王同強(qiáng)

大慶油田工程有限公司

隨著變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)的逐步發(fā)展，變配電一次、二次設(shè)備的不斷更新，以及通信信息技術(shù)的更新?lián)Q代，變電站無(wú)人值守在電力系統(tǒng)的各級(jí)變電站設(shè)計(jì)和運(yùn)行中得到了廣泛應(yīng)用[1]。在企業(yè)電網(wǎng)中由于受管轄變電站規(guī)模數(shù)量、企業(yè)用戶的負(fù)荷特殊性、運(yùn)行部門(mén)管理水平等多種因素影響，變電站無(wú)人值守的推進(jìn)和開(kāi)展較慢。在全國(guó)油田系統(tǒng)中，大慶油田率先開(kāi)始在110 kV 和35 kV 變電站設(shè)計(jì)運(yùn)行中采用變電站無(wú)人值守模式。2008 年，大慶油田首先在運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)較成熟、與用戶生產(chǎn)負(fù)荷直接聯(lián)系較少的110 kV 變電站開(kāi)始實(shí)行變電站無(wú)人值守。近幾年，大慶油田逐步開(kāi)始對(duì)35 kV 變電站進(jìn)行無(wú)人值守改造。變電站無(wú)人值守改造的核心是對(duì)現(xiàn)有變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)改造[2]。

1 微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是變電站無(wú)人值守的主要技術(shù)基礎(chǔ)，為推廣變電站無(wú)人值守提供了必要條件[3]。近年來(lái)，數(shù)字化電氣量測(cè)系統(tǒng)、智能電氣設(shè)備以及相關(guān)通信技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)朝著數(shù)字化方向邁進(jìn)。

1.1 基本功能

油田變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能主要在4 個(gè)子系統(tǒng)中體現(xiàn)[4]，即繼電保護(hù)子系統(tǒng)，監(jiān)控子系統(tǒng)，電壓、頻率、備用電源自投、無(wú)功負(fù)荷控制子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)。

根據(jù)負(fù)荷要求、管理要求、電壓等級(jí)等因素，有些子系統(tǒng)可進(jìn)行取舍或合并。對(duì)大慶油田35 kV變電站而言，一般電壓、頻率、備用電源自投、無(wú)功負(fù)荷控制子系統(tǒng)比較弱化，可通過(guò)監(jiān)控子系統(tǒng)和繼電保護(hù)子系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)其功能，同時(shí)各已建變電站由于系統(tǒng)老化，通信子系統(tǒng)及監(jiān)控子系統(tǒng)部分功能無(wú)法滿足數(shù)據(jù)上傳要求，且通信規(guī)約不兼容，往往需要對(duì)現(xiàn)有微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行必要的升級(jí)改造或更換新一代的微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

1.2 結(jié)構(gòu)類型

變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)上主要分為集中式、分布式、分散分布式自動(dòng)化系統(tǒng)，以及數(shù)字化變電站幾種類型[5]。

（1）集中式自動(dòng)化系統(tǒng)。該類型的自動(dòng)化系統(tǒng)集中采集變電站的模擬量、開(kāi)關(guān)量和數(shù)字量等信息，集中進(jìn)行處理運(yùn)算，完成監(jiān)控、保護(hù)等功能。其適用于中、小型變電站。

（2）分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。分布式自動(dòng)化系統(tǒng)按變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能劃分，多個(gè)CPU 并行工作。其擴(kuò)展和維護(hù)方便，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該類型在安裝上可以集中組屏或分屏組屏。

（3）分散分布式自動(dòng)化系統(tǒng)。分散分布式自動(dòng)化系統(tǒng)中，間隔層中各數(shù)據(jù)采集、控制單元和保護(hù)單元就地分散安裝在開(kāi)關(guān)柜上，各個(gè)單元之間相互獨(dú)立，通過(guò)通信網(wǎng)互聯(lián)，并同變電站級(jí)測(cè)控主單元通信。保護(hù)功能在間隔層完成，不依賴于通信網(wǎng)。安裝既可以分散安裝于各間隔，也可以在控制室中集中組屏或分層組屏，還可以一部分在控制室中，另一部分分散在開(kāi)關(guān)柜上。

