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簡(jiǎn)介：介紹了一個(gè)市區(qū)無人值守110kV變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、布置及功能特點(diǎn)。提出并闡述在設(shè)計(jì)綜合變電站自動(dòng)化系統(tǒng)工程中，監(jiān)控系統(tǒng)的選用、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定、間隔單元性能的選擇以及與電氣一次設(shè)計(jì)的配合方面應(yīng)考慮的問題及要求。

關(guān)鍵字：變電站，變電站自動(dòng)化，無人值守，設(shè)計(jì)

1 引言

　　110kV文慶變電站位于佛山市城區(qū)，建設(shè)規(guī)模為50MVA主變2臺(tái)及相應(yīng)的無功補(bǔ)償電容器組，110kV出線2回，10kV出線20回，110kV主接線采用線路—開關(guān)—變壓器組接線方式，10kV主接線為單母分段，采用全戶內(nèi)布置形式，建筑面積為1081m2，征地面積僅845m2。全站利用了目前國(guó)內(nèi)較成熟、先進(jìn)的變、配電設(shè)備及變電站自動(dòng)化技術(shù)成果，在設(shè)備先進(jìn)與占地少、投資省、運(yùn)行費(fèi)用低和可靠性高之間取得較滿意的平衡和統(tǒng)一。文慶站也是佛山市區(qū)首座采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的110kV無人值守變電站，為將來110kV無人值守變電站的建設(shè)提供了一種模式。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)

　　2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　文慶站自動(dòng)化系統(tǒng)選用的是南瑞系統(tǒng)控制公司的BJ－3型變電站綜合自動(dòng)化產(chǎn)品。該系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)模式，屬分層分布式系統(tǒng)。三層結(jié)構(gòu)即站控層、通訊層和間隔層：站控層由監(jiān)控工作站、繼保工作站組成，完成變電站的監(jiān)視、操作、控制及變電管理功能；通訊層采用TK3201通訊控制工作站，它具有多個(gè)通信口與遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心、站控層、間隔層及GPS連接，建立起一套完整的通信網(wǎng)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；間隔層即繼電保護(hù)、智能測(cè)控裝置層，它獨(dú)立完成間隔層的保護(hù)、測(cè)量、控制和通信等功能。兩層網(wǎng)即是通訊層分別與站控層、間隔層組成的以太網(wǎng)和RS422/485及LonWorks現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)。

　　2.2系統(tǒng)組柜及布置

　　文慶站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用分散與集中相結(jié)合的布置方式，10kV部分的保護(hù)及測(cè)控裝置、電能表分散安裝于各間隔開關(guān)柜。這種分散布置既減少了二次設(shè)備室柜位，又節(jié)省了控制電纜。

　　主變保護(hù)及測(cè)控裝置需專門組柜，將組柜布置于主變變高GIS就地柜旁是可以的，但對(duì)減小占地面積及節(jié)省控制電纜不明顯?？紤]到二次設(shè)備室環(huán)境條件較優(yōu)越及主變保護(hù)及測(cè)控裝置的復(fù)雜性，將主變保護(hù)柜及計(jì)量柜布置于二次設(shè)備室。主變及其兩側(cè)間隔的測(cè)控裝置與全站公共設(shè)備的測(cè)量及信號(hào)采集插箱共組一柜，通訊控制工作站及遙控輸出插箱組一柜，而監(jiān)控工作站及繼保工作站置于專用電腦臺(tái)，連同交、直流柜和自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧線圈控制柜一起布置于二次設(shè)備室。二次設(shè)備室總共只需布置10柜1臺(tái)。

　　2.3系統(tǒng)主要功能特點(diǎn)

　　2.3.1通訊控制工作站

　　通訊控制工作站TK3201是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信層的核心，它由嵌入式PC104、網(wǎng)卡、智能通訊卡、調(diào)制解調(diào)器、GPS及接口、電源模塊等組成。它完成常規(guī)電氣量、非常規(guī)電氣量及微機(jī)保護(hù)信號(hào)的采集與處理；傳輸與修改保護(hù)裝置工作狀態(tài)及定值；接收遙控命令，實(shí)施控制操作；接收對(duì)時(shí)命令進(jìn)行對(duì)時(shí)；向調(diào)度控制中心傳送所采集的各種信息；與通訊管理機(jī)RCS－9692、直流系統(tǒng)、小電流接地選線裝置、多功能電能表等接口通訊等。TK3201還具有必須的人機(jī)聯(lián)系及維護(hù)手段。

