓器、斷路器等在室外安裝的設(shè)備，采用這種方式受外界環(huán)境的影響較大，對(duì)于設(shè)備的壽命有嚴(yán)重影響。

（3）分層式

這種方式是將變電站中的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的信息收集和控制分為站控層、間隔層和設(shè)備層來(lái)分層布置。每一層完成各自不同的功能，采用多CPU體系結(jié)構(gòu)，各個(gè)控制模塊采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。各層CUP以主從關(guān)系協(xié)同工作，這樣可以提高系統(tǒng)處理多個(gè)事件的能力，與獨(dú)立CPU控制系統(tǒng)相比計(jì)算處理上具有明顯優(yōu)勢(shì)。

在分層式結(jié)構(gòu)中，站控層的功能是將各部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，對(duì)各個(gè)計(jì)算機(jī)控制保護(hù)裝置通過控制指令，并將變電站的數(shù)據(jù)信息傳送到更高一級(jí)的管理中。間隔層是由檢測(cè)、控制和保護(hù)部分組成，通過局域網(wǎng)直接接到站控層上。設(shè)備層指的是變電站內(nèi)部的變壓器、開關(guān)設(shè)備等一次設(shè)備。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用哪種結(jié)構(gòu)形式，需要根據(jù)變電站實(shí)際情況決定。

3 傳統(tǒng)35kV變電站綜合自動(dòng)化改造常見問題分析

3.1 同步時(shí)鐘問題

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中繼電器保護(hù)裝置、故障錄波器和其他智能設(shè)備在時(shí)間要要求具有一致性。只有時(shí)間統(tǒng)一，才能夠?qū)崿F(xiàn)各系統(tǒng)在GPS時(shí)間基準(zhǔn)下進(jìn)行監(jiān)控和對(duì)故障的實(shí)時(shí)分析和處理，通過各斷路器工作狀態(tài)的先后關(guān)系來(lái)找到故障出現(xiàn)的原因。只有時(shí)鐘統(tǒng)一才能保證系統(tǒng)安全運(yùn)行，這是提高變電站運(yùn)行水平的重要環(huán)節(jié)。

變電站內(nèi)部的各種裝置接口種類很多，在應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)GPS對(duì)時(shí)接口與各設(shè)備的對(duì)時(shí)接口無(wú)法通信的問題。這種問題主要是由于各種設(shè)備廠家在產(chǎn)品生產(chǎn)上的不一致。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮設(shè)備直接的接口通信問題。目前，變電站自動(dòng)化改造多以以太網(wǎng)方式建網(wǎng)，而變電站原有的一些舊設(shè)備只有串口或者RS485接口，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須實(shí)現(xiàn)設(shè)備通信插件之間接口統(tǒng)一化，或通過規(guī)約轉(zhuǎn)化器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，避免通信接口不匹配問題的發(fā)生。

3.2 電磁兼容問題

電磁干擾對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行影響嚴(yán)重，而在設(shè)計(jì)中又通常被忽視，如果不采取有效的措施，將會(huì)造成嚴(yán)重的后果。電磁干擾無(wú)論是在系統(tǒng)硬件還是軟件方面都是一個(gè)必須要注意的問題，可以通過接地保護(hù)、屏蔽、空間隔離等方法進(jìn)行抑制和消除。例如，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中微機(jī)保護(hù)和自控裝置中使用了大量的互感器，在互感器一次、二次繞組之間加設(shè)屏蔽層可以對(duì)電場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，防止高頻干擾信號(hào)通過分布電容進(jìn)入系統(tǒng)其他相關(guān)部件。進(jìn)行有效的電磁干擾防護(hù)，是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行、提高系統(tǒng)可靠性的基本保障。

