陳慶豐

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局無(wú)線電臺(tái)管理局564臺(tái)）

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35kV變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

陳慶豐

（作者單位：國(guó)家新聞出版廣電總局無(wú)線電臺(tái)管理局564臺(tái)）

摘 要：對(duì)35kV的變電站的微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，將電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和主要的運(yùn)行方式作為重點(diǎn)分析對(duì)象，對(duì)35kV變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的模塊進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：變電站；電力保護(hù)；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

新型的變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)是由微機(jī)等相關(guān)設(shè)備組成，主要包括所有的二次設(shè)備。變電站中一般都是2臺(tái)主變壓器在共同工作的，在高壓的一側(cè)有母聯(lián)開關(guān)，使高壓側(cè)母排能夠進(jìn)行并聯(lián)；低壓側(cè)的母線也分為2段，運(yùn)用母線的開關(guān)進(jìn)行連接。2臺(tái)主變壓器能夠各自運(yùn)行，而且在為負(fù)載供電中能夠獨(dú)立的完成供電的功能，借助母線連接開關(guān)，達(dá)到分閘的效果，同時(shí)也可以采用單獨(dú)運(yùn)行的方式為負(fù)載供電。

1 系統(tǒng)部分的傳感部件

35kV變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的部件主要由電力保護(hù)部件、管理部件及數(shù)據(jù)采集部件組成。

1.1 檢測(cè)模擬信號(hào)

在35kV的系統(tǒng)中，通過(guò)電壓值進(jìn)行模擬信號(hào)的檢測(cè)，電壓互感器能夠?qū)⒏邏恨D(zhuǎn)化成低壓的形式，形成交流信號(hào)，當(dāng)2臺(tái)主變壓器同時(shí)運(yùn)行時(shí)，電壓互感器就會(huì)傳出2個(gè)信號(hào)；當(dāng)2臺(tái)主變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，電壓在取值的過(guò)程中只會(huì)取其中的1個(gè)數(shù)值。在對(duì)電流值進(jìn)行檢測(cè)的過(guò)程中，電流互感器作為傳感部件，電流互感器能夠?qū)⒏唠妷簜?cè)的大電流轉(zhuǎn)換成低壓的小電流作為采樣信號(hào)送出，其可分成計(jì)量回路電流互感器和保護(hù)回路電流互感器，前者的輸出電流會(huì)非常大，最大值達(dá)到幾十安培。

1.2 檢測(cè)開關(guān)信號(hào)

開關(guān)信號(hào)的控制和檢測(cè)一般是結(jié)合高壓開關(guān)進(jìn)行取樣的，運(yùn)用了機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置，此類裝置能夠?qū)^電器的接點(diǎn)的位置進(jìn)行取樣，通過(guò)繼電器的接點(diǎn)，使保護(hù)裝置的信號(hào)得以傳遞，手動(dòng)刀閘一般是不通過(guò)繼電器的接點(diǎn)傳遞信號(hào)的，在對(duì)刀閘位置的信號(hào)進(jìn)行收集的過(guò)程中，一般都是外加一個(gè)信號(hào)的裝置。

2 變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的總體模塊設(shè)計(jì)

變電站微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)為集散型，集散型系統(tǒng)能夠?qū)ιa(chǎn)管理中所有的信息進(jìn)行收集，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)的操作，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的全程管理，而且能夠借助人機(jī)交互的功能完成對(duì)生產(chǎn)的監(jiān)控。工程師接口是通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的狀態(tài)，分析預(yù)置的參數(shù)值，針對(duì)生產(chǎn)的狀態(tài)來(lái)確定控制的方式，對(duì)每個(gè)單元的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整。通用計(jì)算機(jī)接口是結(jié)合了高級(jí)語(yǔ)言和各種外部的設(shè)備的，對(duì)生產(chǎn)的狀態(tài)進(jìn)行查閱，對(duì)不同的變量進(jìn)行分析，結(jié)合設(shè)備使用的歷史數(shù)據(jù)，分析出設(shè)備運(yùn)行的趨勢(shì)，現(xiàn)場(chǎng)單元能夠完成各類信號(hào)的輸入和輸出，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中數(shù)據(jù)的收集，配合計(jì)算機(jī)完成各類算法。低級(jí)人機(jī)接口能夠完善人機(jī)交互功能，對(duì)變量的狀態(tài)進(jìn)行分析。通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠?qū)⑽锢砩系牟煌挠?jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)的單元設(shè)備結(jié)合起來(lái)，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)資源的共享，對(duì)設(shè)備進(jìn)行集中的控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，新型的變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)逐漸替代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)，新型的變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1　變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)的模塊結(jié)構(gòu)

