隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，各地區(qū)電網(wǎng)都在建設(shè)和實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班變電站。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是新建無(wú)人值班變電站的發(fā)展主流，且技術(shù)已日益成熟，特別是分層分散分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)更以其卓越的性能受到廣泛的歡迎，而且已經(jīng)為電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)揮了巨大作用。本文以長(zhǎng)沙馬王堆變電站為例，采用由法國(guó)施耐德電氣公司的Sepam數(shù)字式微機(jī)保護(hù)所組成的分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，分析了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從應(yīng)用設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、運(yùn)行管理出發(fā)，論述了當(dāng)今變電站自動(dòng)化建設(shè)中的實(shí)情和發(fā)展趨勢(shì)。
1 Sepam系統(tǒng)的特點(diǎn)
1.1 系統(tǒng)的組成
Sepam系統(tǒng)由Sepam數(shù)字式微機(jī)保護(hù)單元和ISIS監(jiān)控系統(tǒng)單元組成。ISIS監(jiān)控系統(tǒng)的核心是ES1000監(jiān)控系統(tǒng)軟件，其中ISIS監(jiān)控系統(tǒng)主要由中央計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)和Sepam保護(hù)單元三大部分組成。Sepam系統(tǒng)的數(shù)字式微機(jī)保護(hù)單元，主要由Sepam2000，Sepam1000，Sepam100三大類型所組成，且每一種類型有多種可供選擇的型號(hào)，以適應(yīng)不同電壓等級(jí)不同保護(hù)方式、保護(hù)類型的需要。Sepam2000主要用于主設(shè)備保護(hù)，Sepam1000主要用于母線保護(hù)(本例中110kV終端站未用母線保護(hù)功能)及電流互感器、電壓互感器測(cè)量監(jiān)視，Sepam100用來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬圖顯示和實(shí)現(xiàn)就地及遠(yuǎn)方控制之間的切換用。
1.2 系統(tǒng)的特點(diǎn)
Sepam系統(tǒng)功能強(qiáng)大，可以完成各種電壓等級(jí)下的保護(hù)、控制、監(jiān)控、PLC(可編程)、四遙、報(bào)警、事件記錄等功能。保護(hù)功能先進(jìn)、可靠、全面。為了查找故障原因及了解故障的嚴(yán)重程度，能提供跳閘時(shí)每相及接地故障電流值；根據(jù)開關(guān)檢修及預(yù)試周期的特點(diǎn)，能記錄開關(guān)動(dòng)作次數(shù)，以便及時(shí)查詢哪臺(tái)開關(guān)需要檢修。大屏幕高清晰度的液晶顯示，能顯示和查找各種電量參數(shù)和非電量信息；故障顯示通過(guò)每相跳閘電流的讀取和貯存顯示故障相。設(shè)置獨(dú)有的EMS(電磁兼容)板，即使在有強(qiáng)干擾的環(huán)境下(如HV變電站)也能安全可靠運(yùn)行，全面符合IEC標(biāo)準(zhǔn)；使它能夠在變電站內(nèi)采用高級(jí)的數(shù)字技術(shù)而不需要采用任何防護(hù)措施。帶電時(shí)每個(gè)端子之間都是互不連接的，維護(hù)簡(jiǎn)單，定值整定和測(cè)試非常方便。控制邏輯功能強(qiáng)大，通過(guò)簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)定就能滿足多種應(yīng)用模式的需要。特別是設(shè)有具有強(qiáng)大內(nèi)置的PLC，使得變換設(shè)置更靈活。本系統(tǒng)具有連續(xù)動(dòng)態(tài)自檢能力的智能電子裝置，輸入輸出接點(diǎn)的數(shù)量可通過(guò)加裝擴(kuò)展板來(lái)實(shí)現(xiàn)，讀取數(shù)據(jù)可以帶有相位，給運(yùn)行、維護(hù)人員帶來(lái)了極大的方便。