220kV變電站電氣監(jiān)控系統(tǒng)分析研究

1、220kV變電站電氣 監(jiān)控系統(tǒng)分析【摘要】變電站是電網(wǎng)中的重要節(jié)點，擔(dān)負著變換電壓等級、匯集電流、分配電能、控制電能的流向和調(diào)整電壓的功能。智能變電站是針對變電站的安全、可靠運行而建立起來的，基于微電子技術(shù)、信息技術(shù)和計算機技術(shù)的一種新型變電站。隨著電子式互感器，智能高壓電器、高速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等的發(fā)展，能夠為變電站提供更高層次的可靠、高效、穩(wěn)定、開放的智能變電站系統(tǒng)應(yīng)運而生。本次設(shè)計針對智能變電站進行了相關(guān)設(shè)備選型、綜合保護功能的設(shè)置以及對通信系統(tǒng)作了一些研究。選型方面主要根據(jù)額定值選擇并且校驗。保護功能主要有變壓器內(nèi)部外部的各類短路、過流及不正常運行的整定計算；繼電保護部分主要是針對變壓器的

2、保護，重點介紹變壓器的主保護和后備保護。通信部分主要介紹RS-485串行口標準和遠動技術(shù)的應(yīng)用。變電站運行的各狀態(tài)量被變送器采集輸送到總線系統(tǒng)后，都要根據(jù)遠動通信規(guī)約轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的信息，才能被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)識別。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)綜合應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)中,并接入網(wǎng)絡(luò)。采用基于B/S的三層體系結(jié)構(gòu),將運行監(jiān)測與辦公管理融為一體,實現(xiàn)了調(diào)度管理部門對繼電保護信息監(jiān)測與管理的雙重需求。實例應(yīng)用結(jié)果表明,該系統(tǒng)可大幅降低運行人員的勞動強度,為變電站的無人值班奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：變電站；設(shè)備選型；繼電保護；遠動技術(shù)一、監(jiān)控自動化系統(tǒng)介紹根據(jù)變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，微機自動化已

3、經(jīng)是當(dāng)下發(fā)展的基石，本文從原理、整體結(jié)構(gòu)、軟硬件部分、功能模塊的應(yīng)用程序等方面對變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)進行了分析，以及通過五防監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)斷路器、隔離刀閘，接地刀閘的五防操作系統(tǒng)，還有微機自動化的高級應(yīng)用終端的應(yīng)用。對220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)及其微機監(jiān)控系統(tǒng)進行比較詳細地整體概述和分析。監(jiān)控綜合自動化系統(tǒng)，是對220kV系統(tǒng)電氣設(shè)備監(jiān)測和控制，操作員站畫面對主要電氣設(shè)備的運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視。通過電氣主接線圖，可以監(jiān)視設(shè)備的運行狀態(tài)、潮流方向、模擬量的瞬時值，監(jiān)視綜合自動化系統(tǒng)本身的配置和狀態(tài)，當(dāng)所采集的模擬量越線時，SOE窗口會彈出告警信息，提示監(jiān)控人員時刻掌握設(shè)備運行狀態(tài)。設(shè)

4、備配置主要是圍繞功能展開的，例如我要實現(xiàn)變壓器的差動保護監(jiān)測，需配備一塊Speam80系列的施耐德保護裝置、CT和一塊通訊裝置。通過保護裝置，給Speam80軟件編程來實現(xiàn)變壓器斷路器的遙控合閘、保護跳閘和遙控分閘的功能，然后再通過通訊裝置配上通訊協(xié)議上傳到通訊管理機，再通過網(wǎng)絡(luò)交換機在通訊管理機時采時送保護裝置上傳的遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙脈等數(shù)據(jù)到工作站的服務(wù)器，然后再通過通訊軟件PCS900或者PCS9700做數(shù)據(jù)庫組態(tài)和圖形組態(tài)，關(guān)聯(lián)到服務(wù)器存儲的遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙脈等數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)自動化監(jiān)控的功能。二、微機保護的優(yōu)越性微機保護子系統(tǒng)是變電站綜合自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，微機保

