李愛(ài)玲　韓啟華

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及電氣自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它能夠保證變電站之間的分配控制、分配檢查以及電能傳輸?shù)热蝿?wù)的順利完成。該文首先對(duì)變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并結(jié)合具體案例分析其在110kV變電站中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng) 110kV變電站 監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0057-02

眾所周知，變電站是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，其運(yùn)行情況與整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行直接相關(guān)，而變電站系統(tǒng)包括一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)，變電站能否運(yùn)行的安全、穩(wěn)定，在很大程度上取決于二次設(shè)備的工作性能和自動(dòng)化水平。微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)是電氣自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，其主要目的在于充分利用以微機(jī)為核心的保護(hù)系統(tǒng)和控制裝置，同時(shí)實(shí)現(xiàn)信息交換，不僅能全面提高變電站的技術(shù)管理水平、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性水平，還能降低運(yùn)行維護(hù)成本，向用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的電能。

1 110kV變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 具體設(shè)計(jì)

根據(jù)110kV變電站綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和以及對(duì)設(shè)備間隔層的要求，比較多家生產(chǎn)變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置的性能和關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)考慮最佳性價(jià)比、經(jīng)濟(jì)性、售后服務(wù)等因素，優(yōu)選微機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置，比如CAN2000系列綜合自動(dòng)化保護(hù)測(cè)控裝置硬件由微處理器模塊、電源模塊、交流信號(hào)輸出模塊、操作回路模塊、直流模擬及開(kāi)關(guān)量輸入模塊組成，加上高可靠性的軟件冗余設(shè)計(jì)，使裝置具有較強(qiáng)抗干擾性能；網(wǎng)絡(luò)上各裝置獨(dú)立運(yùn)行，一個(gè)裝置故障不會(huì)對(duì)其他裝置運(yùn)行造成影響；系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)采用高速現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，具有“四遙”功能，整個(gè)系統(tǒng)具有傳動(dòng)試驗(yàn)功能、自檢功能、在線監(jiān)視功能、分散故障錄波功能、完善的事故分析功能；采用轉(zhuǎn)為強(qiáng)干擾環(huán)境下設(shè)計(jì)的控制局域網(wǎng)CANBus網(wǎng)絡(luò)，允許多主節(jié)點(diǎn)、多優(yōu)先級(jí)信息傳輸，可保證信息傳輸實(shí)時(shí)性和有效性。因而，進(jìn)行微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的時(shí)候，可考慮采用該裝置。

目前，微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)通常采用的是以太網(wǎng)，100M以太網(wǎng)應(yīng)用于變電站層，10M以太網(wǎng)應(yīng)用于間隔層，間隔層具備以太網(wǎng)接口的設(shè)備比如保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、自動(dòng)裝置等可直接接入間隔層以太網(wǎng)，其他設(shè)備則可通過(guò)測(cè)控裝置或低壓保護(hù)裝置間接接入間隔層以太網(wǎng)。110kV變電站的微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)可靠性要求高，可采用雙重化的以太網(wǎng)，以此保證發(fā)生單一事故時(shí)不會(huì)破壞任何功能。若變電站站點(diǎn)較多，可采用交換性集線器將間隔分成若干子網(wǎng)，對(duì)沖突域的站點(diǎn)數(shù)量進(jìn)行限制，確保系統(tǒng)響應(yīng)速率。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

110kV變電站的監(jiān)控系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性以及電能質(zhì)量的重要平臺(tái)，一方面，監(jiān)控系統(tǒng)能處理采集的實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙信、遙控和遙調(diào)量，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示換面和參數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)故障或異常的時(shí)候，發(fā)出告警信號(hào)，通知工作人員及時(shí)處理，另一方面，監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)度端可從人機(jī)界面向變電站端發(fā)出遙控命令，使其執(zhí)行相關(guān)操作，因而監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中非常關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要考慮微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和要求及其與間隔層所采用的微機(jī)保護(hù)設(shè)備的相互適應(yīng)性，同時(shí)考慮變電站以往運(yùn)行情況，選用合適的后臺(tái)監(jiān)控軟件。

