朱永海

摘 要:本文首先回顧了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展歷程,然后介紹了一個(gè)220kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)例,并對(duì)其主要功能做了簡(jiǎn)要說(shuō)明,希望本文能對(duì)類(lèi)似工程的設(shè)計(jì)起到一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞:變電站綜合自動(dòng)化IEC61850標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類(lèi)號(hào):TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)06(b)-0025-02

變電站綜合自動(dòng)化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物,隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展,產(chǎn)生了變電站綜合自動(dòng)化,對(duì)電網(wǎng)生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響,并且隨著技術(shù)的進(jìn)步,變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)也在不斷的完善和發(fā)展。本文介紹了220kV廟嶺變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1220kV廟嶺變電站系統(tǒng)概況

主變規(guī)模:最終規(guī)模4×240MVA,本期規(guī)模2×240MVA;220kV最終出線8回,本期4回;110kV最終出線14回,本期7回;10kV最終出線30回,本期出線20回;按最終規(guī)模每臺(tái)主變裝設(shè)6×10MVar低壓電容器,本期2臺(tái)主變每臺(tái)先裝設(shè)6×10MVar低壓電容器。

2變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

第一個(gè)階段:RTU加常規(guī)保護(hù)結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)80年代以前,變電站普遍采用電磁式繼電保護(hù),再通過(guò)電纜將繼電器的事故、預(yù)告信號(hào)接到站內(nèi)RTU裝置,然后轉(zhuǎn)發(fā)到調(diào)度,實(shí)現(xiàn)遙控、遙信、遙脈、遙調(diào)的“四遙”功能。這種方式的缺點(diǎn):采集信號(hào)單一、數(shù)量有限、沒(méi)一個(gè)信號(hào)或采集量都需要電纜的連接,需要大量電纜。

第二個(gè)階段:面向功能設(shè)計(jì)的分布式測(cè)控裝置加微機(jī)保護(hù)結(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代初期,微機(jī)保護(hù)和獨(dú)立的測(cè)控裝置開(kāi)始運(yùn)用,裝置通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線（CAN,LONWORKS）或RS485網(wǎng)絡(luò)連接至總控單元,再轉(zhuǎn)發(fā)至當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和調(diào)度。這個(gè)階段顯然比第一階段進(jìn)步很多,比如:采集的信號(hào)就比原來(lái)豐富很多,而不在需要那么多的電纜。但是同樣存在以下缺點(diǎn)。

RS485網(wǎng)的設(shè)備間通信只能采用主從式網(wǎng)絡(luò)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò);采用主從式網(wǎng)絡(luò)只允許有一臺(tái)主設(shè)備;采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備通過(guò)令牌形式獲得總線控制權(quán);采用RS485接口通信抗干擾性能差,傳輸速率不高,如果不加中繼,其可靠傳輸距離不超過(guò)200m。

采用總控單元沒(méi)有實(shí)現(xiàn)徹底分散,所有信息都要經(jīng)過(guò)它轉(zhuǎn)發(fā),給運(yùn)行、維護(hù)帶來(lái)不便,安全性也不高。

如果采用LONWORKS現(xiàn)場(chǎng)總線,雖然能夠克服上面的缺點(diǎn),但是其造價(jià)過(guò)高,不利于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),通訊帶寬受限。

第三個(gè)階段:面向?qū)ο蟮姆謱臃植际浇Y(jié)構(gòu)。20世紀(jì)90年代中期以來(lái),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,按對(duì)象設(shè)計(jì)的保護(hù)、測(cè)控裝置及分層分布的系統(tǒng)機(jī)構(gòu)成為變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要形式。在這種形式中以太網(wǎng)得以推廣,通信速率大為提高,帶寬可達(dá)10M～100M。整個(gè)系統(tǒng)分為間隔層、站控層。保護(hù)裝置有3個(gè)以太網(wǎng)接口,分別為A,B,C;測(cè)控裝置有A,B兩個(gè)以太網(wǎng)絡(luò)接口;其中A,B網(wǎng)為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)雙網(wǎng),其中一個(gè)作為備用;C網(wǎng)為保護(hù)信息網(wǎng)絡(luò)。

3220kV廟嶺變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成和功能

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

220kV廟嶺變采用北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司CSC2000 V2變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),該系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),全以太網(wǎng)組網(wǎng)（監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)A,B網(wǎng),C網(wǎng)為保護(hù)信息網(wǎng)絡(luò)）。主要由站控層設(shè)備、間隔層設(shè)備組成。站控層設(shè)備包括:2臺(tái)操作員工作站,互為備用、1臺(tái)五防工作站、2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)工作站、2臺(tái)保護(hù)信息子站,互為備用。間隔層設(shè)備包括:保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、及其他智能設(shè)備。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)組屏方式

操作員站、五防工作站安裝在監(jiān)控臺(tái),不組屏,通信管理機(jī)、保信子站、遠(yuǎn)動(dòng)工作站各組1面屏,保信子站屏含4臺(tái)C網(wǎng)交換機(jī);網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)屏共3面,各含8臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),分別用于保護(hù)、測(cè)控、10kV設(shè)備A,B網(wǎng);110kV,220kV線路2條線組1面測(cè)控屏,含2臺(tái)測(cè)控裝置;110kV #1,2母聯(lián)、分段各組1面測(cè)控屏,含2臺(tái)測(cè)控裝置;220kV #1,2母聯(lián)及分段組1面測(cè)控屏,共3臺(tái)測(cè)控裝置;#2主變組1面測(cè)控屏,含5臺(tái)測(cè)控裝置（高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓A側(cè)、低壓B側(cè)、本體）,#3主變組1面測(cè)控屏,含4臺(tái)測(cè)控裝置（高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓、本體）;110kV/220kV母線PT及公共測(cè)控屏各1面,各含3臺(tái)測(cè)控裝置,用于母線PT測(cè)控及本電壓等級(jí)公共測(cè)控,組1面10kV母線PT及公共測(cè)控屏,含4臺(tái)測(cè)控裝置,用于母線PT測(cè)控及本電壓等級(jí)公共測(cè)控;組1面公共測(cè)控屏,共4臺(tái)測(cè)控裝置,用于全站公共測(cè)控。10kV保護(hù)測(cè)控一體化裝置就地安裝在10kV高壓室。