（4）數(shù)字化變電站。數(shù)字化變電站指信息采集、處理、傳輸過(guò)程完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的變電站。數(shù)字化變電站的主要特點(diǎn)為以數(shù)字輸出的電子式互感器、智能開(kāi)關(guān)等智能設(shè)備為基礎(chǔ)的一次設(shè)備智能化，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)交換模擬量、開(kāi)關(guān)量和控制命令等信息實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，以及通過(guò)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，與自動(dòng)故障分析、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等高級(jí)應(yīng)用功能相結(jié)合。其基本特征為設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、運(yùn)行管理自動(dòng)化等。由于受目前設(shè)備制造等因素影響，目前數(shù)字化變電站的建設(shè)還主要集中在110 kV 及以上變電站。隨著設(shè)備開(kāi)發(fā)制造水平等的逐步提升，變電站設(shè)計(jì)也將逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化[6]。

大慶油田自1998 年開(kāi)始建設(shè)第一座35 kV 綜合自動(dòng)化變電站以來(lái)，微機(jī)綜合自動(dòng)化在建設(shè)與改造過(guò)程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，變電站建設(shè)結(jié)構(gòu)模式以分散分布式為主。隨著數(shù)字化變電站關(guān)鍵設(shè)備的逐漸成熟，未來(lái)在技術(shù)發(fā)展上將以數(shù)字化變電站和智能變電站為主要發(fā)展方向。

2 系統(tǒng)改造

變電站無(wú)人值守設(shè)計(jì)的核心是將變電站監(jiān)控信息上傳至調(diào)度集控中心，通過(guò)調(diào)度中心對(duì)變電站數(shù)據(jù)信息進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，附以定期或不定期的巡視操作和檢修，從而取代原有變電站值班人員的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視操作。因此變電站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)上傳及變電站遠(yuǎn)方操作功能的設(shè)置是變電站無(wú)人值守改造成敗的關(guān)鍵因素。在同一管理單位范疇，為實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值守操作的流程化、標(biāo)準(zhǔn)化，避免誤操作，微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)監(jiān)控信息應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于新建站這一目標(biāo)實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，對(duì)于改造站場(chǎng)，除一些可選性信息以外也必須達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)[7]。

對(duì)原設(shè)計(jì)未按照無(wú)人值守建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的變電站，需對(duì)信息數(shù)據(jù)量進(jìn)行擴(kuò)容，增加遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)、遙視部分信息，增加信息量的采集[8]。

自動(dòng)錄制：錄播系統(tǒng)采用一鍵式自動(dòng)錄制。錄播系統(tǒng)把授課教師和學(xué)生的音、視頻和電子設(shè)備的圖像信號(hào)（包括視頻展臺(tái)，白板，PPT，教學(xué)課件等）進(jìn)行同步錄制。教師不需要專業(yè)錄制知識(shí)，只需要通過(guò)操作面板上的功能按鈕，就可獨(dú)立進(jìn)行專業(yè)的錄制工作。錄制的視頻自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)化的高清流媒體文件，教師只專注教學(xué)活動(dòng)就可以了，減輕了課程錄制的負(fù)擔(dān)。

（1）遙測(cè)量。除采集微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)的有功功率、無(wú)功功率、電壓和電流外，還需采集主變壓器溫度、所用變電壓、直流電壓等。

（2）遙信量。在原有的測(cè)量開(kāi)關(guān)位置、保護(hù)動(dòng)作信號(hào)的基礎(chǔ)上，還需接入重要的刀閘位置、主變壓器分接頭等信號(hào)。