以電力專業(yè)監(jiān)控軟件POWER 2000為例，該軟件能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、運(yùn)算和存儲(chǔ)，具有報(bào)警、調(diào)度通信、管理運(yùn)行參數(shù)、投退保護(hù)、事故追憶、系統(tǒng)對(duì)時(shí)、“四遙”、遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?，以網(wǎng)絡(luò)方式與主站通信，支持交流、直流兩種輸入電源，可接受GPS對(duì)時(shí)命令。為實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站的全面監(jiān)測(cè)和控制，設(shè)計(jì)中應(yīng)采用成熟的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、矢量圖形系統(tǒng)、豐富的規(guī)約庫(kù)，從而實(shí)現(xiàn)與電力設(shè)備常見(jiàn)不同設(shè)備之間的通訊。變電站監(jiān)控和管理系統(tǒng)通常要同時(shí)執(zhí)行幾項(xiàng)任務(wù)，而每項(xiàng)任務(wù)或線程都有自己的運(yùn)行環(huán)境和優(yōu)先級(jí)，由操作系統(tǒng)安排CPU執(zhí)行，為此，可采用Windows NT 32位實(shí)時(shí)多任務(wù)視窗操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有最適合SCADA應(yīng)用的環(huán)境，32位系統(tǒng)具有多線程和多任務(wù)處理能力，實(shí)時(shí)性能良好，能在運(yùn)行任務(wù)之間有效地分配CPU資源，決定備裝載的任務(wù)何時(shí)需要CPU，并立即作出應(yīng)答，可保證監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性；也可采用iES-SL300提供一套面向110kV變電站間隔層設(shè)備的集成化、開(kāi)放式監(jiān)控平臺(tái)，將其作為變電站自動(dòng)化信息處理中心，iES-SL300變電站監(jiān)控系統(tǒng)具有完備的通訊功能，可對(duì)間隔層設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理，方便擴(kuò)展SCADA功能，顯示方便且直觀。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面，采用成熟可靠的以太網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議作為通訊協(xié)議，它支持光纖通訊和雙總線網(wǎng)絡(luò)，可保證綜合自動(dòng)化通訊處理裝置之間的數(shù)據(jù)有效傳送，防止數(shù)據(jù)丟失，也可自動(dòng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線以及各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，自動(dòng)選擇、協(xié)調(diào)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信。

1.3 微機(jī)五防系統(tǒng)

微機(jī)五防系統(tǒng)由防誤主機(jī)、智能網(wǎng)絡(luò)控制器、智能防誤控制器、智能電腦鑰匙、通訊充電管理器、防誤鎖具等構(gòu)成，其工作原理是將普通防誤鎖具安裝在手動(dòng)設(shè)備上，通過(guò)機(jī)械方式閉鎖，通過(guò)通訊管理機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備的模擬操作和狀態(tài)對(duì)位。微機(jī)五防系統(tǒng)支持多種通訊協(xié)議、組屏安裝、監(jiān)控防誤一體化、在線式閉鎖和離線式閉鎖的混合操作，與智能變電站設(shè)計(jì)要求相符合，在110kV變電站裝設(shè)微機(jī)五防系統(tǒng)，可避免變電站運(yùn)行過(guò)程中由于人為操作失誤導(dǎo)致的電氣設(shè)備損壞、大面積停電、系統(tǒng)震蕩等事故的發(fā)生，可有效提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。其框架圖見(jiàn)圖1。

由于離線式微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)中五防主機(jī)與電腦鑰匙、鎖具之間沒(méi)有采用電纜連接，而是通過(guò)與監(jiān)控系統(tǒng)通訊和電腦鑰匙的回傳記憶方式，實(shí)現(xiàn)防誤主機(jī)上顯示的設(shè)備狀態(tài)與實(shí)際設(shè)備狀態(tài)保持一致的，另外，離線式微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)能適應(yīng)各種電壓等級(jí)復(fù)雜的接線，維護(hù)方便，造價(jià)低，不僅具有五防功能，還具有設(shè)備對(duì)位、模擬預(yù)演操作、發(fā)送和存儲(chǔ)操作票、現(xiàn)場(chǎng)解鎖操作、通訊接口等功能，因而在設(shè)計(jì)中建議采用離線式一體化微機(jī)五防系統(tǒng)，通過(guò)以太網(wǎng)將五防主機(jī)與后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)連接起來(lái)，五防系統(tǒng)則通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)獲取現(xiàn)場(chǎng)遙信量，用電腦要是將遙信量回送至系統(tǒng)生成虛擬遙信狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)五防系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)與監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)備狀態(tài)相關(guān)信息的一致。五防系統(tǒng)與后臺(tái)控制系統(tǒng)共享實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及監(jiān)控畫(huà)面，為方便工作人員操作，在系統(tǒng)中安裝模擬屏。