3.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

3.3.1 總體特點(diǎn)

本站CSC2000 V2變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn),在監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺(tái)基礎(chǔ)上,集成電壓無(wú)功控制（VQC）功能,監(jiān)控系統(tǒng)集成一體化五防功能,并實(shí)現(xiàn)了完整的操作票專(zhuān)家系統(tǒng)功能,采用圖庫(kù)一體化設(shè)計(jì),支持拓?fù)浞治鰟?dòng)態(tài)著色,系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性,各項(xiàng)功能更人性化,便于工程調(diào)試及維護(hù)運(yùn)行。

3.3.2 測(cè)控裝置

采用四方公司的CSC200E系列測(cè)控裝置,裝置使用32位CPU和DSP硬件平臺(tái),14位及以上高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器,采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）;裝置具有全中文大屏幕液晶顯示,可顯示本間隔的主接線圖;遙信開(kāi)入可以定義成多種輸入類(lèi)型,如狀態(tài)輸入（單/雙位置輸入）、告警輸入、事件順序記錄（SOE）、脈沖累積輸入、主變分接頭輸入（BCD或HEX）等,具有防抖動(dòng)功能,遙信插件按組配置,可根據(jù)要求增減;交流可采集并計(jì)算本間隔內(nèi)的三相電壓有效值、三相電流有效值、3U0、3I0、有功、無(wú)功、頻率、2～13次諧波等;可采集多種直流量,如DC220V、DC110V、DC24V、DC0V～5V、4mA～20mA等,能完成主變溫度的采集和計(jì)算。

3.3.3 監(jiān)視與報(bào)警

通過(guò)顯示器對(duì)主要電氣設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,監(jiān)視各設(shè)備的通信狀態(tài)和通信報(bào)文,并實(shí)時(shí)顯示。

顯示的畫(huà)面有帶電設(shè)備顏色標(biāo)識(shí)。所有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面存儲(chǔ)在畫(huà)面數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi),用戶可方便和直觀地完成實(shí)時(shí)畫(huà)面的在線編輯、修改、定義、生成、刪除、調(diào)用和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)連接等功能,并能與其他工作站共享修改或生成后的畫(huà)面。

畫(huà)面采用符合Window標(biāo)準(zhǔn)的窗口管理系統(tǒng),窗口顏色、大小、生成、撤除、移動(dòng)、縮放及選擇等可由操作人員設(shè)置和修改。

圖形管理系統(tǒng)應(yīng)具有漢字生成和輸入功能,支持多種漢字輸入法,支持矢量漢字字庫(kù)。具有動(dòng)態(tài)棒型圖、動(dòng)態(tài)曲線、歷史曲線制作功能。屏幕顯示、打印制表、圖形畫(huà)面中的畫(huà)面名稱(chēng)、設(shè)備名稱(chēng)、告警提示信息等均應(yīng)漢字化。

對(duì)各種表格具有顯示,生成、編輯等功能。在表格中可定義實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、計(jì)算數(shù)據(jù)、模擬顯示并打印輸出。各種報(bào)表數(shù)據(jù)能轉(zhuǎn)換為EXCEL格式,以利于數(shù)據(jù)的二次應(yīng)用。

信息能夠分層、分級(jí)、分類(lèi)顯示,可以人工定義畫(huà)面顯示內(nèi)容。其中開(kāi)關(guān)量信號(hào)根據(jù)重要性,可分為三類(lèi)。

第一類(lèi)為事故信號(hào),包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)、影響全站安全運(yùn)行的其他信號(hào)（包括全站通訊中斷、消防系統(tǒng)火災(zāi)告警等）。

第二類(lèi)為報(bào)警信號(hào),包括狀態(tài)異常信號(hào)、模擬量越限、自動(dòng)化系統(tǒng)的異常事件等。

第三類(lèi)為告知信號(hào),包括反映設(shè)備各種運(yùn)行狀態(tài)的信號(hào)以及查詢(xún)事故跳閘或設(shè)備異常后的詳細(xì)信息,如開(kāi)關(guān)分合、保護(hù)功能壓板投退、保護(hù)的詳細(xì)動(dòng)作信息等。

3.3.4 控制與操作

系統(tǒng)能夠完成站內(nèi)可遙控設(shè)備的操作,110kV,220kV斷路器由測(cè)控裝置完成同期功能,刀閘和斷路器的操作需經(jīng)3層五防閉鎖,站控層、間隔層、現(xiàn)場(chǎng)布線五防閉鎖。本系統(tǒng)還具備順控功能,即在需要進(jìn)行一系列倒閘操作時(shí),通過(guò)單個(gè)操作命令,改變過(guò)程狀態(tài),將一系列操作票轉(zhuǎn)化為任務(wù)票,減少人工操作量,減少誤操作和提高效率。

4結(jié)語(yǔ)

220kV廟嶺變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),采用四方公司最新的CSC2000 V2綜合自動(dòng)化系統(tǒng),支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn),技術(shù)先進(jìn),功能強(qiáng)大,限于篇幅,不一一展開(kāi),希望該文能為同類(lèi)工程的設(shè)計(jì)提供一些參考。未來(lái)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將在支持IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,向全數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。