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110KV創(chuàng )利變電站自動(dòng)化系統工程設計與體會(huì )論文
摘要：根據創(chuàng )利變電站的設計工作實(shí)踐，筆者介紹了無(wú)人值守110kV變電站自動(dòng)化系統的結構、布置及功能特點(diǎn)。并闡述了在設計綜合變電站自動(dòng)化系統工程中，監控系統的選用、組網(wǎng)結構的確定、間隔單元性能的選擇以及與電氣一次設計的配合方面應考慮的問(wèn)題及要求。
關(guān)鍵詞：變電站；間隔保護；無(wú)人值守；組網(wǎng)結構
一、引言
110千伏創(chuàng )利變電站建設規模為2臺5萬(wàn)千伏安三相雙卷變壓器，同時(shí)裝設相應容量的無(wú)功補償電容器及其它附屬設備，110kV出線(xiàn)2回，10kV出線(xiàn)20回，創(chuàng )利變電站110千伏母線(xiàn)采用單母分段接線(xiàn)型式；10千伏母線(xiàn)采用單母分段四段接線(xiàn)型式。采用戶(hù)外常規設備全站利用了目前國內較成熟、先進(jìn)的變、配電設備及變電站自動(dòng)化技術(shù)成果，在設備先進(jìn)與占地少、投資省、運行費用低和可靠性高之間取得較滿(mǎn)意的平衡和統一。110千伏創(chuàng )利變電站建成后將是江門(mén)市新會(huì )區一座較為先進(jìn)的110kV無(wú)人值守變電站。
二、自動(dòng)化系統
(一)系統結構
創(chuàng )利變電站自動(dòng)化系統初步選用的是南京南瑞繼保電氣有限公司的110kV變龜站自動(dòng)化系統解決方案。該系統采用三層結構兩層網(wǎng)模式，屬分層分布式系統。三層結構即站控層、通訊層和間隔層：站控層由監控工作站、繼保工作站組成，完成變電站的監視、操作、控制及變電管理功能：通訊層采用RCS-9794系列通信管理裝置，它具有多個(gè)通信口與遠方調度控制中心、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)現數據共享；間隔層即繼電保護、智能測控裝置層，它獨立完成間隔層的保護、測量、控制和通信等功能。通訊層分別與站控層、間隔層組成的以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)通信網(wǎng)，全冗余配置，A、B雙網(wǎng)結構，雙網(wǎng)互為備用。
(二)系統組屏及布置
創(chuàng )利變電站綜合自動(dòng)化系統采用分散與集中相結合的布置方式，主變及110kV線(xiàn)路的保護和測控裝置以及公共設備集中布置在變電站主控室；10kV部分的保護及測控裝置、電能表分散安裝于各間隔開(kāi)關(guān)柜，在高壓室隔出一間繼保小室布置一面交換機屏和一面10kV公共測控屏，專(zhuān)門(mén)組成10kV裝置以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò )和采集10kY間隔的測控及遙信信號，這種分散與集中相結合的布置方式，既減少了主控室的屏位。又節省了控制電纜和通信線(xiàn)纜。
考慮到主變保護及測控裝置的復雜性，每臺主變保護及測控裝置需各組一屏，每回110kV線(xiàn)路保護與測控共組一屏，全站公共設備的測量及信號采集插箱組一面公共測控屏，通訊控制工作站及遙控輸出插箱組一面遠動(dòng)通信屏，雙以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò )需要組一面通信(交換機)屏，交、直流系統和自動(dòng)跟蹤補償消弧線(xiàn)圈控制柜也布置于主控室，另外，監控工作站及繼保工作站置于專(zhuān)用工作臺。
(三)系統主要功能特點(diǎn)
1、通信控制工作站
通信控制工作站是綜合自動(dòng)化系統通信層的核心，它由嵌入式PCI04、網(wǎng)卡、智能通訊卡、調制解調器、GPS及接口、電源模塊等組成。它完成常規電氣量、非常規電氣量及微機保護信號的采集與處理；傳輸與修改保護裝置工作狀態(tài)及定值；接收遙控命令，實(shí)施控制操作；接收對時(shí)命令進(jìn)行對時(shí)；向調度控制中心傳送所采集的各種信息；與通信控制單元RC8--9794、直流系統、小電流接地選線(xiàn)裝置、多功能電能表等接口通訊等。工作站還具有必須的人機聯(lián)系及維護手段。
