尹琪彬

(全州縣水利電業(yè)有限公司，廣西 全州 541500)

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35kV變電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)初探

尹琪彬

(全州縣水利電業(yè)有限公司，廣西 全州 541500)

35 kV變電站是整個(gè)縣級(jí)電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，其承擔(dān)著縣級(jí)電網(wǎng)中電能輸送、監(jiān)測(cè)、控制等任務(wù)；但是35 kV變電站較為分散，調(diào)度管理中的實(shí)時(shí)性較差，加上管理人員不足，嚴(yán)重影響智能電網(wǎng)的發(fā)展。基于無(wú)人值守的35 kV變電站，設(shè)計(jì)了縣級(jí)電網(wǎng)變電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)，重點(diǎn)研究了后臺(tái)系統(tǒng)和遙視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，很好地克服了傳統(tǒng)四遙系統(tǒng)中存在的問(wèn)題。圖4幅，表1個(gè)。

智能電網(wǎng)；無(wú)人值守；變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)

1 概 述

我國(guó)“十二五”規(guī)劃中重點(diǎn)提到了“智能電網(wǎng)”的建設(shè)，因此電力系統(tǒng)中的自動(dòng)化技術(shù)就顯得尤為重要[1]。35 kV變電站作為縣級(jí)電網(wǎng)中的重要節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)著縣級(jí)電網(wǎng)中電能輸送、監(jiān)測(cè)、控制、管理等任務(wù)。

廣西全州縣變電站較為分散，工作人員較少且老齡化嚴(yán)重，如果繼續(xù)招聘新員工會(huì)影響整體的效益，因此實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)化控制就成為必然。變電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)是對(duì)變電站設(shè)備完善協(xié)調(diào)的一種現(xiàn)代化綜合管理，其可以實(shí)現(xiàn)五遙功能，這樣不但降低了運(yùn)營(yíng)成本，而且提高了管理水平[2_3]。無(wú)人值守變電站指的是變電站沒(méi)有固定的運(yùn)行人員，只有個(gè)別的守衛(wèi)人員負(fù)責(zé)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件；對(duì)于接線復(fù)雜的縣級(jí)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，真正意義上的無(wú)人值守很難實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)階段，全縣35 kV變電站大多完成了技術(shù)改造，但是軟硬件水平很低，主要存在以下幾個(gè)問(wèn)題：

(1)輸變電一次設(shè)備可靠性差，遠(yuǎn)動(dòng)子站的輸送雖已采用了光纖傳輸，但不是專用電力光纖，可靠性不穩(wěn)定，無(wú)法實(shí)現(xiàn)直采直送，降低了控制的可靠性。

(2)二次設(shè)備中存在許多傳統(tǒng)的小規(guī)模電路，這些電路往往不具備自檢能力，致使維護(hù)工作量很大，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化。

(3)遠(yuǎn)動(dòng)裝置的內(nèi)存容量很低，無(wú)法給調(diào)度中心提供大量的信息，缺乏有效的調(diào)節(jié)手段，不能滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。

(4)目前的自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)和遙信，但是還不能實(shí)現(xiàn)遙控、遙視、遙調(diào)。

2 系統(tǒng)組成

35 kV變電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則就是通過(guò)智能電網(wǎng)的理念，對(duì)整個(gè)縣級(jí)電網(wǎng)進(jìn)行建模，得到安全可靠的設(shè)計(jì)方案，以保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

35 kV變電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)最重要的設(shè)備是集控站，其負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)控管理、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理等[4]。無(wú)人值守系統(tǒng)較常規(guī)系統(tǒng)相比增加了微機(jī)自動(dòng)巡視和跟蹤功能(見(jiàn)圖1)。

圖1 無(wú)人值守系統(tǒng)功能示意

受控子站主要包括測(cè)控通訊模塊、遠(yuǎn)動(dòng)通信模塊、微機(jī)五防模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、保護(hù)測(cè)控模塊、視頻監(jiān)控模塊等，由這些子站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、通信、終端控制等功能。這些受控子站的分布模式主要有集中式、集中分布式、分散式3種[5]。

本設(shè)計(jì)中采用的是許繼集團(tuán)CBZ8000自動(dòng)化系統(tǒng)，包括站控層、通訊層、裝置層3部分(見(jiàn)圖2)。整個(gè)系統(tǒng)采用面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不設(shè)置總控單元，測(cè)控單元均為模塊化結(jié)構(gòu)并分散式安裝。

圖2 許繼CBZ8000自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

以縣級(jí)電網(wǎng)內(nèi)的20個(gè)變電站為研究對(duì)象，構(gòu)造無(wú)人值守自動(dòng)化控制系統(tǒng)，在遙測(cè)和遙信的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能。集控主站內(nèi)的電氣設(shè)備主要有：接地裝置、35 kV進(jìn)線、斷路器、無(wú)功補(bǔ)償裝置、電源、主變壓器、10 kV饋線等。

3 后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

CBZ8000自動(dòng)化系統(tǒng)支持Windows XP操作系統(tǒng)，利用SQL Server 2000構(gòu)造數(shù)據(jù)庫(kù)，基于Visual Basic語(yǔ)言編制程序。實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)化模型，需要得到正確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)分析。節(jié)點(diǎn)與指路的關(guān)系通常用矩陣A表示[4_5]：

A=[aij]n×n(i，j=1，2，3…n)

式中，n為節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。當(dāng)aij=0代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間沒(méi)有直接相連；當(dāng)aij=1代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j間直接相連。定義上述A矩陣為一級(jí)矩陣，則A2為二級(jí)矩陣，An-1為n-1級(jí)矩陣。

