变电站综合自动化及其发展
引言 随着供用电技术的发展, 我国城网和农网技术改造正在逐步全面展开。由于计算机技术、通信技术、信息检测与信号处理技术的应用日趋成熟, 在最近几年设计和投运的变电站中, 已逐步采用了微机继电保护、微机故障录波、微机远动和就地微机监测等装置, 使我国变电站的自动化水平有了很大提高。但由于专业分工的制约, 开发装置时缺乏统一的设计和整体综合考虑。虽然每个单台装置在性能上比原有设备有很大的提高, 但从整体上看, 所带来的综合效果并不明显。由于各型微机装置在技术上和功能上仍保持相对独立, 导致功能重复出现, 设备重复配置问题比较严重, 并造成了二次接线复杂化, 投资量增加。针对微机技术在我国变电站中应用和自动 化装置的投入所存在的未能充分发挥效益等问题, 本文对微机自动化装置和变电站一次系统进行综合设计, 使变电站具有一套能完成多种功能, 信息共享, 减少设备重复设置, 节省投资的综合自动化系统。
一、国内外变电站综合自动化发展状况
变电站综合自动化系统是利用微机技术, 将变电站的控制、测量、信号传输处理、继电保护、故障录波、远动等功能溶为一体的多机共享系统。由此可见, 它能够减少硬件, 提高设备的利用率, 简化二次接线, 使变电站主控室面积和成本降低, 大量节省投资, 克服以往计算机技术在变电站单一功能的缺点和不足。变电站综合自动化系统所能完成的主要功能包括: 数据采集、继电保护、参数监测、运行控制、信息远传、事件记录、事故报警、故障录波测距、自动电压无功控制、自动低周减载及系统自检等。一些发达国家早在70 年代末就开始了变电站综合自动化的研究工作, 至今已取得了重大进展。目前以西门子公司为代表的最先进的完全分散式控制系统, 适用于35～500 kV 的各级变电站, 其特征是以“单元”为基本部件, 各“单元”分散布置在各电压等级的一次开关场附近, 每个“单元”将数据采集、继电保护、参数监测、运行控制、故障记录和录波等多功能集于一体, 利用串行口通过电缆或光缆发送到变电站的中心计算机(有的变电站已无主控室) , 同时各单元接收中心计算机发来的控制命令并执行。本系统的最大特点是扩充方便, 传输数据抗电磁场干扰能力强, 利用远动接口可实现无人值守。该系统的出现将完全改变常规变电站的设备布置方式和运行方式, 使变电站的二次接线概念彻底改观, 是对变电站的一次彻底革命。我国关于变电站综合自动化的研究起步于80 年代后期, 但发展很迅速。目前全国有近500 多座综合自动化变电站已投运或即将投运, 但有的结构还基本上是集中式, 也没有使用光纤传输数据以防止变电站的
强电磁干扰, 同时缺乏故障录波和测距功能, 因而必须采用单独的故障录波装置来解决这一问题。而微机继电保护也是和其他部分分开的独立系统, 只是在保护装置和综合系统的数据采集装置间用串行口通讯方式进行信息交换。近几年, 分层、分布式的综合自动化系统有的已开发并在试运行。
二、几种变电站综合自动化的方案比较
变电站综合自动化系统是根据主变压器电压等级和容量、运行值班方式、变电站的重要程度以及投资的大小, 在结构上可以有多种模式, 其主要差异如下: (1) 主机的备份台数与切换; (2) 主机与前置机的联接; ( 3) 微机保护采用CPU 分布方式或采用有备份的CPU 集中方式; (4) 分散布置式。根据以上情况并结合我国变电站综合自动化技术的现状及发展情况, 下面按照计算机的配置方式提出几种结构类型进行比较。
2.1 集控式
集控式综合自动化系统方案, 由3 台微机组成, 其中巡检机负责显示、打印制表、小电流接地系统单相接地故障探测等功能; 主保护机完成对主变压器、补偿电容器及全部线路的微机保护; 控制微机根据运行中电压和无功情况实现对主变压器有载调压分接开关的自动切换以及补偿电容器自动投切, 从而完成对电压和无功的综合自动控制, 同时还兼作主保护机的热备用。该系统的主要特点是结构简单, 造价低, 可靠性高。但其功能不够齐全, 扩充困难, 因此, 该系统主要适合于小规模的变电站。
2.2 双机切换式
双主机式综合自动化系统方案, 主要由主机、前置机和微机保护3 部分组成。其中主机负责采集接受处理变电站来自电气一次系统的各种输入信号, 进行显示和打印、小电流接地系统单相地故障探测、电压无功自动控制、直流接地选择。在线绝缘监察等功能也由主机的程序来实现。正常运行时, 1 台主机负责数据处理, 显示和运行操作。另1 台主机负责打印制表, 当其中1 台运行故障时, 另1 台由软件自动切换承担全部工作。如果配上操作指导专家系统软件后, 正常运行时负责打印制表的那台主机还可以运行操作、指导事故处理和打印操作票, 有利于值班人员准确地处理事故和提高运行水平。前置机主要负责采集模拟量、开关量、脉冲量、及保护动作信号, 并进行处理和记录, 将有关信息转发给主机或调度, 同时接收主机的键盘命令或调度的遥控命令, 并通过控制回路执行。微机保护部分可实现线路、主变压器、电容器组等的继电保护功能, 此外还具有自动重合闸、备用电源自动投入、自动低周减负荷以及故障记录等附加功能, 所记录信息传给前置机。该系统的最大特点是综合程度高, 功能齐全, 操作灵活, 具备无人值班的运行条件, 具有很高的性能价格比, 适用于各电压等级的变电站。根据变电站的重要程度, 这种方案也可采
用单主机方案。
2.3 总线结构式
分布式微机综合自动化系统, 采用多台STD 工业总线标准微机组成, 各微机间采用总线联接, 每台微机各实现一种或几种功能。其中监控主机负责数据处理、显示、打印报表和控制操作等功能。微机保护负责各自元件的继电保护和故障录波等功能; 采样机专门负责采集模拟量和开关量, 经处理后传至监控主机; 电度机专门负责采集脉冲电度量, 也经处理后传递至监控主机; 远传机专门负责为系统和上级调度中心的通信提供远传接口。该系统方案的优点是: 功能分散, 不会因一台微机故障而影响整个系统的运行, 具有较高的可靠性和较好的可扩性。当变电站规模扩大时, 可在总线上加装相应元件的微机保护装置和自动化装置等。该系统方案的缺点是系统的综合程度低, 性能价格比也低。
2.4 分散式
分散布置式方案是一种全新的变电站综合自动化系统, 与以上各方案相比, 最大的差异在于系统是以单元为主, 各单元集数据采集、继电保护、控制、故障记录和录波等多种功能于一身。各单元就地分散布置在相应一次设备附近, 全站与光纤通讯网络相连。主控制室中只放一台负责显示打印和运行操作的中央计算机和一台负责与上级调度进行通讯的微机远动装置, 既可在控制室进行当地控制, 也可在调度中心进行遥控。另外配自动摄像“电子眼”使该系统方案充分实现了“分散”和“共享”, 这是我国变电站综合自动化系统发展的方向。
三、结语
变电站综合自动化在一些新建变电站的运行中表明其技术先进、结构简单、功能齐全、安全可靠, 随着计算机技术、通信技术、信号采集和信号处理技术以及新的分析计算技术的发展, 尤其是一次电气设备的结构、被控程度和性能的提高, 我国的变电站综合自动化水平将有更广阔的发展前景。