由于通常保護(hù)CT需要大飽和倍數(shù)，正常測(cè)量精度不能滿足準(zhǔn)確的控制、測(cè)量和報(bào)警的要求，而測(cè)量CT低飽和倍數(shù)難以滿足保護(hù)大過(guò)流倍數(shù)的要求，因此Sepam以基于特殊的Rogo Wski線圈原理制作的CSP線圈的電流互感器(無(wú)磁芯)，可以提供很寬的動(dòng)態(tài)范圍和突出的線性度。ES1000軟件功能強(qiáng)大，圖形界面清晰，人機(jī)界面友好，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和測(cè)量值的監(jiān)視，具有實(shí)時(shí)和對(duì)過(guò)去運(yùn)行趨勢(shì)曲線圖的自動(dòng)跟蹤記錄等功能；運(yùn)行過(guò)程中的報(bào)警顯示、顯示打印和運(yùn)行報(bào)告登錄，對(duì)各部件進(jìn)行遙控，故障后的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)重構(gòu)，根據(jù)用戶付費(fèi)進(jìn)行能量管理，對(duì)不同地點(diǎn)的用戶進(jìn)行費(fèi)用分配。
2 應(yīng)用設(shè)計(jì)分析
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想
Sepam系統(tǒng)是一個(gè)完整的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)，除在各控制保護(hù)單元保留緊急手動(dòng)操作跳、合閘手段外(本例用Sepam100作模擬圖功能顯示和實(shí)現(xiàn)就地及遠(yuǎn)方切換)，其余全部的控制、監(jiān)控、測(cè)量和報(bào)警功能均可通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)ISIS完成，變電站無(wú)需另設(shè)遠(yuǎn)動(dòng)終端設(shè)備(RTU)，監(jiān)控系統(tǒng)完全滿足“四遙”的功能及無(wú)人值守的需要。
從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，該系統(tǒng)具有以下特征：
(1)分布式設(shè)計(jì)
系統(tǒng)采用模塊化，分布式開放結(jié)構(gòu)，確保各控制保護(hù)功能的可靠性及系統(tǒng)的可升級(jí)性，各控制保護(hù)功能均分布在開關(guān)柜或盡量靠近開關(guān)的控制保護(hù)柜上，主變中的主、后備保護(hù)分離，備自投都集中組屏在控制室里，所有的控制、保護(hù)、測(cè)量、告警等信號(hào)均在就地單元內(nèi)處理成數(shù)據(jù)信號(hào)后，經(jīng)由RS-485通信接口，通過(guò)專用通信電纜傳輸至主控室的監(jiān)控計(jì)算機(jī)，各就地單元相互獨(dú)立，不會(huì)相互影響，保護(hù)功能完全不依賴于監(jiān)控計(jì)算機(jī)。增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可用性，整個(gè)系統(tǒng)把各饋線、站用變、主變、直流電源系統(tǒng)、電容器綜合補(bǔ)償裝置、防火消防與監(jiān)控計(jì)算機(jī)相聯(lián)，形成一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。如圖1所示。
圖1 馬王堆110kV變電站網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖
Fig.1 Network system diagram of Mawangdui
110kV substation
(2)簡(jiǎn)單可靠
由于采用可直接安裝于開關(guān)柜和靠近開關(guān)的控制保護(hù)柜上的集成化就地控制保護(hù)單元，簡(jiǎn)化了二次接線，開關(guān)室或開關(guān)場(chǎng)與主控制室之間僅有通信屏蔽電纜連接，使控制電纜減少到最低限度，并有很強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
(3)可擴(kuò)展性
系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方式，充分考慮今后變電站規(guī)模及功能擴(kuò)充的需要，當(dāng)變電站規(guī)模和系統(tǒng)擴(kuò)大時(shí)，就容易通過(guò)增加就地控制保護(hù)單元的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的拓展，使系統(tǒng)逐步擴(kuò)充和完善。