5、護裝置與繼電器型或晶體管型裝置有不可比擬的優(yōu)越性，微機保護裝置是由軟件和硬件結(jié)合起來實現(xiàn)保護功能的，因此在很大程度上，不同原理的繼電保護的硬件可以是一樣的，換以不同的程序即可改變繼電器功能，利用微計算機的邏輯判斷能力，很容易解決繼電保護中碰到要考慮因素太多時，利用模擬電路很難實現(xiàn)的問題，使繼電保護動作規(guī)律更合理，性能穩(wěn)定，可靠性高。 由于微機保護具有突出的優(yōu)越性，是今后繼電保護技術(shù)的發(fā)展方向，因此變電站綜合自動化系統(tǒng)中，采用微機保護是必然的趨勢。尤其是新建的變電站，如果條件許可，則應(yīng)該采用變電站綜合自動化系統(tǒng)，全面提高變電站的技術(shù)水平。三、220kV變電站監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成概述3.1 自動化變電站的

6、一些基本概念SCADA系統(tǒng):指變電站內(nèi)微機監(jiān)控系統(tǒng)或調(diào)度所內(nèi)EMS系統(tǒng)或集控站系統(tǒng)。測控單元：指集中組屏的測控插箱。 分散式單元：指安裝于開關(guān)柜上的分散式單元。 插件：插在控制器或測控單元內(nèi)的1塊集成電路板稱1個插件。 遠方：指變電站當(dāng)?shù)卦O(shè)備以外的其他地方，如調(diào)度所機房、監(jiān)控主控制室。 就地：指變電站所在地的設(shè)備。SOE：帶時間標志的事件順序記錄。COS：不帶時間標志的變化遙信。 口令：指監(jiān)控系統(tǒng)裝置或后臺微機進行參數(shù)修改、設(shè)置時需要輸入的密碼。智能變電站是變電站發(fā)展的一個新的方向，綜合了計算機技術(shù)、繼電保護技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)等對變電站

7、的運行進行實時監(jiān)控。智能變電站的應(yīng)用，可以使電力系統(tǒng)的故障率降低，提高供電配電質(zhì)量，降低系統(tǒng)運行產(chǎn)生的成本。3.2自動化變電站的系統(tǒng)構(gòu)成為了提高供電系統(tǒng)的自動化水平 ,確保供電的運行質(zhì)量和可靠性 ,設(shè)置功能齊全、可靠性高、結(jié)構(gòu)緊湊、 操作簡單的變電所綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用分層分布式 ,分層分布式的終端采用綜合保護裝置。全廠電氣數(shù)據(jù) 中心設(shè)置在 ”22OkV總變內(nèi) ,設(shè)置電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺,由以太網(wǎng)交換機(10OOM)、前置采集服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、SCADA服務(wù)器、DTS服務(wù)器、WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器、PAS服務(wù)器、備機、工程師工作站、操作員工作站及服務(wù)器、打印機組成。在動力中心控制樓內(nèi)設(shè)置

8、全廠監(jiān)控中心 ,由以太網(wǎng)交換機、工程師、操作員工作站組成 。動力中心綜合自動化裝置在動力中心控制樓內(nèi),設(shè)電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺 ,集中組屏和分布式相結(jié)合 ,各綜合保護裝置采用工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線方式與前端機相連 ,前端機至后臺系統(tǒng)采用光纖?？傋冸娝姎獗O(jiān)控系統(tǒng)后臺,集中組屏和分布式相結(jié)合 ,各綜合保護裝置采用工業(yè)以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線方式與前端機相連 ,前端機至后臺系統(tǒng)采用光纖 。此外35kV區(qū)域變電所電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺、6kV變配電所電氣監(jiān)控系統(tǒng)后臺上傳信號至全廠電氣集控數(shù)據(jù)中心。3.2.1站控層設(shè)備主機兼工程師工作站。用于整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的維護、管理 ,可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改,系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改,