An-1=[aijn-1]n×n(i，j=1，2，3…n)

式中，aijn-1=0代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j沒(méi)有支路直接連接，并且要經(jīng)過(guò)其他1，2，…，n-2個(gè)節(jié)點(diǎn)連接；aijn-1=1代表節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j有支路直接連接，或要經(jīng)過(guò)其他1，2，…，n-2個(gè)節(jié)點(diǎn)連接。

上述算法即為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥B通性的驗(yàn)證，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣自動(dòng)生成可以大大降低計(jì)算工作量。

進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)前要完成登陸，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)一定要根據(jù)不同的用戶組設(shè)置不同的權(quán)限，進(jìn)入登陸系統(tǒng)后就可以查詢各個(gè)子系統(tǒng)的狀態(tài)，還可以查看整個(gè)變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)(見(jiàn)圖3)。監(jiān)控系統(tǒng)還可以查看變壓器和進(jìn)線的調(diào)度，如感性有功電度、感性無(wú)功電度、容性有功電度、容性無(wú)功電度等。

圖3 直流遙測(cè)系統(tǒng)顯示

變電站出現(xiàn)故障后，會(huì)彈出報(bào)警界面，同時(shí)記錄下超限值和發(fā)生故障的時(shí)間，工作人員需要查看上邊的提示，通過(guò)保護(hù)裝置進(jìn)行操作。例如，1條故障提示如下：“遙信告警： 2014_10_06 12∶23∶25 2014年10月06日12 時(shí)23分25秒514毫秒，無(wú)功補(bǔ)償2WDR—821 斷路器”。

本設(shè)計(jì)采用的終端設(shè)備是WYD—800系列RTU，由測(cè)控設(shè)備完成初始數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，經(jīng)以太網(wǎng)由終端設(shè)備傳輸?shù)郊卣?。較以往系統(tǒng)相比，本次設(shè)計(jì)中改進(jìn)了微機(jī)五防操作系統(tǒng)，主機(jī)可以基于規(guī)則庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯對(duì)比，并生成相應(yīng)的操作程序。操作票專家系統(tǒng)設(shè)置了5種開(kāi)票方式：圖形開(kāi)票、專家?guī)扉_(kāi)票、調(diào)用典型票、手工開(kāi)票、歷史操作票。

4 遙視系統(tǒng)設(shè)計(jì)及測(cè)試

現(xiàn)有變電站一般都具有四遙系統(tǒng)，本設(shè)計(jì)在這個(gè)基礎(chǔ)上增加了遙視系統(tǒng)，即遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：監(jiān)控35 kV變電站變壓器和主要設(shè)備情況；對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)消防系統(tǒng)報(bào)警；對(duì)門禁情況進(jìn)行中心控制；輔助電力生產(chǎn)減少工作量。變電站遙視系統(tǒng)設(shè)備主要有：可控?cái)z像機(jī)、煙霧傳感器、紅外傳感器、電源、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)、服務(wù)器等(見(jiàn)圖4)[6]。

圖4 變電站遙視系統(tǒng)示意

中心監(jiān)控服務(wù)器是本系統(tǒng)的核心，承擔(dān)著工作人員與前端設(shè)備聯(lián)絡(luò)的任務(wù)，其可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器模塊管理、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置、身份認(rèn)證、權(quán)限管理、視頻設(shè)備管理、鏡頭分組、報(bào)警和聯(lián)動(dòng)、中心錄像、數(shù)據(jù)檢索、電子地圖等功能。

遙視系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)，工作人員可以在集控站對(duì)變電站受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守變電站的自動(dòng)控制功能，并結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)和圖像監(jiān)視系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程控制現(xiàn)場(chǎng)球形攝像機(jī)(見(jiàn)表1)。

表1 子站采用的設(shè)備清單

5 結(jié) 語(yǔ)

基于全州縣的20 個(gè)35 kV變電站無(wú)人值守問(wèn)題，設(shè)計(jì)了縣級(jí)電網(wǎng)變電站無(wú)人值守自動(dòng)化系統(tǒng)。首先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)組成進(jìn)行了介紹，隨后重點(diǎn)研究了后臺(tái)系統(tǒng)和遙視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，改進(jìn)的系統(tǒng)可以自動(dòng)生成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)矩陣，大大提升了工作效率。本系統(tǒng)很好地克服了傳統(tǒng)四遙系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上增加了遙視系統(tǒng)，工作人員可以在集控站對(duì)變電站受控設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程巡視。

[1] 張 劍,汪 強(qiáng),劉國(guó)建.滿足無(wú)人值守變電站監(jiān)控需求的收發(fā)信機(jī)方式[J].電力信息與通信技術(shù),2014(6):55_57.

[2] 金 慧.淺析直流電源遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的在無(wú)人值守變電站的應(yīng)用及設(shè)計(jì)[J].電源技術(shù)應(yīng)用,2014(5):12_17.

[3] 尹茂林,張紀(jì)偉.適時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)在無(wú)人值守變電站遠(yuǎn)程操作中的應(yīng)用[J].電氣時(shí)代,2014(8):58_59.

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[6] 王 軍,張慧林,張 宏.農(nóng)網(wǎng)66 kV變電站無(wú)人值守改造方案[J].農(nóng)村電氣化,2013(10):16_18.

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責(zé)任編輯 吳 昊

2014-11-19

尹琪彬(1972-)，男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化的研究工作。 E_mail：hhyy0011000@163.com