(4)系統(tǒng)兼容性好
系統(tǒng)由標(biāo)準(zhǔn)化的軟、硬件組成，數(shù)據(jù)庫(kù)用類似于工業(yè)BASIC語(yǔ)言集成，數(shù)據(jù)庫(kù)函數(shù)功能強(qiáng)大靈活，并配有標(biāo)準(zhǔn)的RS-485串行通信接口，專用智能通信卡applicom，規(guī)約轉(zhuǎn)換器，調(diào)制解調(diào)器，Sepam數(shù)字式微機(jī)保護(hù)裝置用的通信聯(lián)接盒CCA609，通信保護(hù)鍵dongle，用戶可按照站內(nèi)的需要靈活配置，組成一個(gè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)軟件也能容易適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展。
(5)經(jīng)濟(jì)性
由于極大限度地簡(jiǎn)化了二次接線和二次設(shè)備的配置，大大減少了主控室和保護(hù)室的面積，消除了控制電纜及電纜層，提高了系統(tǒng)的易維護(hù)性，因而可顯著地降低變電站的綜合造價(jià)。
2.2 系統(tǒng)的功能
系統(tǒng)與用戶之間的交互界面為視窗圖形化顯示，利用鼠標(biāo)控制所有功能鍵等標(biāo)準(zhǔn)方式，使操作人員能直觀地進(jìn)行各種操作，系統(tǒng)所用的程序菜單為樹狀結(jié)構(gòu)，用戶利用菜單可以容易到達(dá)各個(gè)控制畫面，每個(gè)菜單的功能鍵上均有清楚的文字說(shuō)明以及所要到達(dá)的畫面，所有系統(tǒng)的原數(shù)據(jù)，均為實(shí)時(shí)采集并來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的就地控制保護(hù)單元，經(jīng)由串行通信接口傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)作處理顯示。為了防止誤操作，實(shí)現(xiàn)了權(quán)限管理，通過(guò)給予操作人員不同的登錄密碼，系統(tǒng)可把各用戶分成不同級(jí)別，不同級(jí)別用戶擁有不同的權(quán)限，系統(tǒng)應(yīng)用程序的每一項(xiàng)功能均能按用戶要求及系統(tǒng)設(shè)計(jì)而改編，以便于修改和符合實(shí)際需要。
3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試運(yùn)行情況分析3.1 調(diào)試驗(yàn)收初期情況
按照技術(shù)協(xié)議和系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)，Sepam綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行階段時(shí)發(fā)現(xiàn)了存在的問題。如Sepam2000中PLC芯片燒壞；開關(guān)作傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，從一次側(cè)、二次側(cè)升流到過(guò)流狀態(tài)時(shí)，開關(guān)跳閘，其跳閘電流反應(yīng)較慢；速斷動(dòng)作時(shí)，電流在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上根本不顯示，且不能顯示故障屬于哪一段、哪一相等信息；保護(hù)控制回路電源與開關(guān)機(jī)構(gòu)控制回路電源不獨(dú)立；電壓切換時(shí)或有極短暫的交流失壓時(shí)，監(jiān)控計(jì)算機(jī)有死機(jī)現(xiàn)象。
根據(jù)這些現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)詳細(xì)認(rèn)真的分析，發(fā)現(xiàn)Sepam2000中的PLC燒壞與開關(guān)的彈簧機(jī)構(gòu)是否蓄能到位有關(guān)。因原設(shè)計(jì)中，只考慮到Sepam2000裝置中有ESB出口的PLC板，其中設(shè)有防跳繼電器和出口中間繼電器的功能，而實(shí)際情況是開關(guān)機(jī)構(gòu)采用的是彈簧機(jī)構(gòu)，由于彈簧機(jī)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用不多，加之國(guó)產(chǎn)的工藝質(zhì)量達(dá)不到完全可靠的要求，特別是蓄能變位靈敏性能不高，從彈簧蓄能到完全儲(chǔ)能具有明顯的時(shí)間差異，使得開關(guān)的輔助常開常閉觸點(diǎn)動(dòng)作不能及時(shí)到位，最終靠Sepam2000中的PLC的電子觸點(diǎn)來(lái)斷弧，從而造成Sepam2000PLC芯片燒壞。
