【摘 要】本文介紹了電網(wǎng)110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，控制，并提出了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)采用相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】無人值班變電站 綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 分層分布式

一、變電機(jī)工程概況

變電機(jī)設(shè)備選型是指在購(gòu)買設(shè)備時(shí)，了解設(shè)備的生產(chǎn)工藝，同時(shí)掌握市場(chǎng)機(jī)電設(shè)備的供應(yīng)情況，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上進(jìn)行充分的考慮，并且堅(jiān)持生產(chǎn)適用的基本原則，以及對(duì)機(jī)電設(shè)備的可行性、維修性、操作性和能源供應(yīng)方面進(jìn)行深入的調(diào)查和分析，以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的優(yōu)化過程。

二、遵循自動(dòng)化系統(tǒng)的配置原則

由于變電站規(guī)模較小，各地區(qū)的用電量的負(fù)荷中心，向各個(gè)地區(qū)提供一部分需求的電力，所以要求該變電站的兩次自動(dòng)化系統(tǒng)的安全性能相對(duì)較高，否則意外事故發(fā)生后將會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)對(duì)該市產(chǎn)生一定的負(fù)面社會(huì)影響。所以，提高自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠性迫在眉睫，其中主要從下面幾方面進(jìn)行改造：

（一）繼電保護(hù)功能獨(dú)立性

繼電保護(hù)的配置必須按設(shè)計(jì)規(guī)程進(jìn)行，控制對(duì)象要獨(dú)立進(jìn)行設(shè)置。能夠凡可以手工完成的功能萬萬不可依賴通信網(wǎng)。

1.要對(duì)電力設(shè)備分別設(shè)置系統(tǒng)繼電保護(hù)，由相關(guān)的TA及TV直接輸入電氣量，再由接點(diǎn)輸出， 在相應(yīng)的斷路器跳閘線圈直接操作，而別的控制設(shè)備，假如備用電源自動(dòng)投入裝置，可直接放在相應(yīng)間隔上。

2.保護(hù)裝置必須置有通信接口，以便向變電站層微機(jī)設(shè)備提供報(bào)告，而保護(hù)功能不能依賴通信網(wǎng)。

（二）監(jiān)控分層部分的控制系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)的安全、可靠性的性能高低決定著系統(tǒng)是否能夠正常運(yùn)行，站內(nèi)設(shè)備的功能集成化程度越高，系統(tǒng)所發(fā)生意外的風(fēng)險(xiǎn)就越大。

一旦智能單元出現(xiàn)故障停止運(yùn)行只會(huì)影響數(shù)據(jù)采集和傳輸，其它單元仍可正常工作，把硬件故障的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

采用分層分布式布置，當(dāng)擴(kuò)建變電站時(shí)，只需增加相應(yīng)的智能單元和對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)充，監(jiān)控系統(tǒng)仍可正常在線運(yùn)行.這無疑是間接地增加了系統(tǒng)硬件配置的靈活性。另外大量的信號(hào)電纜用少量的通信電纜替代，用軟件閉鎖取代或簡(jiǎn)化二次閉鎖回路，這種面向現(xiàn)場(chǎng)的分散布置可以節(jié)省大量電纜和調(diào)試工作量，同時(shí)由于不需要建設(shè)大控制室，可以節(jié)省很多變電站的建筑面積。

（三）“四遙”量的配置原理

“四遙”量指集保護(hù)、控制、測(cè)量、通信四者為一體的配置，根據(jù)主要是在《35～110 kV 沒有人值班變電站設(shè)計(jì)規(guī)程》，我們要做好下面幾個(gè)工作，這樣可以大大地增加了遙信信號(hào)的準(zhǔn)確合理性。

1.改變開關(guān)狀態(tài)的接法。為接收到準(zhǔn)確可靠的遙信信號(hào)，可以把開關(guān)從合位繼電器改變成從輔助開關(guān)觸點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)遠(yuǎn)程通信信號(hào)，從二級(jí)節(jié)點(diǎn)為首的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)不受繼電器，其精度直接添加到信號(hào)準(zhǔn)確性。