9、報表的制作,以及網(wǎng)絡(luò)管理維護、系統(tǒng)診斷等工作 ;負責(zé)收集、處理、存儲站控層數(shù)據(jù);作為計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要入機界面,用于圖形及報表顯示、事件記錄及報警狀態(tài)顯示和查詢 ,設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)的查詢、操作指導(dǎo)、操作控制命令的解釋和下達、閉鎖邏輯功能等。在進行維護和監(jiān)控操作時應(yīng)有可靠的登錄保護 。主機兼操作員工作站按雙機冗余配置。站級控制層根據(jù)運行及操作權(quán)限不同 ,配置2個主機和 2臺操作員工作站、1臺工程師站 ,供運行監(jiān)視及操作控制用 ,并且完成對系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫的在線維護和修改 :站級控制層通過以太網(wǎng)將這些設(shè)各與現(xiàn)場測控單元層互連 ,實現(xiàn)信息交換。遠動通信設(shè)備應(yīng)采用雙套專用獨立設(shè)各 ,直采直送通過專用通

10、道點對點方式以及站內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備向各級調(diào)度傳送遠動信息 ;電力系統(tǒng)調(diào)度的遠程監(jiān)控可分四個子系統(tǒng)：信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)、信息傳輸子系統(tǒng)、信息采集和處理控制子系統(tǒng)、人機聯(lián)系子系統(tǒng)。 信息采集和命令執(zhí)行子系統(tǒng)的作用是監(jiān)控系統(tǒng)廠站端，通過輸入設(shè)備采集和處理一些狀態(tài)量后，在發(fā)送到調(diào)度端，并接受調(diào)度端的命令作出動作，通過命令輸出執(zhí)行設(shè)備完成遙控和遙調(diào)等操作。 信息傳輸子系統(tǒng)的作用是，用通信機和信道組成的系統(tǒng)，完成調(diào)度端和廠站端的信息傳輸，解決兩站間距離較遠的問題。 信息采集處理和控制子系統(tǒng)用來收集各調(diào)度端從廠站端采集來的信息，經(jīng)分析處理后，通過人機聯(lián)系子系統(tǒng)呈現(xiàn)給工作

11、人員，并接受信息，對廠站下達調(diào)度指令。 人機聯(lián)系子系統(tǒng)用來將電力系統(tǒng)運行狀態(tài)量呈現(xiàn)給工作人員，實現(xiàn)的硬件有調(diào)度模擬屏、顯示器和打印機等，工作人員可操作鍵盤就對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)作出調(diào)整。3.2.2網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(a)網(wǎng) 絡(luò)交換機。網(wǎng)絡(luò)交換機網(wǎng)絡(luò)傳輸速率 1000Mbps (主 網(wǎng)絡(luò)采用1000M站內(nèi)采用100M),構(gòu)成分布式高速工業(yè)級雙以太網(wǎng) ,應(yīng)經(jīng)過國家或電力工業(yè)檢驗測試中心檢測,支持交流、直流供電。(b)其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。包括光/電轉(zhuǎn)換器 ,接口設(shè)備 (如光纖接線盒 )和 網(wǎng)絡(luò)連接線、電纜、光纜等。3.3計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能3.3.1數(shù)據(jù)采集和處理計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過 I/O測控裝置實時采集模

12、擬量、狀態(tài)量等信息量；通過公共接口設(shè)備接受來自其他通訊裝置的數(shù)據(jù)。對所采集的實時信息迸行數(shù)字濾波、有效性檢查 ,工程值轉(zhuǎn)換、信號接點抖動消除、刻度計算等加工。從而提供可應(yīng)用的電流、電壓、有功功率、無功功率 ,功率因數(shù)等各種實時數(shù)據(jù) ,并將這些實時數(shù)據(jù)帶品質(zhì)描述傳送至站控層和各級調(diào)度中心。I/O數(shù)據(jù)采集單元輸入量額定值：CT二 次額定電流 :1APT二 次額定電壓 :100V(線電壓 )特 殊 量 輸 入 :420mA,DC O±5V3.3.2數(shù)據(jù)庫的建立與維護1.實時數(shù)據(jù)庫。存儲計算機監(jiān)控系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù) ,其數(shù)值應(yīng)根據(jù)運行工況的實時變化而不斷更新 ,記錄被監(jiān)控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài) 。2