3.3 事故信號(hào)問題

在變電站控制系統(tǒng)中，發(fā)生事故時(shí)將產(chǎn)生事故報(bào)警，變電站將這個(gè)報(bào)警信號(hào)通過傳輸設(shè)備發(fā)送到上級(jí)管理中心，自動(dòng)化系統(tǒng)識(shí)別事故信號(hào)，并啟動(dòng)相應(yīng)的處理程序。事故信號(hào)對(duì)于實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守化是非常重要的，控制中心的工作人員需要對(duì)多個(gè)變電站的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某一變電站發(fā)出事故信號(hào)時(shí)，監(jiān)控中心的工作人員會(huì)通過事故信號(hào)類型，做出相應(yīng)的處理。由此可見，事故信號(hào)對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行非常重要。

在某35kV變電站自動(dòng)化改造中，當(dāng)對(duì)10kV線路進(jìn)行操作時(shí)，發(fā)現(xiàn)在后臺(tái)和地調(diào)遠(yuǎn)方控制合開關(guān)時(shí)，會(huì)發(fā)出事故跳閘信號(hào)。變電站采用的是在控制回路中加入記憶繼電器來(lái)產(chǎn)生事故信號(hào)。這種事故信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)是可行的，事故發(fā)生原因是當(dāng)后臺(tái)或地調(diào)對(duì)開關(guān)進(jìn)行遙合時(shí)，雙位置繼電器 KKJ勵(lì)磁,其常開接點(diǎn)變?yōu)楹衔?，但由于開關(guān)位置變位太慢，DL常閉接點(diǎn)仍處于閉合狀態(tài)，回路接通，觸發(fā)事故總信號(hào)。這個(gè)問題的出現(xiàn)主要是由于開關(guān)變位太慢，所以采用測(cè)控裝置中設(shè)置延時(shí)，延時(shí)判斷時(shí)間來(lái)解決的。當(dāng)真正發(fā)生事故時(shí)，由于裝置中的延時(shí)設(shè)置，不能對(duì)事故做出正確判斷。

35kV和10kV都是儲(chǔ)能開關(guān)，斷路器閉合，儲(chǔ)能裝置啟動(dòng)，TWJ失磁，可以將TWJ的常開與KKJ的常開相連接，形成產(chǎn)生事故總回路，上述問題就不會(huì)發(fā)生。圖1所示為事故信號(hào)回路圖。

圖1 事故信號(hào)回路圖

3.4 監(jiān)控程序穩(wěn)定性問題

對(duì)于采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變電站，操作人員主要是在變電站內(nèi)或者主控站內(nèi)通過顯示裝置對(duì)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控、管理，對(duì)故障事件進(jìn)行處理。所以監(jiān)控系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定無(wú)故障運(yùn)行是變電站提高管理水平和安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

一些綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控操作程序出現(xiàn)錯(cuò)誤的問題。系統(tǒng)硬件出現(xiàn)問題往往容易發(fā)現(xiàn)，但監(jiān)控軟件存在的問題卻很難發(fā)現(xiàn)。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮監(jiān)控軟件的實(shí)時(shí)性、可靠性、通用性、并行性、分布性等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一次與二次設(shè)備無(wú)關(guān)、具有客戶/服務(wù)器應(yīng)用模式和開放式數(shù)據(jù)接口功能的監(jiān)控軟件。在必要時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。

4 結(jié)論

對(duì)傳統(tǒng)35kV變電站進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造是實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守基礎(chǔ)，對(duì)提高變電站安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行以及降低維護(hù)成本具有重要的意義。本文對(duì)傳統(tǒng)35kV變電站綜合自動(dòng)化改造中存在的問題和特點(diǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，給出了相關(guān)問題的解決方法。

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[2] 吳玉蘭變電站綜合自動(dòng)化改造問題探討[J].內(nèi)蒙古水利,2009(6).

[3] 劉曉春.淺談變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)[J].中國(guó)電力教育,2010,155(4):254-255.

[4] 張繼雄.變電站自動(dòng)化系統(tǒng)選型中應(yīng)注意的問題[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2005(2).

[5] 楊奇遜.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),1996,16(3):145-146.

[6] 朱大新.數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)[J] .電工技術(shù)雜志,2001,(4):20-22.