2 微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)在110kV變電站的具體應(yīng)用

某110kV變電站是某集團(tuán)公司內(nèi)電壓等級(jí)最高、規(guī)模最大且系統(tǒng)運(yùn)行最為復(fù)雜的一個(gè)變電站，擔(dān)負(fù)集團(tuán)內(nèi)部生產(chǎn)和周邊幾個(gè)村莊的供電任務(wù)以及兩個(gè)電廠的發(fā)電任務(wù)，從投運(yùn)至今已有10年之多。近幾年，二次系統(tǒng)中逐漸暴露了一系列影響該變電站安全運(yùn)行的問(wèn)題，對(duì)該變電站二次系統(tǒng)進(jìn)行改造勢(shì)在必行。經(jīng)多方面商討，決定CAN2000系列微機(jī)測(cè)控保護(hù)裝置進(jìn)行微機(jī)綜合自動(dòng)化改造，裝置可集中組屏安裝，也可就地安裝在開(kāi)關(guān)柜上。采用iES-SL300變電站監(jiān)控系統(tǒng)，iES-SL300以工控機(jī)為主機(jī)，將CAN網(wǎng)卡、串行通訊卡和以太網(wǎng)卡集成到機(jī)器內(nèi)。

此次改造主要是對(duì)110kV變電站的110kV、6kV系統(tǒng)進(jìn)行微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)改造，110kV變電站110kV側(cè)保護(hù)測(cè)控裝置采用集中組屏，6kV高壓柜保護(hù)測(cè)控裝置就地分散布置。從變電站主控制室到室外、室內(nèi)共敷設(shè)配電設(shè)備屏蔽控制電纜約15km。主控室原主變保護(hù)屏位置后臨時(shí)布置新通訊屏，安裝后臺(tái)系統(tǒng)，敷設(shè)新通訊屏到后臺(tái)工作站的以太網(wǎng)線。敷設(shè)兩條通訊線，通訊線一頭分別分布到6kV各柜，另一頭分別接至CAN網(wǎng)卡口上。安裝6kV高壓柜保護(hù)測(cè)控裝置于110kV變電站內(nèi)，并在主控制室原控制屏后位置臨時(shí)安裝110kV變電站110kV側(cè)保護(hù)測(cè)控裝置，對(duì)微機(jī)保護(hù)測(cè)控屏進(jìn)行調(diào)試和試驗(yàn)。為保證不間斷供電，改造過(guò)程中使兩套系統(tǒng)并列運(yùn)行，改造完成后將舊電纜和舊屏拆除，并整理電纜，定位新保護(hù)屏的位置。

經(jīng)過(guò)此次改造，該變電站自動(dòng)化水平以及綜合運(yùn)行安全水平明顯提高，滿足了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活需要。微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)所具備的良好的人機(jī)界面以及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能為變電站管理人員和技術(shù)人員分析研究變電站運(yùn)行情況提供了強(qiáng)有力支撐。原有二次系統(tǒng)存在的安全隱患基本上被消除，提高了二次系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。更換為微機(jī)自動(dòng)化保護(hù)后，對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)整定更加精確，保護(hù)的上下級(jí)之間有了更加密切的配合，使得變電站二次保護(hù)系統(tǒng)可靠性全面提升。系統(tǒng)擴(kuò)展性良好，接口豐富，抗干擾性和集成化程度高，節(jié)約了空間，降低了維護(hù)費(fèi)用，簡(jiǎn)化了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，微機(jī)綜合自動(dòng)化保護(hù)系統(tǒng)是電氣自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用，采用嵌入式微機(jī)系統(tǒng)作為變電站的保護(hù)、監(jiān)測(cè)和控制模塊，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)將數(shù)據(jù)采集到變電站自動(dòng)化主站，處理打包后，通過(guò)通信信道發(fā)送至調(diào)度端，反之，通過(guò)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)調(diào)度指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站的“四遙”功能，有利于全面提高110kV變電站的技術(shù)管理水平、系統(tǒng)運(yùn)行可靠性水平，還能降低運(yùn)行維護(hù)成本，向用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的電能。針對(duì)現(xiàn)有110kV變電站二次系統(tǒng)中暴露的影響變電站安全運(yùn)行的問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)微機(jī)保護(hù)綜合自動(dòng)化改造。

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