2.1 中心樞紐單元

值班員接口是實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備運(yùn)行的接口，其能夠?yàn)橹蛋鄦T提供各類的數(shù)據(jù)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，數(shù)據(jù)也是在值班員接口進(jìn)行分析的，且數(shù)據(jù)能夠被顯示和儲(chǔ)存，值班員就可以按照這些信息對(duì)變電站的保護(hù)決策進(jìn)行分析，其也可以叫做定值計(jì)算機(jī)接口。

維護(hù)人員接口指的是按照變電站保護(hù)工作的需要，能夠建立完善的維修參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)采集的方式進(jìn)行調(diào)整，而且能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化的處理方式，對(duì)不同的模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)不同資源的使用。

通用微機(jī)接口是在電力調(diào)度的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)化的管理的系統(tǒng)，能夠使資源得到更加范圍的共享。

上級(jí)調(diào)度接口是微機(jī)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的子系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能夠通過(guò)運(yùn)用遠(yuǎn)程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳遞，調(diào)度員能夠?qū)@些數(shù)據(jù)的結(jié)合與分析，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的決策。

上述設(shè)備都是在一個(gè)單元出現(xiàn)的，而且其運(yùn)行都離不開網(wǎng)絡(luò)，只有在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下才能傳遞數(shù)據(jù)，現(xiàn)在主要是借助局域網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳遞。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)單元

數(shù)據(jù)的手機(jī)與處理模塊，此模塊能夠?qū)⒆冸娬局械碾娏骱碗妷旱葦?shù)據(jù)收集起來(lái)，通過(guò)編碼的方式能夠?qū)⑵鋫鬟f到通用設(shè)備上，方便值班員的觀察，運(yùn)用電力載波或者無(wú)線通信的通道，能夠?qū)崿F(xiàn)將信息及時(shí)的送往調(diào)度中心，而且，其還能完成低級(jí)人機(jī)界面的工作。

主變壓器保護(hù)模塊能夠?qū)⒐收蠀^(qū)分開來(lái)，可以借助差動(dòng)的保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)一些后備的保護(hù)工作，能夠?yàn)榫S修人員提供一些準(zhǔn)確的參數(shù)，幫助維修人員及時(shí)的找出故障，確保電網(wǎng)運(yùn)行的順利。

配出線保護(hù)模塊能夠?qū)ε涑鼍€產(chǎn)生的故障進(jìn)行分析，其能夠分析配出線是短路還是多相接地的故障。

3 主要模塊的設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理模塊

數(shù)據(jù)采集與處理模塊的構(gòu)成見圖2。

圖2　數(shù)據(jù)收集與模塊處理結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)控制單元是一個(gè)核心的單元，是對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集并能夠按照定值執(zhí)行，直接發(fā)送到計(jì)算機(jī)的，實(shí)現(xiàn)對(duì)下一級(jí)的調(diào)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的收集各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息。運(yùn)用RS232口進(jìn)行連接，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)能夠向測(cè)控單元發(fā)出信號(hào)。

遙測(cè)是通過(guò)單元的變送才完成的，變送單元是將輸入信號(hào)進(jìn)行收集，然后在一個(gè)有效值中得到定位，對(duì)每一個(gè)周波的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)10個(gè)周波的數(shù)據(jù)取平均值，分析出最準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

遙信指的是在變電站中的不同開關(guān)的設(shè)置，這些開關(guān)量的采集點(diǎn)能夠起到二次保護(hù)的效果，一般都是設(shè)置在高壓的設(shè)備周圍，在運(yùn)行開關(guān)信號(hào)的過(guò)程中，一般一個(gè)動(dòng)作都是在瞬間就能完成的，這樣就可以通過(guò)對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描，能夠得到變電站中數(shù)據(jù)的故障問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)狀態(tài)變化的分析。

