变电站综合自动化系统

摘要:电力系统是由发、变、输、配、用电等设备和相应的辅助系统,按规定的技术和经济要求组成的,将一次能源转换为电能并输送和分配到客户的一个系统。电力系统自动化的主要内容包括控制中心、电厂自动化、变电站自动化、配电自动化以及需方管理系统和电能交易系统。变电站是电力系统中不可缺少的重要环节。担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。

关键词:变电站;优越性;发展趋势;系统结构;综合自动化

1 变电站自动化系统的定义

变电站自动化是将变电站的二次设备(包括测量仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等)经过功能的组合和优化设计。利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术。实现对全变电站的主要设备和输、配电线路的门动测量、监控和微机保护以及与调度控制中心通信等综合性的自动化功能。

2 变电站实现综合自动化的优越性

提高供电质量。提高电压合格率由于在变电站综合自动化系统中包括电压、无功自动控制功能。故对于具备有载调压变压器和无功补偿电容器的变电站可以大大提高电压合格率,保证电力系统主要设备和各种电器设备的安全,使无功潮流合理,降低网损。节约电能损耗。

提高变电站的安全、可靠运行水平变电站综合自动化系统中的各子系统,绝大多数都是由微机组成它们多数具有故障诊断功能。且微机保护装置和微机型自动装置具有故障自诊断功能。这是当今综合自动化系统比常规的自动装置或四遥装置的突出特点。使采用综合自动化系统的变电站一、二次设备的可靠性大大提高。

提高电力系统的运行、管理水平变电站实现自动化后,监视、测量、记录、抄表等工作都由计算机来完成。既提高了测量的精度。又避免了人为干预。大大提高运行管理水平。

3 系统结构

3.1 分布式系统结构

按变电站被监控对象或系统功能分布的多台计算机单功能设备。将它们连接到能共享资源的网络上实现分布式处理。系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计,采用主从CPU系统工作方式。多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力,解决了CPU运算处理的瓶颈问题。各功能模块(通常是多个CPU)之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。选用具有优先级的网络系统较好地解决了数据传输的瓶颈问题。提高了系统的实时性。分布式结构方便系统扩展和维护局部故障不影响其他模块正常运行。该模式在安装上可以形成集中组屏或分层组屏两种系统组态结构,较多地使用于中、低压变电站。分布式变电站综合自动化系统自问世以来。显示出强大的生命力。目前。还存在抗电磁干扰、信息传输途径及可靠性保证上的问题。

3.2 集中式系统结构

集中式一般采用功能较强的计算机并扩展其I/O接口,集中采集变电站的模拟量和数量等信息,集中进行计算和处理,分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。由前置机完成数据输入输出、保护、控制及监测等功能,后台机完成数据处理、显示、打印及远方通讯等功能。目前国内许多的厂家尚属于这种结构方式,这种结构有以下不足:①前置管理机任务繁重、引线多。降低了整个系统的可靠性,若前置机故障。将失去当地及远方的所有信息及功能。②软件复杂,修改工作量大,系统调试烦琐。③组态不灵活对不同主接线或规模不同的变电站墩、硬件都必须另行设计,工作量大并且扩展一些自动化需求的功能较难。

3.3 分层分布式结构

按变电站的控制层次和对象设置全站控制级——变电站层(站级测控单元)和就地单元控制级——间隔层(间隔单元)的二层式分布控制系统结构。也可分为三层,即变电站层、通信层和间隔层。这种结构相比集中式处理的系统具有以下明显的优点:①可靠性提高,任一部分设备故障只影响局部,即将"危险"分散,当站级系统或网络故障,只影响到监控部分,而最重要的保护、控制功能在段级仍可继续运行;段级的任一智能单元损坏不应导致全站的通信中断。比如长期霸占全站的通信网络。②可扩展性和开放性较高。利于工程的设计及应用。③站内二次设备所需的电缆大大减少,节约投资也简化了调试维护。

4 系统实现的功能

4.1 微机保护

微机保护是对站内所有的电气设备进行保护,包括线路保护,变压器保护,母线保护,电容器保护及备自投,低频减载等安全自动装置。各类保护应具有下列功能:①故障记录;②存储多套定值;③显示和当地修改定值;④与监控系统通信。根据监控系统命令发送故障信息,动作序列。当前整定值及自诊断信号。接收监控系统选择或修改定值,校对时钟等命令。通信应采用标准规约。

