朱永海

摘 要:本文首先回顧了變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展歷程,然后介紹了一個220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計實例,并對其主要功能做了簡要說明,希望本文能對類似工程的設計起到一定的借鑒意義。

關鍵詞:變電站綜合自動化IEC61850標準

中圖分類號:TM7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)06(b)-0025-02

變電站綜合自動化是科學技術發(fā)展的產(chǎn)物,隨著電子技術、通信技術、自動控制技術的發(fā)展,產(chǎn)生了變電站綜合自動化,對電網(wǎng)生產(chǎn)、運行、維護產(chǎn)生了積極而深遠的影響,并且隨著技術的進步,變電站綜合自動化技術也在不斷的完善和發(fā)展。本文介紹了220kV廟嶺變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計。

1220kV廟嶺變電站系統(tǒng)概況

主變規(guī)模:最終規(guī)模4×240MVA,本期規(guī)模2×240MVA;220kV最終出線8回,本期4回;110kV最終出線14回,本期7回;10kV最終出線30回,本期出線20回;按最終規(guī)模每臺主變裝設6×10MVar低壓電容器,本期2臺主變每臺先裝設6×10MVar低壓電容器。

2變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展

第一個階段:RTU加常規(guī)保護結構。20世紀80年代以前,變電站普遍采用電磁式繼電保護,再通過電纜將繼電器的事故、預告信號接到站內(nèi)RTU裝置,然后轉發(fā)到調度,實現(xiàn)遙控、遙信、遙脈、遙調的“四遙”功能。這種方式的缺點:采集信號單一、數(shù)量有限、沒一個信號或采集量都需要電纜的連接,需要大量電纜。

第二個階段:面向功能設計的分布式測控裝置加微機保護結構。20世紀90年代初期,微機保護和獨立的測控裝置開始運用,裝置通過現(xiàn)場總線（CAN,LONWORKS）或RS485網(wǎng)絡連接至總控單元,再轉發(fā)至當?shù)乇O(jiān)控和調度。這個階段顯然比第一階段進步很多,比如:采集的信號就比原來豐富很多,而不在需要那么多的電纜。但是同樣存在以下缺點。

RS485網(wǎng)的設備間通信只能采用主從式網(wǎng)絡或環(huán)形網(wǎng)絡;采用主從式網(wǎng)絡只允許有一臺主設備;采用環(huán)形網(wǎng)絡的設備通過令牌形式獲得總線控制權;采用RS485接口通信抗干擾性能差,傳輸速率不高,如果不加中繼,其可靠傳輸距離不超過200m。

采用總控單元沒有實現(xiàn)徹底分散,所有信息都要經(jīng)過它轉發(fā),給運行、維護帶來不便,安全性也不高。

如果采用LONWORKS現(xiàn)場總線,雖然能夠克服上面的缺點,但是其造價過高,不利于市場競爭,通訊帶寬受限。

第三個階段:面向對象的分層分布式結構。20世紀90年代中期以來,隨著科學技術的發(fā)展,按對象設計的保護、測控裝置及分層分布的系統(tǒng)機構成為變電站綜合自動化系統(tǒng)主要形式。在這種形式中以太網(wǎng)得以推廣,通信速率大為提高,帶寬可達10M～100M。整個系統(tǒng)分為間隔層、站控層。保護裝置有3個以太網(wǎng)接口,分別為A,B,C;測控裝置有A,B兩個以太網(wǎng)絡接口;其中A,B網(wǎng)為監(jiān)控網(wǎng)絡雙網(wǎng),其中一個作為備用;C網(wǎng)為保護信息網(wǎng)絡。

3220kV廟嶺變電站綜合自動化系統(tǒng)的構成和功能

3.1 系統(tǒng)構成

220kV廟嶺變采用北京四方繼保自動化股份有限公司CSC2000 V2變電站綜合自動化系統(tǒng),該系統(tǒng)采用分層分布式結構,全以太網(wǎng)組網(wǎng)（監(jiān)控網(wǎng)絡A,B網(wǎng),C網(wǎng)為保護信息網(wǎng)絡）。主要由站控層設備、間隔層設備組成。站控層設備包括:2臺操作員工作站,互為備用、1臺五防工作站、2臺遠動工作站、2臺保護信息子站,互為備用。間隔層設備包括:保護裝置、測控裝置、及其他智能設備。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)組屏方式

操作員站、五防工作站安裝在監(jiān)控臺,不組屏,通信管理機、保信子站、遠動工作站各組1面屏,保信子站屏含4臺C網(wǎng)交換機;網(wǎng)絡交換機屏共3面,各含8臺網(wǎng)絡交換機,分別用于保護、測控、10kV設備A,B網(wǎng);110kV,220kV線路2條線組1面測控屏,含2臺測控裝置;110kV #1,2母聯(lián)、分段各組1面測控屏,含2臺測控裝置;220kV #1,2母聯(lián)及分段組1面測控屏,共3臺測控裝置;#2主變組1面測控屏,含5臺測控裝置（高壓側、中壓側、低壓A側、低壓B側、本體）,#3主變組1面測控屏,含4臺測控裝置（高壓側、中壓側、低壓、本體）;110kV/220kV母線PT及公共測控屏各1面,各含3臺測控裝置,用于母線PT測控及本電壓等級公共測控,組1面10kV母線PT及公共測控屏,含4臺測控裝置,用于母線PT測控及本電壓等級公共測控;組1面公共測控屏,共4臺測控裝置,用于全站公共測控。10kV保護測控一體化裝置就地安裝在10kV高壓室。