變電站的遠動(dòng)信息經(jīng)一路光纖通信通道和一路復用通道傳送至江門(mén)地調及新會(huì )區調控制中心，通信規約為IEC60870-5-103。
2、監控工作站
監控工作站采用一臺最新的DELL計算機構成，監控軟件基于Windows操作系統平臺，用戶(hù)界面友好，使用方便。它替代了傳統變電站控制屏的信號、表計及操作等功能。由它實(shí)現的SCADA功能包括實(shí)時(shí)數據采集、安全監視、數據處理、報警處理、控制操作(包括VQC功能)、運行記錄、人機聯(lián)系、制表及打印、設各自診斷及自動(dòng)恢復、數據庫維護等。
3、主變保護及測控
主變保護為RCS—900系列微機變壓器保護裝置，各裝置通過(guò)RCS—9794通信控制單元與通訊控制工作站通信。RCS—9794的功能是完成通信轉接和規約轉換。保護裝置動(dòng)作信號經(jīng)通信口上送，也可以在保護工作站對保護裝置進(jìn)行管理�？紤]到保護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(xiàn)信號接點(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間隔的測控功能，除了本體信號經(jīng)主變保護轉發(fā)至系統通信網(wǎng)外，其余測量、信號及控制功能由主變綜合采集插箱及線(xiàn)路測控插箱實(shí)現。
4、iOkV間隔保護及測控
10kV間隔的保護及測控裝置選用南瑞繼保公司的RCS—9000系列分散式保護測控裝置。該裝置是具有保護、遙測、遙控、遙信功能的“四合一”裝置，但其保護功能仍具有獨立性，這體現在硬件上所具有的獨立的輸入輸出回路及操作回路，軟件上保護模塊與其他模塊完全分開(kāi)，且程序安排先啟動(dòng)后測量。此外保護功能也完全不依賴(lài)通信網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò )工作正常與否不影響保護正常運行。
創(chuàng )利變電站RCS—9000系列保護測控裝置與繼保小室的通信屏的RCS—9882交換機經(jīng)其通信口組成現場(chǎng)總線(xiàn)型通信網(wǎng)，再與主控室RCS—9794通信管理裝置通信。通過(guò)所形成的通信網(wǎng)實(shí)現保護及測控信息的傳遞，簡(jiǎn)化了二次電纜，減輕了CT、PT的負荷及施工難度。此外采用現場(chǎng)總線(xiàn)型通信網(wǎng)絡(luò )，簡(jiǎn)化了組杰、設計和安裝，提高了系統性能。
5、控制和閉鎖
創(chuàng )利變電站的斷路器、主變OLTC及中性點(diǎn)地刀的人工控制可在遠方調度控制中心、站內監控主站、保護屏或間隔戶(hù)外端子箱(開(kāi)關(guān)柜)執行控制操作，但同一時(shí)間內只允許其中一種方式有效。監控主站實(shí)現的VQC自動(dòng)控制和人工控制在同一時(shí)間內也只能設定其中一種方式有效。監控主站軟硬件具有閉鎖邏輯判斷和操作權限管理，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)鎖和微機五防相結合的閉鎖措施。
三、幾點(diǎn)設計體會(huì )
(一)監控系統的選用
成熟可靠的后臺監控系統是綜合自動(dòng)化系統成功的關(guān)鍵。隨著(zhù)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(lái)越高和多樣化的系統層出不窮。選擇時(shí)要注意考慮以下幾方面：
1、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，仍應把系統的穩定性、可靠性放在第一位。盡量選用經(jīng)過(guò)鑒定的、有成熟運行經(jīng)驗的適用產(chǎn)品和技術(shù)。創(chuàng )利站采用了交流采樣技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了二次設備配置，減輕了CT、PT負載，消除了零漂；
