電力系統(tǒng)220kV變電站自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)與運(yùn)用

1、電力系統(tǒng) 220 kV 變電站自動(dòng)化技術(shù)設(shè)計(jì)與運(yùn)用電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展, 中壓變電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并已相繼成功投運(yùn), 充分顯示了變電站自動(dòng)化技術(shù)的日益成熟 , 從而進(jìn)一步推進(jìn)了220kV 無(wú)人值班變電站的實(shí)施應(yīng)用 , 以最大限度發(fā)揮計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能 , 實(shí)現(xiàn)減人增效 , 降低工程造價(jià) , 謀求最大經(jīng)濟(jì)效益。 但是 ,220kV 無(wú)人值班變電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目前尚缺乏相關(guān)的規(guī)程規(guī)范, 如何為 220kV 無(wú)人值班變電站配置最優(yōu)化、最為切實(shí)可行的監(jiān)控方案 , 值得設(shè)計(jì)人員給予充分的探討和研究, 簡(jiǎn)單地套用500kV 變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或常規(guī)RTU的模式是不可取的。變電站綜合自動(dòng)化

2、變電站綜合自動(dòng)化是指變電站二次系統(tǒng)通過(guò)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù), 實(shí)現(xiàn)集常規(guī)變電站控制、測(cè)量、信號(hào)、保護(hù)、計(jì)量、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)等功能于一體的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng), 它是一種新型的自動(dòng)裝置和系統(tǒng)。根據(jù)變電站在系統(tǒng)中的地位和作用, 其運(yùn)行管理模式可以是有人值班, 也可以是無(wú)人值班。有人值班的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)服務(wù)對(duì)象是站內(nèi)的運(yùn)行值班人員, 因此需配設(shè)功能強(qiáng)大的人機(jī)界面和相關(guān)的監(jiān)控應(yīng)用軟件 , 通過(guò) VDU導(dǎo)向的操作員工作站, 實(shí)時(shí)地向運(yùn)行人員顯示或打印詳細(xì)的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)以及事故報(bào)警信息提供有關(guān)參數(shù)的整定修改、軟硬件維護(hù)和操作指導(dǎo), 實(shí)現(xiàn)設(shè)備或系統(tǒng)的操作控制與監(jiān)視,

3、 為變電站的安全可靠運(yùn)行提供保證。無(wú)人值班變電站,無(wú)人值班變電站是指無(wú)固定值班人員在站內(nèi)進(jìn)行日常監(jiān)視與操作的變電站, 站內(nèi)主要設(shè)備的操作和監(jiān)控由中心控制站遠(yuǎn)方監(jiān)控系統(tǒng)或上級(jí)調(diào)度中心調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的四遙功能實(shí)現(xiàn)。變電站無(wú)人值班是一種運(yùn)行管理模式, 無(wú)人值班變電站可采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn), 也可采用常規(guī)二次設(shè)備和遠(yuǎn)動(dòng)終端裝置實(shí)現(xiàn)。采用無(wú)人值班的變電站, 不僅需提高站內(nèi)一、二次設(shè)備的可靠性和可控性 , 而且應(yīng)有運(yùn)行穩(wěn)定可靠的遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)或調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)和傳輸通道。采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電站的無(wú)人值班 , 不僅可合理配置變電站二次設(shè)備 , 防止功能重復(fù)設(shè)置 , 而且簡(jiǎn)化二次接線 , 縮短控制電纜用量

4、 , 降低造價(jià) , 并降低運(yùn)行費(fèi)用 , 有利于區(qū)域電網(wǎng)的安全穩(wěn)定控制 , 提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象不在變電站內(nèi) , 而是遠(yuǎn)方的中心控制站或調(diào)度中心 , 因此站內(nèi)簡(jiǎn)單的、單項(xiàng)的操作應(yīng)由基礎(chǔ)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn) , 而那些復(fù)雜的、涉及到系統(tǒng)運(yùn)行的操作則由遠(yuǎn)端控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。主要設(shè)計(jì)原則無(wú)人值班變電站綜合自動(dòng)化應(yīng)采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) , 按縱向分為間隔層設(shè)備和站控層設(shè)備 , 按橫向分為不同電壓等級(jí)的輸電線路、母線設(shè)備以及主變壓器等一次元件 , 根據(jù)面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想 , 將同一安裝單位的二次功能如測(cè)控、同期合閘、防誤操作閉鎖集成在間隔層測(cè)控單元實(shí)現(xiàn) , 從而間隔層設(shè)備所需配