13、.歷史數(shù)據(jù)庫。對于需要長期保存的重要數(shù)據(jù)將存放在歷史數(shù)據(jù)庫中。 3.3.3計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出控制輸出的接點為無源接點，控制輸出:1個獨立的合間接點、 1個獨立的跳閘接點和 1個獨立的閉鎖接點。合閘、跳閘輸出 ,均應(yīng)通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)閉鎖邏輯判斷。閉鎖接點應(yīng)能實時正確反映隔離開關(guān)的閉鎖狀態(tài) ,當(dāng)滿足相關(guān)閉鎖條件就允許對該隔離開關(guān)進行操作時 ,該閉鎖輸出接點閉合 ,以接通電動操作機構(gòu)的控制電源回路 ;且該接點應(yīng)能長期保持 ,直到閉鎖條件不滿足時 ,該接點斷開以切斷電動操作機構(gòu)的控制電源。3.3.4調(diào)度端軟件 軟件從層次上來分，可分為兩大類，即系統(tǒng)軟件、和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件

14、由計算機公司提供，面向機器本身，它的主要任務(wù)是使硬件所提供的能力可以得到充分的利用，支持用戶的應(yīng)用軟件的運行并提供恰當(dāng)?shù)姆?wù)。   操作系統(tǒng)是微機最基本的系統(tǒng)軟件，由它來管理內(nèi)存分配，鍵盤操作，屏幕顯示，驅(qū)動軟盤，硬盤等外設(shè)。操作系統(tǒng)有一部分固化在主機內(nèi)存中，大部分是在開機后，從軟盤或硬盤調(diào)入內(nèi)存。     現(xiàn)場使用LUNIX和WINDOWS 系統(tǒng)特點：具備高穩(wěn)定性、可靠性及高實時響應(yīng)的特點；具備強大的網(wǎng)絡(luò)管理能力及較強的抗計算機病毒侵染的能力；硬件成本高，運營維護欠直觀。 動力和總變采用LUN

15、IX操作系統(tǒng)，化工區(qū)工作站采用WINDOWS操作系統(tǒng)。 3.3.5通訊、對時微機保護裝置應(yīng)具備通信網(wǎng)絡(luò)時和GPS衛(wèi)星時鐘對時功能。應(yīng)具備IRIG-B碼（直流）或脈沖對時功能，并通過保護柜端子接線。采用軟件對時，CDT、DNP、Modbus等規(guī)約提供了軟件對時手段，可采用軟件對時。但由于受到通信速率的影響，需要采取修正措施。這種方法的優(yōu)點是不需要增加硬件設(shè)備。3.3.6自恢復(fù)和自檢測功能 RTU作為遠動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單元，必須保證不間斷地完成和SCADA系統(tǒng)的通信，但RTU的工作環(huán)境惡劣，具有強大電磁干擾，運行中難免發(fā)生程序受干擾，或通信瞬時中斷等異常情況，有時也會發(fā)生電源瞬

16、時掉電，這都會造成RTU死機，而使系統(tǒng)無法收到該被控對象的信息。因此要求RTU在遇這些情況時，能在最短時間內(nèi)自動恢復(fù)，重新從頭開始運行程序，為了維護方便，通常RTU含有自檢程序。3.4 有線RS-485通訊方式綜述  在通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用RS-485 串行總線標準。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復(fù)，RS-485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般只需二根連線，所以RS-485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸?，F(xiàn)場實際應(yīng)用中超過300m左右的距離采用光纖傳輸。四、總結(jié)本文根據(jù)變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，應(yīng)用分層、模塊化和面向?qū)ο蟮膽?yīng)用方法和組態(tài)技術(shù)，通過對變電站綜合自動化系統(tǒng)及其微機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和基本功能以及變電站綜合自動化系統(tǒng)及其微機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則、基本原理、系統(tǒng)構(gòu)成等進行了分析和研究，得出了變電站綜合自動化微機監(jiān)控系統(tǒng)的總體方案、整體結(jié)構(gòu)和組成框圖?？傊?提高計算機監(jiān)控系統(tǒng)的可靠