（3）遙控輸出。按照無(wú)人值守變電站設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的變電站一般只需做好調(diào)試及正確的授權(quán)工作即可實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)方遙控。其遙控范圍根據(jù)各設(shè)備操作機(jī)構(gòu)的情況可包括斷路器及隔離開(kāi)關(guān)、負(fù)荷開(kāi)關(guān)等設(shè)備，結(jié)合大慶油田實(shí)際情況及運(yùn)行需求，目前未對(duì)變電站隔離開(kāi)關(guān)實(shí)施遙控控制。

（4）遙調(diào)輸出。一般包括變壓器抽頭調(diào)整，自動(dòng)補(bǔ)償電容器的遠(yuǎn)方調(diào)整，保護(hù)定值遠(yuǎn)方給定等功能。結(jié)合大慶油田變電站一次二次設(shè)備及變電站運(yùn)行管理要求，一般僅對(duì)變壓器抽頭做遠(yuǎn)方調(diào)整。

（5）遙視信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)變電站的遠(yuǎn)方監(jiān)控，主要是對(duì)變電站內(nèi)外空間環(huán)境的監(jiān)視。一般在無(wú)人值守變電站設(shè)計(jì)時(shí)均設(shè)置視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)統(tǒng)一的通信通道上傳信號(hào)至調(diào)度中心進(jìn)行視頻監(jiān)視。

結(jié)合大慶油田變電站現(xiàn)狀及運(yùn)行需求，確定無(wú)人值守變電站四遙信號(hào)按照表1 執(zhí)行。

表1 無(wú)人值守變電站四遙信號(hào)Tab.1 Four remote signals of unattended substation

3 兼容性問(wèn)題

油田變電站開(kāi)展無(wú)人值守改造，對(duì)變電站微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)主要面臨兩方面兼容性問(wèn)題：變電站微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度集控中心之間遠(yuǎn)動(dòng)通信的外部兼容性問(wèn)題；變電站微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置更換改造時(shí)站控層設(shè)備就地通訊的內(nèi)部兼容性問(wèn)題。

3.1 外部兼容性問(wèn)題

外部兼容性問(wèn)題主要由于早期微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用的遠(yuǎn)動(dòng)通信規(guī)約為技術(shù)落后的CDT，101 規(guī)約（串口通信方式），而目前新建調(diào)度集控系統(tǒng)采用的遠(yuǎn)動(dòng)通訊規(guī)約均為104 規(guī)約（網(wǎng)絡(luò)通信方式），兩者不兼容。甚至個(gè)別早期系統(tǒng)并未配備遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)。這一問(wèn)題需要通過(guò)新建或更換通信管理機(jī)、升級(jí)后臺(tái)等措施來(lái)解決。但新建通信管理機(jī)也存在與已建微機(jī)保護(hù)裝置之間的通信兼容問(wèn)題。如已建微機(jī)保護(hù)裝置采用的通信方式與其他廠家不兼容，仍需更換原廠通信管理機(jī)。

3.2 內(nèi)部兼容性問(wèn)題

內(nèi)部兼容性問(wèn)題主要由于部分油田變電站微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置使用年限長(zhǎng)、故障率高，在進(jìn)行無(wú)人值守改造時(shí)需要更換，而現(xiàn)存廠家種類多、保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部裝置互不兼容造成的。2012年以后，部分投產(chǎn)較早的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)裝置老化、誤動(dòng)作情況，且許多廠家已退出大慶油田市場(chǎng)或停產(chǎn)，難以獲取廠家技術(shù)支持，也無(wú)法采購(gòu)設(shè)備配件，因此問(wèn)題的解決較為復(fù)雜。

由于歷史原因，早期油田各變電站采用的微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)涉及廠家較多，而電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣頻率要求高，微機(jī)保護(hù)裝置都是用單片機(jī)進(jìn)行的匯編，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)底層代碼以各廠家自己的原則編制，使用的通信接口各種各樣，沒(méi)有遵循國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。如北京四方的LonWorks，東方電子的FDKBUS 接口，南自的CanBus 接口等，不同廠家的產(chǎn)品自成一體，相互之間缺乏兼容性與可擴(kuò)充性。這就導(dǎo)致微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)不同廠家的裝置之間無(wú)法通信，給用戶的設(shè)備選型、運(yùn)行、維護(hù)等帶來(lái)諸多不便。

