陸宇

摘要：變電站是電網(wǎng)的重要組成部分，智能化的變電站是促進電網(wǎng)智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。設(shè)計110kV變電站繼電保護系統(tǒng)的硬件和軟件，實現(xiàn)對110kV變電站重要電氣設(shè)備的智能保護，通過電源系統(tǒng)的配置、四遙功能的設(shè)計，實現(xiàn)對變電站運行狀況的實時監(jiān)測。

關(guān)鍵詞：變電站;硬件;系統(tǒng)設(shè)計;繼電保護

1 引言

對于自動化技術(shù)來說，其在諸多工程行業(yè)中都是具有壓倒性的優(yōu)勢的，這也是其能夠被應(yīng)用于電氣行業(yè)中的最關(guān)鍵的原因。從總體上來看，當前電氣行業(yè)在自動化技術(shù)的應(yīng)用上可分為三大方面：繼電保護系統(tǒng)、時間記錄系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。這三個部分是互相依賴的，但彼此之間有存在著一定的對立性，這使得不同系統(tǒng)之間能夠更好地做到合理分工、相互協(xié)作。然而，在實際的應(yīng)用中，前面兩者都存在著一些問題，但是繼電保護系統(tǒng)卻有上述兩者所無法比擬的優(yōu)勢，因而，在整個變電站的自動化綜合系統(tǒng)中，繼電保護在進行設(shè)計的過程中所存在的一些問題將會更加突出，而這些問題正是需要我們將其單獨拿出來進行分析和解決的。

2 變電站自動綜合化的優(yōu)勢

變電站方面，基本上都是由人工手段來進行操作，這就導(dǎo)致了系統(tǒng)在自動化方面的程度低下。此外，由于識別因素往往會導(dǎo)致在進行記錄的過程中發(fā)生錯誤，因此導(dǎo)致當時的變電站系統(tǒng)對人的依賴性十分強，這種強依賴性是離不開監(jiān)控時所發(fā)生的數(shù)次錯誤的，而錯誤的產(chǎn)生又是由于部分工人的技術(shù)水平較低的緣故。這些現(xiàn)象若長此以往，必將引起變電站的安全事故。好在系統(tǒng)自動化技術(shù)使得錯誤率大大降低，減輕了工人負擔(dān)，也使得工人們受到人身傷害的可能性被降低，使得相關(guān)的管理成本得以減少，更提升了整個變電站的運行效率。但是，自動化技術(shù)的使用也會使電纜等連接設(shè)備大量增加，產(chǎn)生新的問題。

3 110kV變電站結(jié)構(gòu)介紹

3.1 變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控主機的外圍電路包括GPS通訊電路，人機對話窗口，數(shù)據(jù)采集、傳輸接口電路等。這種架構(gòu)“面向?qū)ο蟆碧幚恚瑢崿F(xiàn)對間隔層電氣參量信息的的采集和處理。相比集中式結(jié)構(gòu)和分布式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點有：（1）通過面向?qū)ο蠓绞竭M行處理，譬如主變維護等單元，處理速度更快;（2）電路連接通過光纖實現(xiàn)，可以方便后續(xù)的維護和電路擴展;（3）采用直流電壓供電，當某個環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障的時候，不影響其他裝置的使用。

3.2 110kV變電站系統(tǒng)需求分析

110kV變電站繼電保護的功能主要包括數(shù)據(jù)在線監(jiān)測和保護兩個方面，從結(jié)構(gòu)上來區(qū)分，變電站的主體結(jié)構(gòu)包括：站控層、間隔層、過程層3個部分。站控層實現(xiàn)對繼電保護功能的輸入，間隔層主要包括數(shù)據(jù)監(jiān)測、過程層的任務(wù)是執(zhí)行機電保護的任務(wù)，通過繼電保護設(shè)備，實現(xiàn)對高壓設(shè)備的操作。相關(guān)的需求如下：（1）站控層。站控層的功能是實現(xiàn)對變電站的運行監(jiān)測和管理，通過電容的投切，實現(xiàn)系統(tǒng)中的無功優(yōu)化和電壓優(yōu)化。在運行監(jiān)測過程中，自動區(qū)分電力系統(tǒng)的故障狀態(tài)和不正常運行狀態(tài)，在出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，發(fā)出警報并在現(xiàn)場的光字牌上顯示不正常運行的故障類型（電壓異常、電流異常等）。在系統(tǒng)的故障狀態(tài)下，在光字牌上顯示故障類型并向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出動作指令。（2）間隔層。對站控層的信息進行整合，保證站控層和過程層之間數(shù)據(jù)的通訊正常。當出現(xiàn)報警信息或者操作信息時，及時進行處理。（3）過程層。主要的操作機構(gòu)，面向一次高壓側(cè)，在系統(tǒng)正常運行時，提供檢測數(shù)據(jù)和執(zhí)行操作指令。