5、置的功能只影響本單元, 以取得較好的獨(dú)立性和并發(fā)性能。系統(tǒng)方案配置以無(wú)人值班管理模式為原則 , 取消常規(guī)控制屏、模擬屏以及操作員工作站 , 以計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方遙控手段為主方式實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的監(jiān)視、測(cè)量、控制和運(yùn)行管理。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)按縱向分為變電站層和間隔層, 變電站層設(shè)置冗余的遠(yuǎn)動(dòng)終端和就地工作站, 布置在二次設(shè)備間。遠(yuǎn)動(dòng)終端將按照調(diào)度端和中心控制站要求的通信規(guī)約實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)信息的上傳, 并在遠(yuǎn)端對(duì)間隔層設(shè)備進(jìn)行管理和下發(fā)遙控、遙調(diào)命令。就地工作站配設(shè)簡(jiǎn)單的人-機(jī)界面 ,完成現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、巡回檢視、就地檢修維護(hù)功能, 并通過(guò)此站實(shí)現(xiàn)故錄和繼電保護(hù)信息至中調(diào)和地調(diào)的上送。間隔層測(cè)控設(shè)備應(yīng)按一次

6、設(shè)備布置配置,110kV 、 220kV宜按出線及母線設(shè)備間隔分別配置, 主變進(jìn)線宜按其三側(cè)信息量統(tǒng)一配置測(cè)控單元,10kV宜按每間隔配置測(cè)控、保護(hù)一體裝置。各測(cè)控裝置相對(duì)獨(dú)立, 完成就地設(shè)備信息的采集和處理、斷路器監(jiān)控及同期合閘等功能, 操作方式具備站內(nèi)設(shè)備就地操作、就地工作站操作和中心控制站遠(yuǎn)方操作相互閉鎖等功能 , 間隔層設(shè)備所配置的功能只影響本單元而獨(dú)立于其他單元 , 有較好的獨(dú)立性和并發(fā)性能, 提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng), 全冗余配置, 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為總線型, 連接變電站層和間隔層設(shè)備, 實(shí)現(xiàn)變電站層設(shè)備與間隔層各測(cè)控裝置等設(shè)備之間的通信, 傳輸運(yùn)行中的監(jiān)視和

7、控制信號(hào), 兩網(wǎng)互為備用。同時(shí)由于無(wú)人值班變電站的特點(diǎn), 電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、直流電源、交流不停電電源、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)以及安全警衛(wèi)等輔助系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)均應(yīng)受到遠(yuǎn)方監(jiān)視, 因此需設(shè)置全站公用的規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置, 各子系統(tǒng)以約定的規(guī)約及通信串口方式接入該裝置 , 以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制端的監(jiān)測(cè)和管理。同時(shí)由于間隔層測(cè)控及繼電保護(hù)裝置為下放布置方案,因此設(shè)備的電磁兼容性必須滿足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行要求。繼電保護(hù)配置考慮到繼電保護(hù)在系統(tǒng)運(yùn)行中的重要地位, 對(duì) 110kV、220kV 設(shè)備的保護(hù)裝置在現(xiàn)階段仍獨(dú)立設(shè)置, 按保護(hù)對(duì)象配置并單獨(dú)組屏, 實(shí)現(xiàn)就地分散布置, 直接輸入電流、電壓量,動(dòng)作后直接操作斷路器跳閘

8、, 與綜自系統(tǒng)完全獨(dú)立, 以保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。對(duì)10kV 低壓設(shè)備按保護(hù)、測(cè)控為一體化裝置設(shè)置 , 但應(yīng)要求多CPU配置 , 以保證監(jiān)控和保護(hù)的相對(duì)獨(dú)立性。保護(hù)動(dòng)作信號(hào)除測(cè)控單元直接采集外, 其他詳盡的保護(hù)信息如事件報(bào)告、自檢報(bào)告、定值修改及裝置投退情況等將通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置的通信接口接入全站統(tǒng)一設(shè)置的規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置 , 通過(guò)站內(nèi)以太網(wǎng)上送調(diào)度端。采集方式采集范圍應(yīng)根據(jù)中心控制站、調(diào)度端運(yùn)行管理要求以及站內(nèi)電氣設(shè)備的狀況為前提, 以滿足無(wú)人值班站遠(yuǎn)動(dòng)信息要求為原則 , 采集方式及采集內(nèi)容如下所述:(1) 模擬量信號(hào)采集在滿足測(cè)量精度的前提下優(yōu)先選擇交流采樣方式 , 非電量信號(hào)如主變油溫及繞組溫

