楊昌祿

渤海大學

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110kv變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計研究

楊昌祿

渤海大學

針對變電站綜合自動化系統(tǒng)的應用需求逐漸廣泛的現(xiàn)狀，本文對110千伏變電站自動化系統(tǒng)進行了研究，最終提出了自動化的解決方案，并從系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)模塊的設(shè)計兩個角度詳細論述了綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)，有利于提升變電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展水平，本文根據(jù)變電站綜合自動化系統(tǒng)進行了分析，逐漸找到了變電站自動化管理的方法和對策。

110KV 變電站 綜合自動化

1　110kV 變電站的情況概述

當前我國在110千伏的供電線路上進行的變電站工作，在一般情況下，變電站配置的線路有兩種，主變系統(tǒng)中通過變電器就可以開展工作，一般的限流為800千伏，我國使用的變壓器是110KV和10KV的，通過母線的方式可以建立連接。典型的綜合自動化系統(tǒng)原理接線圖如圖1所示：

圖1　典型的綜合自動化系統(tǒng)原理接線圖

2　變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點

2.1功能綜合化

變電站自動化系統(tǒng)具有直流電源和2次設(shè)備，通過微機控制系統(tǒng)可以對控制屏以及信號進行設(shè)置，微機保護子系統(tǒng)中包括了常規(guī)的繼電器和邏輯電路，變電站自動化系統(tǒng)有利于對變電站的投資減少。

2.2二次設(shè)備網(wǎng)絡化

變電站的設(shè)備主要包括故障保護裝置，操作裝置以及故障錄波裝置，各種裝置都是標準化以及模塊化的設(shè)計制造方式，設(shè)備之間的連接是通過高速網(wǎng)絡的系統(tǒng)連接的，2次設(shè)備不會出現(xiàn)重復的 I/O 現(xiàn)場接口，在網(wǎng)絡中進行了資源共享。

2.3運行管理系統(tǒng)自動化

變電站自動化系統(tǒng)的管理有利于數(shù)據(jù)的運行，也可以對狀態(tài)進行記錄，最終可以實現(xiàn)無紙化的數(shù)據(jù)信息分析。變電站在運行的時候可能會出現(xiàn)故障，指出故障原因， 提出故障處理意見 ；系統(tǒng)也可以提出各種檢查報告，最終可以對變電站進行狀態(tài)檢修。

3　變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

變電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式主要是傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的，是通過微機進行控制的，可以更好地開展系統(tǒng)的隔離保護工作，通過CPU型號可以更好的完成，而且CPU的工作量會很大。另外，通過電纜可以輸送和傳達控制平臺中的信號，而且對電纜的安裝和檢修工作有重要的意義，一般來說，微機控制平臺的造價很低，但是技術(shù)的性能較差，但是不利于發(fā)展信息技術(shù)的。

在許多的分層和分布式系統(tǒng)中，系統(tǒng)包括有變電站和間隔層，變電站在控制室內(nèi)設(shè)置，可以通過上下位機更好地完成工作，主要的運行對象是開關(guān)，可以根據(jù)一次性設(shè)備更好地進行設(shè)置配置，設(shè)備之間的內(nèi)容是獨立的，而且不會出現(xiàn)任何影響，可以做好數(shù)據(jù)的交換以及傳送工作，我們獲得了如下圖所示的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)：

分層分布式系統(tǒng)的模型具有不同的方式，包括有分散式以及組頻式，這兩種方式具有重要的意義，分散式結(jié)構(gòu)有利于減少電纜的維修工作，有利于電纜之間減少干擾，而且可以更好的進行系統(tǒng)的安裝工作，有利于進行系統(tǒng)的維護，但是可能會出現(xiàn)電纜量過多的情況。和傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)比較而言，分層式系統(tǒng)具有很大的優(yōu)勢：

（1）運行有很高的可靠性，而且設(shè)備之間不會受到相互影響。

（2）系統(tǒng)可以更好的進行升級，具有更高的靈活性。

（3）由于電纜數(shù)量比較少，這是可以節(jié)約空間的，所以安裝的工作量最終會減少。

4　110kV 變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能

4.1保護微機裝置

（1）計算機的遙感技術(shù)可以更好的修改系統(tǒng)的定值；

（2）具備有完系統(tǒng)的保護工作程序；

（3）能夠查詢系統(tǒng)的數(shù)量值以及故障原因；

（4）系統(tǒng)中的工作流程可以根據(jù)順序記錄。

4.2測量功能

（1）系統(tǒng)中出現(xiàn)的數(shù)量只可以正確地檢測；

（2）系統(tǒng)中出現(xiàn)故障的時候可以進行追蹤，最終可以顯示出警報信息。

4.3顯示功能

（1）可以獲得變電站運行狀況，最終有利于監(jiān)控人員更好地開展工作；

（2）通過繪圖技術(shù)，可以獲得線路的負荷曲線以及電壓曲線。

（3）可以更好的顯示設(shè)備中的主要參數(shù)，最終對電站的保護定值進行顯示。

4.4遠程控制功能

由于變電站朝著自動化以及數(shù)字化的運行趨勢發(fā)展，在終端設(shè)備可以對系統(tǒng)進行監(jiān)測以及監(jiān)控工作，通過遠程控制的方式實現(xiàn)變電站安全運行的目標。

5　110KV變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計

5.1一次設(shè)備選型

變電站要更好更安全地運行，這樣才能更好地對電機設(shè)備進行維護；一般通過真空開關(guān)柜可以選擇，而且技術(shù)更先進，具有更好的可靠性；110千伏的隔離開關(guān)使用的電動操作模式，這是符合遙控要求的；設(shè)備要盡量使用無油化，具有可靠性的設(shè)備。