2.采用雙位置遠(yuǎn)程通信方式。因?yàn)闊o人值班變電站保護(hù)動(dòng)作信號(hào)數(shù)較多，觸點(diǎn)接觸信號(hào)繼電器性能不穩(wěn)定，觸點(diǎn)接觸不良或表面氧化等各種原因都可能導(dǎo)致遙信誤動(dòng)或抖動(dòng)，這時(shí)候就可以對(duì)遙信信號(hào)采用雙位置遙信方式.雙位置遙信方式有效地抑制遙信誤動(dòng)和抖動(dòng)，再者，全站斷路器、隔離開關(guān)及主變中性點(diǎn)接地開關(guān)采取這樣的遙信方式不但令遙信信號(hào)更為準(zhǔn)確、可靠，還可以更好反映變電站各種電氣設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。

3.合理采集主變壓器檔位遙信信號(hào)。變電站的重要環(huán)節(jié)是變壓器有載調(diào)壓，實(shí)時(shí)了解檔位信息可有效確保調(diào)壓的安全。檔位信息的采集主要有兩種方法：第一種方法是直接采集檔位遙信，另一種方法是變電器采集遙測(cè)量。

采集裝置運(yùn)行原理的遠(yuǎn)程通信是每個(gè)抽頭將對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)程通信，每一個(gè)主要的變壓器將占用17遠(yuǎn)程通信。和遠(yuǎn)程測(cè)量裝置是通過采集方法發(fā)射器轉(zhuǎn)換每個(gè)變壓器抽頭位置為0～5V模擬輸出的裝置的電壓差做出判斷，這種方法測(cè)量每個(gè)變壓器只占用一個(gè)遠(yuǎn)程測(cè)量，所以與遠(yuǎn)程通信，大大減少齒輪的數(shù)量的遠(yuǎn)程通信，提高信號(hào)的準(zhǔn)確性。

（四）自動(dòng)化裝置

部分10 kV采用“四合一”裝置，必須嚴(yán)格分開110kV線路及主變間隔配置專用的測(cè)控單元。

10kV開關(guān)柜上的開口三角電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)、智能單元以及主站三者共同構(gòu)成了小電流的接地選線。各智能單元實(shí)時(shí)計(jì)算當(dāng)前的3U0，3I0 向量，當(dāng)系統(tǒng)3U0升高時(shí)，母線開口三角電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)向主站報(bào)選線接地信號(hào)，主站在接到信號(hào)后調(diào)各裝置內(nèi)的3U0，3I0向量，實(shí)現(xiàn)接地選線功能，節(jié)省了常規(guī)的小電流接地選線裝置。

盡管在保護(hù)裝置具有故障錄波功能，但由于硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)等各方面存在著不同的缺陷，達(dá)不到相關(guān)的指標(biāo)和要求，因此應(yīng)增設(shè)1臺(tái)專用故障錄波裝置專門掛在錄波專用錄波網(wǎng)上。

三、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

發(fā)展初期，絕大部分變電站采用串行口通信方式，例如RS232，RS422，RS485總線等，但串口通信具有一定的局限性，下列問題就出現(xiàn)了：

不能及時(shí)處理信息，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，需要受保護(hù)的信息數(shù)量較大，送到監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行處理的所需時(shí)間較長(zhǎng)，從而影響了對(duì)故障的分析和處理.

大部分變電站以遠(yuǎn)程終端（RTU） 做為中心，一旦RTU出現(xiàn)故障不能及時(shí)恢復(fù)時(shí)，對(duì)站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的安全性產(chǎn)生重大影響，風(fēng)險(xiǎn)過大.另一方面，RTU需要集中組屏，變電站內(nèi)需要大量敷設(shè)二次電纜，無論是經(jīng)濟(jì)上還是結(jié)構(gòu)上都會(huì)對(duì)變電站造成一定的負(fù)擔(dān)；

信息傳送速度過慢，嚴(yán)重影響到監(jiān)控系統(tǒng)正常發(fā)揮。

變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，采用了全數(shù)字化、高性能、兩線制、多支路的CSMA/CD 協(xié)議的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一種開放的系統(tǒng)，不隱藏通信協(xié)議，而且不同廠家的設(shè)備之間可以進(jìn)行信息共享，這樣就可以從根本上客服了串行通信的不便，而且，CSMA/CD 協(xié)議支持雙絞線、光纜、電力線等通信媒介，抗干擾能力較高。