針對(duì)這種情況，提出了解決問題的兩種途徑：一是更換開關(guān)的彈簧機(jī)構(gòu)，采用ABB公司的產(chǎn)品。這種辦法由于費(fèi)用太高，不可取。二是采用外掛繼電器的辦法，增設(shè)1個(gè)防止跳躍的集成電路中間繼電器、1個(gè)檢測(cè)彈簧機(jī)構(gòu)是否儲(chǔ)能的中間繼電器、1個(gè)跳閘繼電器和1個(gè)合閘繼電器。通過(guò)采用微機(jī)繼電保護(hù)綜合測(cè)試儀對(duì)每個(gè)開關(guān)保護(hù)單元做了傳動(dòng)試驗(yàn)，結(jié)果能滿足保護(hù)校驗(yàn)規(guī)程的要求。改造設(shè)計(jì)后的裝置，經(jīng)過(guò)一年多的操作和運(yùn)行，證明是可靠的。
其余缺點(diǎn)是由于通信通道和通信程序的問題，以及Sepam2000數(shù)字式微機(jī)保護(hù)裝置中重合閘的時(shí)間計(jì)數(shù)器中各種時(shí)間參數(shù)設(shè)置不合理造成的，交流失壓在加裝UPS后恢復(fù)正常。
3.2 系統(tǒng)性能綜合缺陷
無(wú)瞬時(shí)報(bào)警畫面切換顯示。系統(tǒng)通信中采用1801polling方式與調(diào)度通信，并采用JBUS規(guī)約與當(dāng)?shù)貎膳_(tái)applicom通信卡進(jìn)行通信。由于1801規(guī)約的容量限制，不能傳送全部變位數(shù)據(jù)信息，只能折中地采用掛葫蘆的方式，程序中字節(jié)實(shí)施壓縮技術(shù)。通信接口采用RS-485。由于RS-485接口網(wǎng)絡(luò)上只能有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)，無(wú)法構(gòu)成多主冗余系統(tǒng)，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性差。數(shù)據(jù)通信方式是命令響應(yīng)式，從節(jié)點(diǎn)只能在收到主節(jié)點(diǎn)的命令后才能響應(yīng)，一些重要的變位信息得不到及時(shí)上送，使得系統(tǒng)靈活性差、實(shí)時(shí)性差、糾差能力也差。
3.3 運(yùn)行狀況
經(jīng)過(guò)一年多的運(yùn)行，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，操作靈活可靠，實(shí)現(xiàn)了真正的無(wú)人值守，起到了城區(qū)110kV無(wú)人站示范作用，為今后變電站自動(dòng)化和無(wú)人值守變電站的建設(shè)積累了經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了運(yùn)行、檢修人員。
4 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)隨著計(jì)算技術(shù)的發(fā)展而日新月異，基于電力系統(tǒng)技術(shù)的要求和特點(diǎn)，發(fā)展的趨勢(shì)是：
(1)對(duì)中、低壓變電站，保護(hù)和控制要求應(yīng)盡量綜合統(tǒng)一；
(2)對(duì)高壓、超高壓中心樞紐站，保護(hù)和控制必須具有相對(duì)的獨(dú)立性；
(3)自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具有很強(qiáng)的軟、硬件兼容性和可升級(jí)性，以適應(yīng)計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)的高速發(fā)展，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用分散式、開放式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并具有易于擴(kuò)充的功能。
(4)采用和跟蹤基于ATM的通信網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)，采用智能電子規(guī)約轉(zhuǎn)換器，以適應(yīng)internet/intranet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)與國(guó)際規(guī)約IEC870-5系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)