9、度、GIS 的SF6 壓力等 , 一般可通過(guò)變送器采集。(2) 數(shù)字量信號(hào)采集方式分為兩種 , 主要保護(hù)動(dòng)作和重合閘動(dòng)作信號(hào)、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)及接地開(kāi)關(guān)位置信號(hào)、斷路器操作機(jī)構(gòu)故障信號(hào)、控制回路及電壓回路斷線信號(hào)、主變油位信號(hào)和變電站大門(mén)開(kāi)閉等信號(hào)以干接點(diǎn)、硬接線接入測(cè)控裝置 , 其他信息均以通信接口的接入方式通過(guò)智能接口裝置上傳。(3) 電能量信號(hào)分為關(guān)口點(diǎn)電能量和非關(guān)口點(diǎn)電能量。關(guān)口點(diǎn)電度表通過(guò)通信接口接入獨(dú)立裝設(shè)的電能計(jì)量子站后上送省調(diào) ; 非關(guān)口點(diǎn)電度表通過(guò)通信接口接入站監(jiān)控系統(tǒng)并上傳地調(diào) , 以滿足無(wú)人值班站各級(jí)運(yùn)行管理要求。其他信息包括主變有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)位置信號(hào) , 以 BCD 碼或

10、其他方式輸入。變電站層配置遠(yuǎn)動(dòng)終端遠(yuǎn)動(dòng)終端為雙機(jī)配置、主備通道、雙口調(diào)制解調(diào)器及防雷保護(hù)器 , 采用組柜方式。應(yīng)支持各種RTU遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約 , 具有向省調(diào)、地調(diào)及中心控制站傳送遙信、遙測(cè)信息, 接受遙控、遙調(diào)命令能力 ; 支持雙主機(jī)、雙通道自動(dòng)切換功能, 完成任一遠(yuǎn)動(dòng)終端和任一遠(yuǎn)動(dòng)通道組成的數(shù)據(jù)通信; 滿足直采直送的原則 , 直接從以太網(wǎng)上獲取間隔層測(cè)控裝置發(fā)出的數(shù)據(jù), 經(jīng)篩選、歸并后按調(diào)度端和中心控制站的要求建立遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)庫(kù);支持通過(guò)以太網(wǎng)以 TCP/IP 協(xié)議與站內(nèi)繼電保護(hù)和其他智能裝置 IED 的通信 , 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)等功能。就地工作站全站配置 1 臺(tái) , 采用高性能工控 PC 機(jī) ,

11、運(yùn)行 WindowsNT 操作系統(tǒng) , 秉承 WinNT占先式、實(shí)時(shí)多任務(wù)和多線程的優(yōu)點(diǎn) , 實(shí)現(xiàn)操作員工作站、工程師工作站和繼保故錄工作站的作用。在變電站調(diào)試和試運(yùn)行、巡回檢視以及就地維護(hù)和檢修期間 , 以該工作站為中心, 通過(guò)間隔層測(cè)控裝置采集現(xiàn)場(chǎng)的模擬量、數(shù)字量和電能量等信號(hào), 對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、計(jì)算 , 為操作人員提供各類畫(huà)面顯示、報(bào)表打印以及事件報(bào)警 , 實(shí)現(xiàn)對(duì)全部電氣設(shè)備的監(jiān)視、測(cè)量、控制、管理、記錄和報(bào)警功能 , 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓和無(wú)功控制功能 , 通過(guò)預(yù)設(shè)的控制策略或無(wú)功 - 電壓曲線 , 對(duì)相關(guān)測(cè)控裝置下達(dá)主變有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)位置的調(diào)整和低壓無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切命令。在正常運(yùn)行

12、時(shí) , 可通過(guò)一口或多口調(diào)制解調(diào)器實(shí)時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)調(diào)度端和中心控制站的召喚 , 實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)信息和故錄信息的上送。同時(shí)可方便系統(tǒng)工程師完成數(shù)據(jù)庫(kù)的定義、修改, 系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改 , 報(bào)表的制作、修改 , 網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和系統(tǒng)診斷以及遠(yuǎn)程維護(hù)等功能。同步衛(wèi)星時(shí)鐘GPS為保證對(duì)時(shí)精度 , 同步衛(wèi)星時(shí)鐘分別在變電站層和測(cè)控層設(shè)置。 GPS 應(yīng)具有通信接口、同步脈沖接口或其他形式的同步信號(hào)接口 , 以滿足站內(nèi)智能設(shè)備同步對(duì)時(shí)要求。系統(tǒng)采用軟硬結(jié)合的對(duì)時(shí)方案 , 通信接口與遠(yuǎn)動(dòng)終端相連 , 同步信號(hào)接口直接輸出至測(cè)控裝置、繼電保護(hù)裝置以及其他 IED 設(shè)備, 確保全站時(shí)鐘同步。間隔層配置測(cè)控裝置模塊化結(jié)構(gòu)