2、完整性和開(kāi)放性。系統功能的完整性及數據庫的開(kāi)放性都是重要的選擇條件。在功能完整性方面，除實(shí)現“四遙”功能和變電管理功能外，要注意考慮系統是否利用了實(shí)時(shí)數據實(shí)現電壓無(wú)功控制(VQc)、小電流接地選線(xiàn)、防誤操作、合閘同期檢測、設備壽命管理等功能。數據庫的開(kāi)放性則便于日后升級擴容、修改運行數據及二次開(kāi)發(fā)等，而使原有軟硬件資源得到保護；
3、人機界面。系統軟件平臺設計的界面是否簡(jiǎn)單、直觀(guān)、易操作也是考察系統的重要方面。
(二)系統組網(wǎng)結構的確定
在變電站自動(dòng)化系統中常用的串行通信接口RS—232C、RS—422／485具有接口標準化、規范化和方便眾多智能設備接口的優(yōu)點(diǎn)，不足之處是Rs—232C通信有效距離短，而Rs—485總線(xiàn)為主從結構，主站點(diǎn)工作繁忙時(shí)影響系統性能。隨著(zhù)分散分布式系統的發(fā)展，在計算機網(wǎng)絡(luò )通用的以太網(wǎng)現場(chǎng)總線(xiàn)通信方式得到越來(lái)越多的應用�，F場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)是一種多點(diǎn)共享的廣播通信信道網(wǎng)，較點(diǎn)對點(diǎn)通信信道網(wǎng)為優(yōu)。當然總線(xiàn)型網(wǎng)需要有控制單元解決兩個(gè)以上結點(diǎn)同時(shí)發(fā)送信息的沖突。創(chuàng )利站自動(dòng)化系統是分散與集中布置相結合的分層分布式系統，通信網(wǎng)絡(luò )結構采用了現場(chǎng)總線(xiàn)型與一對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。
(三)間隔單元功能與性能選擇
按一次設備為單位分散布置的保護及監控單元裝置有兩種模式：保護獨立而控制、測量、信號合一模式和保護、控制、測量、信號“四合一”模式，兩種模式下保護功能都要求能獨立完成。對于安裝于開(kāi)關(guān)柜的10kV保護及監控單元宜選擇“四合一”模式，但電能計量需另設專(zhuān)用表計。集中布置的保護及測控裝置(如主變間隔)可選擇保護、測控裝置分開(kāi)的模式，因為可選擇的現有裝置較成熟可靠。
保護單元的功能要滿(mǎn)足間隔的保護功能配置要求，并能接收與執行上位機下發(fā)的保護定值修改，發(fā)送保護裝置的工作臺信息、告警信息、動(dòng)作信息及自檢信息，與上級對時(shí)，裝置復歸，當地顯示等。監控單元的基本功能為遙測量采集及計算，遙信采集及處理，遙控命令接收與執行，與保護單元通信(當與保護單元相對獨立時(shí))，定時(shí)自檢及當地顯示。
分散布置的保護及監控單元裝置要注意是否適合安裝現場(chǎng)的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、電磁感應、雷電流、振動(dòng)等因素。
(四)與電氣一次設計的配合
無(wú)人值守變電站自動(dòng)化系統的成功實(shí)施，很大程度上依賴(lài)電氣一次設備的可靠性，在可能的條件下應選用可靠的一次設各和盡量簡(jiǎn)化主接線(xiàn)的設計。主接線(xiàn)應在滿(mǎn)足供電規劃的條件下減少電壓層次和簡(jiǎn)化，并有利于遠方控制要求。一次設備除主變外宜采用無(wú)油防爆和免維護或少維護量的設各(如GIS、SF6系列、免維護蓄電池組)。主變中性點(diǎn)地刀應采用電動(dòng)刀閘以滿(mǎn)足遠方投退主變的要求。站用電源系統應完善可靠，雙電源應互為自動(dòng)備用投入。此外，電氣布置應在滿(mǎn)足有關(guān)規程要求的基礎上，盡量減少占地面積和建筑面積，市區變電站更是如此。而分散式綜合自動(dòng)化系統的應用，為減少占用面積創(chuàng )造了一定的有利條件。
四、結語(yǔ)
本地區的110kV變電站基本已經(jīng)實(shí)現綜合自動(dòng)化系統的無(wú)人值守，工程的實(shí)踐表明，該站采用分散與集中布置相結合的分層分布式綜合自動(dòng)化系統是可行的，并且必將能取得令人滿(mǎn)意的系統整體性能及總體布置效果。本文介紹的該站自動(dòng)化系統的結構、布置、功能特點(diǎn)以及幾點(diǎn)工程設計體會(huì )，供同行參考與商榷，不足之處懇請同行和專(zhuān)家批評指正。
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