CSMA/CD 協(xié)議實(shí)際上是競(jìng)爭(zhēng)方式之一， 發(fā)送信息之前節(jié)點(diǎn)先偵聽總線是否處于空閑狀態(tài)，再進(jìn)行信息發(fā)送，假如說當(dāng)網(wǎng)絡(luò)是傳輸信息，節(jié)點(diǎn)在等待，那么信息傳輸已經(jīng)完成，節(jié)點(diǎn)將隨機(jī)時(shí)間延遲后不同發(fā)送信息，同時(shí)，聯(lián)系仍是在偵聽，發(fā)現(xiàn)有人傳輸信息時(shí)就重新等待，這樣的運(yùn)行方式令沖撞機(jī)會(huì)大大下降。

近幾年，現(xiàn)場(chǎng)總線是發(fā)展最為迅速的一種全新互連通信網(wǎng)絡(luò)，其中主要包含兩方面內(nèi)容：工作中設(shè)備之間的聯(lián)系和通信聯(lián)系遵循統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這兩項(xiàng)內(nèi)容相互交錯(cuò)實(shí)現(xiàn)各設(shè)備之間的互連和互操作。因?yàn)楦鞣N節(jié)點(diǎn)平等，所以任節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)字信息到總線上都能到達(dá)目的地，也可以被其它節(jié)點(diǎn)接收等，所以信息通道阻塞問題從而被解決了。

系統(tǒng)主要分為三階層：間隔層和網(wǎng)絡(luò)層以及變電站層。而間隔層裝置是系統(tǒng)與一次設(shè)備的接口，由所有分布式的智能單元組成，負(fù)責(zé)對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、測(cè)量和控制等工作；而網(wǎng)絡(luò)層則由站內(nèi)通信網(wǎng)組成，主要負(fù)責(zé)搜索間隔層智能單元的上傳信息，同時(shí)下達(dá)控制命令及定值參數(shù)；最后，變電站層主要由三個(gè)工作站組成：就地監(jiān)控系統(tǒng)主站、繼電保護(hù)工程師站、遠(yuǎn)動(dòng)主站，各工作站掛在網(wǎng)上通過通信網(wǎng)同各間隔通信，令全站信息更快捷地進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，還可以根據(jù)有關(guān)的需求把不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)調(diào)度中心上送，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)方通信功能。

（一）就地監(jiān)控系統(tǒng)主站

當(dāng)變電站有工作人員值班時(shí)，，可對(duì)全站的一次設(shè)備進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為中心的監(jiān)視、測(cè)量、控制、管理和記錄等工作，甚至能夠在發(fā)生突發(fā)情況時(shí)報(bào)警。當(dāng)有需要時(shí)，更可和遠(yuǎn)方的控制中心進(jìn)行通信，共享信息。

（二）繼電保護(hù)工程師站

把從網(wǎng)絡(luò)上接收的錄波信息進(jìn)行存盤，對(duì)接收得來的錄波數(shù)據(jù)的波形顯示進(jìn)行詳盡的分析計(jì)算是工程師站的工作主要內(nèi)容之一。同時(shí)工程師站還可以利用Modem連接到公用電話網(wǎng)，繼保工作人員就可以在有電話的地方和網(wǎng)絡(luò)上的任一元件通信，甚至從就地PC機(jī)的磁盤中調(diào)取錄波記錄。

（三）遠(yuǎn)動(dòng)主站（MASTER）

過去我國(guó)的通信信息的管理是由通信管理機(jī)進(jìn)行，通信管理機(jī)一旦出現(xiàn)故障，那么所有傳送中的消息將會(huì)中斷。在本站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，將會(huì)采用局域網(wǎng)（LAN） 的通信方式， 取消了傳統(tǒng)的通信管理單元層，增設(shè)直接接于局域網(wǎng)上的遠(yuǎn)動(dòng)主站。MASTER將會(huì)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，模擬RTU 與調(diào)度端通信。在站內(nèi)進(jìn)行通訊時(shí)，MASTER節(jié)點(diǎn)和其它節(jié)點(diǎn)遵守站內(nèi)通信規(guī)約進(jìn)行通信；在站外進(jìn)行通訊時(shí)，MASTER則遵循外部規(guī)約和調(diào)度端進(jìn)行通信。

四、結(jié)束語

某110 kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間，實(shí)踐得出該綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有良好的安全性，能夠?yàn)槟彻╇娋謱?shí)現(xiàn)無人值班變電站的積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。若想要確保我國(guó)的電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行，唯有借鑒國(guó)外的成熟經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，進(jìn)行合理的系統(tǒng)優(yōu)化。