5.2變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式

有兩種結(jié)構(gòu)模式：包括分層分布式系統(tǒng)以及微機控制系統(tǒng)。110KV變電站自動化系統(tǒng)使用的分層分布式系統(tǒng)，這種系統(tǒng)在縱向上有兩層，包括變電站層和間隔層，變電站承載變電站的主控室內(nèi)，通過監(jiān)控計算機和控制器組成，通訊控制器可以更好地保護測控單元以及自動化設(shè)備，通過控制器的控制和協(xié)調(diào)方式，有利于變電站自動化系統(tǒng)更好地進行信息接收以及發(fā)送，并且可以執(zhí)行開關(guān)命令，聞隔層為面向變電站各開關(guān)間隔的一次電力設(shè)備，通過對設(shè)備進行配置。間隔層中的各個設(shè)備功能是獨立的，可以通過網(wǎng)絡進行互聯(lián)，最終在變電站中進行通信。間隔層內(nèi)部的功能不依靠站內(nèi)通信網(wǎng)，獲得了如圖的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

分層分布式結(jié)構(gòu)主要由分散式和集中組屏式，分散式實現(xiàn)了將數(shù)據(jù)采集及微機保護單元安裝在開關(guān)柜設(shè)備附近， 可以通過網(wǎng)絡電纜和光纜連接，這種形式有利于電纜節(jié)省，可以避免出現(xiàn)電磁干擾的現(xiàn)象，可能會增加設(shè)備的占地面積。集中組屏將保護單元集中在控制室，這種形式具有更好的工作環(huán)境，而且干擾源不多，有利于系統(tǒng)的維護，但是具有相當多的電纜數(shù)量。

分層分布式控制系統(tǒng)有很大的優(yōu)點：可靠性比較高，而且設(shè)備之間可以進行擴展，具有較好的靈活性，可以減少2次電纜，有利于安裝工作量的減少。

5.3110KV變電站綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)

5.3.1變電站自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的實現(xiàn)

該模塊對變電站需要的監(jiān)視設(shè)備以及各種開關(guān)信號進行了采集，包括設(shè)備的運行參數(shù)以及系統(tǒng)的安全參數(shù)，根據(jù)電流電壓的幅值以及變電站的電能度數(shù)，開關(guān)的狀態(tài)以及波形的變化趨勢。

根據(jù)系統(tǒng)進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，根據(jù)實時性的要求可以對線路進行數(shù)據(jù)采集和分析，進行數(shù)據(jù)采集和分析不會相互干擾，也不會產(chǎn)生相互的影響。當前許多的計算機使用了馮諾依曼的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于進行順序處理，在一個時刻處理器可以處理一件事情，為了實現(xiàn)客戶的要求，大型機采用了仿并行處理技術(shù)。這種技術(shù)的調(diào)度策略很新，可以更好的進行處理器的運算，也能夠?qū)€路進行監(jiān)測分析，會占用一個時間片；如果對另一線路進行監(jiān)測，會占用另一個時間片，因為處理器的處理周期為 10 s～9 s 的數(shù)量級，這樣就能實現(xiàn)對線路進行監(jiān)測分析的目標。

在系統(tǒng)中，通過發(fā)送采集命令的方式可以獲得下位機響應，下位機可以查詢是否應該被訪問，如果出現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集模塊應該立即發(fā)送，上位機收到數(shù)據(jù)后可以處理，每條總線必須執(zhí)行過程，通過多線程的方式可以實現(xiàn)對總線數(shù)據(jù)采集的目標。

圖2　集中式結(jié)構(gòu)的綜合自動化系統(tǒng)框圖

5.3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫是110千伏變電站自動化系統(tǒng)的核心，為了更好地進行數(shù)據(jù)信息的管理，需要將數(shù)據(jù)信息進行組織化的結(jié)構(gòu)管理。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以對系統(tǒng)的規(guī)模和功能產(chǎn)生影響，我們詳細地分析了本系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)庫，實時數(shù)據(jù)庫以及歷史數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，要更好地考慮開發(fā)周期以及維護成本，通過商用數(shù)據(jù)庫進行分析，對各個系統(tǒng)的具體設(shè)計方案進行了分析，計算機中具有內(nèi)存數(shù)據(jù)庫也有實時數(shù)據(jù)庫，內(nèi)存數(shù)據(jù)庫在計算機的緩沖區(qū)，實時數(shù)據(jù)庫通過文本的方式在硬盤中存儲；備用的服務器里面有實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫和其他的工業(yè)計算機的數(shù)據(jù)庫是有區(qū)別的，通過4臺工業(yè)計算機定時下載，然后在服務器上進行保存，歷史數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行稀釋處理后可以導入到數(shù)據(jù)庫中，但是數(shù)據(jù)庫中需要很多的參考資料，本文不進行詳細討論。

6　結(jié)語

變電站綜合自動化技術(shù)的應用對變電站現(xiàn)代化的管理有著重要的意義，有利于變電站主體結(jié)構(gòu)以及值班維護模式的改變，有利于實現(xiàn)現(xiàn)代化生產(chǎn)的目標，是電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，本文綜合探討了變電站的自動化總體結(jié)構(gòu)，而且進一步的研究和分析自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，做好有益的嘗試和探索對自動化系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的意義和作用，本論文探討了各種自動化設(shè)計方案，有利于變電站380 kV（330 kV）、500 kV 自動化系統(tǒng)的設(shè)計。

［1］李梅香，王崇林，曹海洋，宗劍.變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展與展望.工礦自動化 2006- 06- 10

［2］李潮勤，陳喜士.110kV 變電站綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)建.廣西電力.2006- 08- 30