目前的大多數(shù)變電站無(wú)人值守改造方案仍是盡量利用已建微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置，對(duì)于能夠找到原廠的設(shè)備，由原廠配合升級(jí)其通信管理機(jī)、后臺(tái)等公用設(shè)備實(shí)現(xiàn)與新建調(diào)度系統(tǒng)的通信；對(duì)于投運(yùn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，設(shè)備老化嚴(yán)重，廠家已停產(chǎn)或無(wú)售后，故障率高影響到電力運(yùn)行安全的系統(tǒng)考慮予以整體更換。

4 應(yīng)用效果及下一步工作方向

2015年開(kāi)始，大慶油田35 kV變電站的無(wú)人值守技術(shù)改造全面啟動(dòng)。目前已完成改造的變電站達(dá)到150多座，已實(shí)現(xiàn)了變電站的無(wú)人值守和集控中心遠(yuǎn)控運(yùn)行模式，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員全部撤出變電站，年節(jié)約運(yùn)行人員成本1 億多元。通過(guò)近2 年的運(yùn)行檢驗(yàn)，大慶油田無(wú)人值守變電站的運(yùn)行平穩(wěn)，在減少人員編制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了變電站的智能化，提高了變電站的運(yùn)行水平。

結(jié)合油田變電站的實(shí)際情況，未來(lái)在變電站的無(wú)人值守設(shè)計(jì)和改造方面主要還有以下工作要做：

（1）在現(xiàn)有運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探索進(jìn)一步降低巡視操作工作量的可能性。如目前變電站操作很大一部分集中在配合注水站注水電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、檢修、維護(hù)工作上。未來(lái)可考慮通過(guò)在中置式開(kāi)關(guān)底盤(pán)車(chē)上增設(shè)電動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)控，減少這部分操作量，以及增加戶外裝置測(cè)溫的遙視功能，減少現(xiàn)場(chǎng)巡視工作量等。

（2）探索與故障檢測(cè)系統(tǒng)及配電網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，減少故障處理的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)順序操作控制，為油田數(shù)字化建設(shè)和油田站場(chǎng)的無(wú)人值守改造提供遠(yuǎn)程電源切換功能等。

（3）密切跟蹤數(shù)字化變電站技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用情況，適時(shí)推動(dòng)35 kV 變電站的數(shù)字化建設(shè)。

（4）與變電站的三維設(shè)計(jì)和數(shù)字化移交相結(jié)合，配合狀態(tài)檢修手段，實(shí)現(xiàn)變電站的全生命周期管理。

5 結(jié)束語(yǔ)

變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是變電站無(wú)人值守的主要技術(shù)基礎(chǔ)。對(duì)微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究，確定技術(shù)改造的路線，是變電站無(wú)人值守改造的關(guān)鍵。目前的技術(shù)方案在油田變電站無(wú)人值守改造中得到了廣泛的應(yīng)用和推廣，取得了良好的應(yīng)用效果。同時(shí)我們還應(yīng)該看到，由于企業(yè)電網(wǎng)的特殊性，目前的無(wú)人值守變電站改造和設(shè)計(jì)是在現(xiàn)有變電站建設(shè)現(xiàn)狀和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，因地制宜提出適合大慶油田現(xiàn)狀的改造方案。隨著油田變電站無(wú)人值守運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)積累、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步、新技術(shù)成果的不斷涌現(xiàn)，變電站無(wú)人值守作為油田數(shù)字化的一部分，隨著油田數(shù)字化推進(jìn)產(chǎn)生的新需求，未來(lái)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)革新和改造還會(huì)有更多的現(xiàn)實(shí)需求。