　　TK3201經(jīng)兩路光纖通信通道接至佛山地調(diào)控制中心，通信規(guī)約為DNP3.0。

　　2.3.2監(jiān)控工作站

　　監(jiān)控工作站采用一臺(tái)CPU為PⅢ500的DELL計(jì)算機(jī)構(gòu)成，監(jiān)控軟件基于WindowsNT操作系統(tǒng)平臺(tái)。它替代了傳統(tǒng)變電站控制屏的信號(hào)、表計(jì)及操作等功能。由它實(shí)現(xiàn)的SCADA功能包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、報(bào)警處理、控制操作(包括VQC功能)、運(yùn)行記錄、人機(jī)聯(lián)系、制表及打印、設(shè)備自診斷及自動(dòng)恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫維護(hù)等。

　　2.3.3主變保護(hù)及測(cè)控

　　主變保護(hù)為L(zhǎng)FP－900系列微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，各裝置通過RCS－9692通信控制單元與TK3201通訊控制工作站通信。RCS－9692的功能是完成通信轉(zhuǎn)接和規(guī)約轉(zhuǎn)換。保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)經(jīng)通信口上送，也可以在保護(hù)工作站對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行管理?？紤]到保護(hù)裝置直流電源掉電后，裝置的通信功能將不能正常工作，故將能反映直流電源消失的控制回路斷線信號(hào)接點(diǎn)用電纜引至主變綜合采集插箱，作為遙信點(diǎn)之一。

　　主變本體及高低壓側(cè)間隔的測(cè)控功能，除了本體信號(hào)經(jīng)主變保護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)至系統(tǒng)通信網(wǎng)外，其余測(cè)量、信號(hào)及控制功能由主變綜合采集插箱及線路測(cè)控插箱實(shí)現(xiàn)。

　　2.3.410kV間隔保護(hù)及測(cè)控

　　10kV間隔的保護(hù)及測(cè)控裝置選用南瑞繼保公司的RCS－9000系列分散式保護(hù)測(cè)控裝置。該裝置是具有保護(hù)、遙測(cè)、遙控、遙信功能的“四合一”裝置，但其保護(hù)功能仍具有獨(dú)立性，這體現(xiàn)在硬件上所具有的獨(dú)立的輸入輸出回路及操作回路，軟件上保護(hù)模塊與其他模塊完全分開，且程序安排先啟動(dòng)后測(cè)量。此外保護(hù)功能也完全不依賴通訊網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)癱瘓與否不影響保護(hù)正常運(yùn)行。

文慶站RCS－9000系列保護(hù)測(cè)控裝置與RCS－9692通信控制單元經(jīng)其通信口組成現(xiàn)場(chǎng)總線型通信網(wǎng)，RCS－9692的監(jiān)控口再與TK3201通訊控制工作站接口通信。通過所形成的通訊網(wǎng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)及測(cè)控信息的傳遞，簡(jiǎn)化了二次電纜，減輕了CT、PT的負(fù)荷及施工難度。此外采用現(xiàn)場(chǎng)總線型通信網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化了組態(tài)、設(shè)計(jì)和安裝，提高了系統(tǒng)性能。

　　2.3.5控制和閉鎖

　　文慶站的斷路器、主變OLTC及中性點(diǎn)地刀的人工控制可在遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心、站內(nèi)監(jiān)控主站、保護(hù)柜或開關(guān)柜執(zhí)行控制操作，但同一時(shí)間內(nèi)只允許其中一種方式有效。監(jiān)控主站實(shí)現(xiàn)的VQC自動(dòng)控制和人工控制在同一時(shí)間內(nèi)也只能設(shè)定其中一種方式有效。監(jiān)控主站軟硬件具有閉鎖邏輯判斷和操作權(quán)限管理，防止誤操作斷路器事故的發(fā)生。至于全站所有隔離刀閘、接地刀閘的防誤操作閉鎖，則采用簡(jiǎn)單可靠的電氣聯(lián)鎖或機(jī)械閉鎖措施。

3 幾點(diǎn)設(shè)計(jì)體會(huì)

　　3.1監(jiān)控系統(tǒng)的選用

　　成熟可靠的后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。隨著自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，性能越來越高和多樣化的系統(tǒng)層出不窮。選擇時(shí)要注意考慮以下幾方面：

　　a)先進(jìn)性與可靠性。在變電站自動(dòng)化技術(shù)日新月異的今天，仍應(yīng)把系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性放在第一位。盡量選用經(jīng)過鑒定的、有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的適用產(chǎn)品和技術(shù)。文慶站采用了交流采樣技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了二次設(shè)備配置，減輕了CT、PT負(fù)載，消除了零漂；