3.3 系統(tǒng)特點

3.3.1 總體特點

本站CSC2000 V2變電站綜合自動化系統(tǒng),采用IEC61850標準,在監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺基礎上,集成電壓無功控制（VQC）功能,監(jiān)控系統(tǒng)集成一體化五防功能,并實現(xiàn)了完整的操作票專家系統(tǒng)功能,采用圖庫一體化設計,支持拓撲分析動態(tài)著色,系統(tǒng)具有良好的開放性,各項功能更人性化,便于工程調試及維護運行。

3.3.2 測控裝置

采用四方公司的CSC200E系列測控裝置,裝置使用32位CPU和DSP硬件平臺,14位及以上高精度模數(shù)轉換器,采用嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS）;裝置具有全中文大屏幕液晶顯示,可顯示本間隔的主接線圖;遙信開入可以定義成多種輸入類型,如狀態(tài)輸入（單/雙位置輸入）、告警輸入、事件順序記錄（SOE）、脈沖累積輸入、主變分接頭輸入（BCD或HEX）等,具有防抖動功能,遙信插件按組配置,可根據(jù)要求增減;交流可采集并計算本間隔內(nèi)的三相電壓有效值、三相電流有效值、3U0、3I0、有功、無功、頻率、2～13次諧波等;可采集多種直流量,如DC220V、DC110V、DC24V、DC0V～5V、4mA～20mA等,能完成主變溫度的采集和計算。

3.3.3 監(jiān)視與報警

通過顯示器對主要電氣設備運行參數(shù)和設備狀態(tài)進行監(jiān)視,監(jiān)視各設備的通信狀態(tài)和通信報文,并實時顯示。

顯示的畫面有帶電設備顏色標識。所有靜態(tài)和動態(tài)畫面存儲在畫面數(shù)據(jù)庫內(nèi),用戶可方便和直觀地完成實時畫面的在線編輯、修改、定義、生成、刪除、調用和實時數(shù)據(jù)庫連接等功能,并能與其他工作站共享修改或生成后的畫面。

畫面采用符合Window標準的窗口管理系統(tǒng),窗口顏色、大小、生成、撤除、移動、縮放及選擇等可由操作人員設置和修改。

圖形管理系統(tǒng)應具有漢字生成和輸入功能,支持多種漢字輸入法,支持矢量漢字字庫。具有動態(tài)棒型圖、動態(tài)曲線、歷史曲線制作功能。屏幕顯示、打印制表、圖形畫面中的畫面名稱、設備名稱、告警提示信息等均應漢字化。

對各種表格具有顯示,生成、編輯等功能。在表格中可定義實時數(shù)據(jù)、計算數(shù)據(jù)、模擬顯示并打印輸出。各種報表數(shù)據(jù)能轉換為EXCEL格式,以利于數(shù)據(jù)的二次應用。

信息能夠分層、分級、分類顯示,可以人工定義畫面顯示內(nèi)容。其中開關量信號根據(jù)重要性,可分為三類。

第一類為事故信號,包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號、影響全站安全運行的其他信號（包括全站通訊中斷、消防系統(tǒng)火災告警等）。

第二類為報警信號,包括狀態(tài)異常信號、模擬量越限、自動化系統(tǒng)的異常事件等。

第三類為告知信號,包括反映設備各種運行狀態(tài)的信號以及查詢事故跳閘或設備異常后的詳細信息,如開關分合、保護功能壓板投退、保護的詳細動作信息等。

3.3.4 控制與操作

系統(tǒng)能夠完成站內(nèi)可遙控設備的操作,110kV,220kV斷路器由測控裝置完成同期功能,刀閘和斷路器的操作需經(jīng)3層五防閉鎖,站控層、間隔層、現(xiàn)場布線五防閉鎖。本系統(tǒng)還具備順控功能,即在需要進行一系列倒閘操作時,通過單個操作命令,改變過程狀態(tài),將一系列操作票轉化為任務票,減少人工操作量,減少誤操作和提高效率。

4結語

220kV廟嶺變電站綜合自動化系統(tǒng),采用四方公司最新的CSC2000 V2綜合自動化系統(tǒng),支持IEC61850標準,技術先進,功能強大,限于篇幅,不一一展開,希望該文能為同類工程的設計提供一些參考。未來的綜合自動化系統(tǒng)將在支持IEC61850標準的基礎上,向全數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。