遙控是采用無(wú)人值守的方式運(yùn)行的，運(yùn)用遙控的方式能夠確保變電站中很多電源跳閘，防止多個(gè)區(qū)域出現(xiàn)停電問(wèn)題。這種防守時(shí)是對(duì)各個(gè)操作單元實(shí)現(xiàn)遙控的，能夠借助直流的固態(tài)繼電器進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)直流電路的聯(lián)動(dòng)。

電度計(jì)量的方式是結(jié)合電度表上的數(shù)據(jù)對(duì)脈沖量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合了脈沖的寬度和脈沖所占的空間比例，分成有功電度和無(wú)功的電度。

人機(jī)界面能夠?qū)Ω黝愰_關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行顯示，對(duì)各類設(shè)備的故障進(jìn)行顯示，并結(jié)合了遙控的功能，值班人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.2 主變壓器保護(hù)模塊

這個(gè)模塊的輸出量為模擬信號(hào)的變壓器和低壓側(cè)向三相電流，借助了人工的合分變壓器，能夠?qū)Ω黝愋盘?hào)進(jìn)行模擬。輸出的開關(guān)信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)繼電器的控制，運(yùn)用參數(shù)計(jì)算的方式分析出各類故障，將故障顯示出來(lái)。

在對(duì)主變壓器進(jìn)行保護(hù)中，主要采用的是差動(dòng)保護(hù)的方式，這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)的對(duì)高壓和低壓的選擇，能夠分析變壓器電壓的比值，對(duì)差點(diǎn)的分析，然后分析變電器的運(yùn)行是否是正常，當(dāng)變電器出現(xiàn)故障時(shí)，能夠運(yùn)用此類方法分析出是什么原因造成的故障，主變壓器的后備保護(hù)指的是變壓器除了主保護(hù)系統(tǒng)之外，還能夠進(jìn)行附屬的保護(hù)?？梢圆捎昧阈蜻^(guò)流保護(hù)的方式，當(dāng)變壓器是正常運(yùn)行的狀態(tài)下，能夠通過(guò)三相電流瞬間值的分析，進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)。負(fù)序過(guò)流保護(hù)指的是在變壓器正常運(yùn)行中，電流的瞬間值域相瞬時(shí)值的差值，其最大值比單向值大2倍。

在實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯保護(hù)的過(guò)程中，變電站的變壓器使用的電壓都是不同的，這就導(dǎo)致了各類故障同時(shí)發(fā)生，所以，應(yīng)該先排除故障，運(yùn)用差動(dòng)保護(hù)的方式，減少這種不良的反應(yīng)，而且能夠運(yùn)用變壓器中所有的故障分析，起到瓦斯保護(hù)的效果。瓦斯繼電器中有2個(gè)結(jié)合點(diǎn)，這2個(gè)結(jié)合點(diǎn)要處于打開的狀態(tài)，當(dāng)變壓器的郵箱產(chǎn)生故障后，由于電弧的原因，會(huì)導(dǎo)致絕緣體材料的分裂，產(chǎn)生大量的瓦斯氣體。在出現(xiàn)局部的故障時(shí)，產(chǎn)生的瓦斯氣體比較少，影響不是特別大，當(dāng)故障遍布于整個(gè)系統(tǒng)中，那么瓦斯氣體的形成也會(huì)比較多，產(chǎn)生不安全的因素。變壓器的保護(hù)能夠結(jié)合開關(guān)信號(hào)，對(duì)不同的邏輯單元進(jìn)行保護(hù)，通過(guò)信號(hào)裝置進(jìn)行報(bào)警處理，檢修人員會(huì)在第一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行檢修。

4 結(jié)語(yǔ)

變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮提高其穩(wěn)定性和可靠性。變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)效率的提升，在適應(yīng)一些差異的基礎(chǔ)上，防止差異對(duì)生產(chǎn)效率造成影響。35kV變電站微機(jī)綜合保護(hù)自動(dòng)化系統(tǒng)能夠起到對(duì)變電站各類設(shè)備的保護(hù)作用，對(duì)其進(jìn)行繼電器、變壓器保護(hù)的設(shè)計(jì)，能夠確保變電站各類設(shè)備的順利運(yùn)行，提高變電站為人們提供更好的供電服務(wù)能力。

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作者簡(jiǎn)介：陳慶豐（1974-），男，吉林榆樹人，本科，副高，研究方向：廣播電視設(shè)備維護(hù)。