　　b)完整性和開放性。系統(tǒng)功能的完整性及數(shù)據(jù)庫的開放性都是重要的選擇條件。在功能完整性方面，除實(shí)現(xiàn)“四遙”功能和變電管理功能外，要注意考慮系統(tǒng)是否利用了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)電壓無功控制(VQC)、小電流接地選線、防誤操作、合閘同期檢測(cè)、設(shè)備壽命管理等功能。數(shù)據(jù)庫的開放性則便于日后升級(jí)擴(kuò)容、修改運(yùn)行數(shù)據(jù)及二次開發(fā)等，而使原有軟硬件資源得到保護(hù)；

　　c)人機(jī)界面?，F(xiàn)有運(yùn)行維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)大多基于常規(guī)二次設(shè)備，因此系統(tǒng)軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)的界面是否簡(jiǎn)單、直觀、易操作也是考察系統(tǒng)的重要方面。

　　3.2系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定

　　在變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中常用的串行通信接口RS－232C、RS－422/485具有接口標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和方便眾多智能設(shè)備接口的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是RS－232C通信有效距離短，而RS－485總線為主從結(jié)構(gòu)，主站點(diǎn)工作繁忙時(shí)影響系統(tǒng)性能。隨著分散分布式系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線型通信方式得到應(yīng)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)是一種多點(diǎn)共享的廣播通信信道網(wǎng)，較點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信信道網(wǎng)為優(yōu)。當(dāng)然總線型網(wǎng)需要有控制單元解決兩個(gè)以上結(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息的沖突。文慶站自動(dòng)化系統(tǒng)是分散與集中布置相結(jié)合的分層分布式系統(tǒng)，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了現(xiàn)場(chǎng)總線型與一對(duì)一串行通信共存的模式，有效地保障了通信速率和資源共享。

　　3.3間隔單元功能與性能選擇

　　按一次設(shè)備為單位分散布置的保護(hù)及監(jiān)控單元裝置有兩種模式：保護(hù)獨(dú)立而控制、測(cè)量、信號(hào)合一模式和保護(hù)、控制、測(cè)量、信號(hào)“四合一”模式，兩種模式下保護(hù)功能都要求能獨(dú)立完成。對(duì)于安裝于開關(guān)柜的10kV保護(hù)及監(jiān)控單元宜選擇“四合一”模式，但電能計(jì)量需另設(shè)專用表計(jì)。集中布置的保護(hù)及測(cè)控裝置(如主變間隔)可選擇保護(hù)、測(cè)控裝置分開的模式，因?yàn)榭蛇x擇的現(xiàn)有裝置較成熟可靠。

　　保護(hù)單元的功能要滿足間隔的保護(hù)功能配置要求，并能接收與執(zhí)行上位機(jī)下發(fā)的保護(hù)定值修改，發(fā)送保護(hù)裝置的工作臺(tái)信息、告警信息、動(dòng)作信息及自檢信息，與上級(jí)對(duì)時(shí)，裝置復(fù)歸，當(dāng)?shù)仫@示等。監(jiān)控單元的基本功能為遙測(cè)量采集及計(jì)算，遙信采集及處理，遙控命令接收與執(zhí)行，與保護(hù)單元通信(當(dāng)與保護(hù)單元相對(duì)獨(dú)立時(shí))，定時(shí)自檢及當(dāng)?shù)仫@示。

　　分散布置的保護(hù)及監(jiān)控單元裝置要注意是否適合安裝現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、電磁感應(yīng)、雷電流、振動(dòng)等因素。

　　3.4與電氣一次設(shè)計(jì)的配合

　　無人值守變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的成功實(shí)施，很大程度上依賴電氣一次設(shè)備的可靠性，在可能的條件下應(yīng)選用可靠的一次設(shè)備和盡量簡(jiǎn)化主接線的設(shè)計(jì)。主接線應(yīng)在滿足供電規(guī)劃的條件下減少電壓層次和簡(jiǎn)化，并有利于遠(yuǎn)方控制要求。一次設(shè)備除主變外宜采用無油防爆和免維護(hù)或少維護(hù)量的設(shè)備(如GIS、SF6系列、免維護(hù)蓄電池組)。主變中性點(diǎn)地刀應(yīng)采用電動(dòng)刀閘以滿足遠(yuǎn)方設(shè)退主變的要求。站用電源系統(tǒng)應(yīng)完善可靠，雙電源應(yīng)互為自動(dòng)備用投入。此外，電氣布置應(yīng)在滿足有關(guān)規(guī)程要求的基礎(chǔ)上，盡量減少占地面積和建筑面積，市區(qū)變電站更是如此。而分散式綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，為減少占用面積創(chuàng)造了一定的有利條件。

4 結(jié)語