4 110kV變電站繼電保護及自動化系統(tǒng)設(shè)計

4.1 后臺管理軟件模型

采用DCOM來構(gòu)建分布式模型，同時為模型提供規(guī)范要求;在分布式變電站基礎(chǔ)上，結(jié)合模塊組件化技術(shù)，將后臺管理軟件中的所有功能模塊都轉(zhuǎn)化為組件，此時各類組件可以隨意進行組合，使后臺管理軟件可以應(yīng)用在不同規(guī)格、不同要求的分布變電站自動管理要求當中。

4.2 電源系統(tǒng)配置

（1）交直流系統(tǒng)設(shè)計。交流系統(tǒng)用電采用三相三線中性點接地系統(tǒng)，利用所用變壓器產(chǎn)生220V電壓。直流系統(tǒng)采用可充電蓄電池作為直流電源，為了直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性，蓄電池選型為鉛酸蓄電池，大小250AH，直流負載以2h事故作為放電參考，變電站的通訊系統(tǒng)以4h事故作為放電參考。直流系統(tǒng)具有接地故障定位、集中監(jiān)控、電池監(jiān)控和絕緣狀態(tài)監(jiān)控等功能，而且使用一致的接口和綜自系統(tǒng)進行信息交流，實現(xiàn)遠程監(jiān)測。（2）UPS電源系統(tǒng)設(shè)計。UPS的電能來源是220V直流母線、交流展，電能儲備量為3kVA，在變電站斷電的情況下，UPS的主要供電設(shè)備包括：變電站計算機設(shè)備、火災(zāi)報警設(shè)備、故障錄波設(shè)備。

4.3 接線系統(tǒng)設(shè)計

（1）在母線上通過一組斷路器的配合使用，將單母線分成兩段，同時按照平均分配的原則，將變電站的負荷分成兩個部分，分別接在兩個母線上，當電廠中的某一個用電設(shè)備出現(xiàn)故障或者發(fā)生停電故障時，可以將改路中的重要負荷切換到另一路母線上，減小對電廠生產(chǎn)的影響，保證重要負荷的持續(xù)供電，從而提高系統(tǒng)的供電可靠性。（2）在需要檢修時，可以將兩路負荷相互到彼此的母線上，方便檢修，增加靈活性。（3）設(shè)備簡單，運維成本低，出現(xiàn)故障時，自動切換負荷。

4.4 通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

主要選用Lonworks局域網(wǎng)作為通信網(wǎng)絡(luò)，Lonworks主要具有三項技術(shù)特點：①開放性，Lonworks的兼容性很強，且其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議對所有用戶提供的服務(wù)完全一樣;②通訊介質(zhì)兼容性高，可兼容光纖、雙絞線、電纜、紅外線等多種通信介質(zhì);③通信距離較長，同時可保障下載速度，具體數(shù)值為：直接通信距離2700m，下載速度達78kbit/s，滿足設(shè)計需求。在設(shè)計中采用雙絞線作為通信介質(zhì)，通過布設(shè)得到總線網(wǎng)，這種總線網(wǎng)具有擴展靈活、結(jié)構(gòu)間接特點;出于可靠性考慮，采用了主從方式進行設(shè)計，即在通信服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，通過樹形結(jié)構(gòu)與其他節(jié)點連接，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)節(jié)點的循環(huán)訪問。

4.5 測控單元設(shè)計

每個測控單元設(shè)計都采用保護CPU、測量控制CPU、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)芯片、外圍芯片進行設(shè)計。該裝置具有如下特點：①可實現(xiàn)CPU之間的相對獨立，且滿足不同繼電保護方式的應(yīng)用要求，在此條件下可以實現(xiàn)保護CPU、測控CPU的信息交互;②設(shè)計中的測控CPU為測量模板或智能電能表，這兩個設(shè)施具有智能化、可視化的特征，滿足自動化運行需求，具體選擇需要根據(jù)適用條件而定;③因為外部因素的影響，可能導(dǎo)致測控CPU運行不正常，那么出于運行考慮，本文選擇了多任務(wù)分時復(fù)用操作方式來設(shè)計測控CPU。

5 結(jié)束語

本文主要分析了110kV變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，分析當中首先為了明確設(shè)計方向，對自動化系統(tǒng)的優(yōu)勢進行了簡單介紹，之后通過設(shè)計工作得到了完整的分布式變電站自動化管理系統(tǒng)，最終結(jié)合實例應(yīng)用與數(shù)據(jù)對比，說明本文設(shè)計有效，并具有更高的應(yīng)用價值。

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