13、, 按間隔配置 , 組柜就地分散布置, 它包括測(cè)量輸入部件、遙控輸出部件、就地顯示和手動(dòng)控制部件以及網(wǎng)絡(luò)通信接口部件, 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理、同期、防誤操作閉鎖、自動(dòng)低壓低頻減載、同步對(duì)時(shí)和10kV 設(shè)備繼電保護(hù)及就地監(jiān)視和手動(dòng)控制功能。規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置全站集中設(shè)置1 臺(tái) , 選用高性能工控PC 機(jī), 完成測(cè)控網(wǎng)絡(luò)物理層硬件上的互連和物理層以上傳輸協(xié)議軟件的轉(zhuǎn)換,實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置、直流電源、UPS 等智能設(shè)備各類信息的上傳 , 滿足無(wú)人值班變電站運(yùn)行管理要求。根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則, 已有一些廣東、湖南等地的110kV、220kV 無(wú)人值班中低壓變電站綜自系統(tǒng)方案付諸于工程實(shí)踐,其主要特點(diǎn)說(shuō)明如下。網(wǎng)絡(luò)結(jié)

14、構(gòu)簡(jiǎn)化測(cè)控網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控系統(tǒng)的通信主干網(wǎng)絡(luò) , 采用了目前使用較為廣泛的以太網(wǎng)技術(shù) , 較現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化了前置層通信管理機(jī) , 不僅具有標(biāo)準(zhǔn)而成熟的軟硬件配置, 而且計(jì)算機(jī)接口簡(jiǎn)單高效 , 通信帶寬和傳輸速率大為提高 , 在系統(tǒng)的先進(jìn)性、開(kāi)放性、擴(kuò)展性及維護(hù)性等方面具有一定的優(yōu)越性。繼電保護(hù)和錄波信息的接入方式繼電保護(hù)裝置接入全站統(tǒng)一設(shè)置的規(guī)約轉(zhuǎn)換器, 采用與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)共網(wǎng)傳輸?shù)姆绞? 其優(yōu)點(diǎn)在于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端與就地保護(hù)信息的資源共享。對(duì)于故障錄波信息, 由于其量大且傳送時(shí)間長(zhǎng), 因此不與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)共網(wǎng)傳輸, 采用故障錄波考慮單獨(dú)組網(wǎng)方式, 以保證監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時(shí)傳輸, 并通過(guò)就地工

15、作站將錄波信息遠(yuǎn)傳至調(diào)度。防誤閉鎖功能設(shè)計(jì)無(wú)人值班站的防誤閉鎖操作應(yīng)是微機(jī)監(jiān)控終端實(shí)現(xiàn)功能之一 , 設(shè)計(jì)應(yīng)以滿足遠(yuǎn)端操作可靠安全、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)操作簡(jiǎn)單可行為原則, 根據(jù)電氣配電裝置的形式不同, 防誤操作閉鎖的設(shè)計(jì)方案應(yīng)有所區(qū)別。對(duì)于常規(guī)敞開(kāi)式配電裝置, 除了與運(yùn)行方式有關(guān)的隔離開(kāi)關(guān)需在遠(yuǎn)端操作外, 還有為數(shù)眾多的其他隔離開(kāi)關(guān)和接地刀閘需在檢修人員進(jìn)站維護(hù)時(shí)操作, 因此有必要設(shè)置由編碼鎖和電腦鑰匙等組成的“五防”子系統(tǒng), 并實(shí)現(xiàn)與微機(jī)監(jiān)控終端的無(wú)縫連接。對(duì)就地操作的隔離開(kāi)關(guān)及接地刀閘, 相關(guān)的操作閉鎖邏輯由微機(jī)監(jiān)控終端主機(jī)完成, 當(dāng)需要就地操作時(shí)則將允許操作信息輸入至電腦鑰匙后即可實(shí)現(xiàn); 對(duì)遠(yuǎn)方操作的隔離開(kāi)關(guān)其相關(guān)閉鎖邏輯由間隔層測(cè)控單元或/ 和監(jiān)控終端主機(jī)完成。對(duì)于GIS 變電站 , 由于所有相關(guān)聯(lián)鎖的二次接線均是由制造廠商完成的, 而且 GIS 設(shè)備上亦不能實(shí)現(xiàn)編碼鎖的安裝,因此不應(yīng)設(shè)置“五防”子系統(tǒng), 對(duì)于