4.2 数据采集及处理功能

包括状态数据,模拟数据和脉冲数据:①状态量采集。状态量包括:断路器状态。隔离开关状态,变压器分接头信号及变电站一次设备告警信号、事故跳闸总信号、预告信号等。目前这些信号大部分采用光电隔离方式输入系统。也可通过通信方式获得。⑦模拟量采集。常规变电站采集的典型模拟量包括:各段母线电压、线路电压。电流和有功、无功功率值。馈线电流,电压和有功、无功功率值。

4.3 事件记录和故障录波测距

事件记录应包含保护动作序列记录开关跳合记录。变电站故障录波可根据需要采用2种方式实现:①集中式配置专用故障录波器,并能与监控系统通信。②分散型,即由微机保护装置兼作记录及测距计算。再将数字化的波型及测距结果送监控系统由监控系统存储和分析。

4.4 控制和操作功能

操作人员可通过后台机屏幕对断路器。隔离开关,变压器分接头。电容器组投切进行远方操作。为了防止系统故障时无法操作被控设备。在系统设计时应保留人工直接跳合闸手段。

4.5 系统的自诊断功能

系统内各插件应具有自诊断功能并把数据送往后台机和远方调度中心。对装置本身实时自检功能。方便维护与维修可对其各部分采用查询标准输入检测等方法实时检查。能快速发现装置内部的故障及缺陷。并给出提示,指出故障位置。

4.6 数据处理和记录

历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。它包括上一级调度中心,变电管理和保护专业要求的数据。主要有:①断路器动作次数;②断路器切除故障时截断容量和跳闸操作次数的累计数;③输电线路的有功、无功,变压器的有功、无功、母线电压定时记录的最大,最小值及其时间;④独立负荷有功、无功,每天的峰谷值及其时间;⑤控制操作及修改整定值的记录。根据需要该功能可在变电站当地全部实现也可在远动操作中心或调度中心实现。

4.7 人机联系系统的自诊断功能

系统内各插件应具有自诊断功能。自诊断信息也像被采集的数据一样周期性地送往后台机和远方调度中心或操作控制中心与远方控制中心的通信。本功能在常规远动"四遥"的基础上增加了远方修改整定保护定值、故障录波与测距信号的远传等,其信息量远大于传统的远动系统。还应具有同调度中心对时,统一时钟的功能和当地运行维护功能。

5 变电站自动化系统的发展趋势

随着科学技术的不断进步,变电站自动化系统应该具有广阔的发展前景,发展趋势有如下几个方面:

5.1 变电站自动化系统向高集成度、数字化方向发展

变电站自动化系统中面向对象设计的设备将更加高度集成化。如保护、控制、测量、故障录波及事件记录以及运行支持系统的数量处理等功能将被模块化设计在一个统一的数字装置内,间隔内部和间隔间以及间隔层同站级问的通信采用光纤总线实现,取消传统硬线连接。高集成化可以降低成本。减少故障率,有利于实现统一的运行管理。随着变电站一次设备的智能化,如智能开关设备、光电式电压和电流互感器和各内智能电子装置的出现和应用,变电站自动化将进入数字化阶段。在变电站内原来位于保护、测控装置中I/O单元、A/D单元如AD交换开关量去隔离输入和控制回路等将被分离出来下放到智能化的次设备中去。保护、测控和自动装置的功能将在统一的I/O及模拟量数据信息平台上进行重新分工和组合。有利于改进和优化现有的保护和控制功能。

5.2 变电站自动化系统向标准化方向发展

技术的进步和行业规范标准的约束,变电站自动化系统将逐步向产品标准化方向发展。具体表现在:产品基本功能设计和要求的标准化及产品的对外接口和通讯协议的标准化,变电站内不同厂家的设备可以做到互换互连即插即用,增加了用户选择变电站内各类设备和更换设备的自由度,同时还满足不标准化设计的厂商将被逐步淘汰,使变电站自动化专业逐步走向良性的发展。

5.3 电能质量和管理

由于电力市场机制的形成和规范,用电方对作为商品的电能质量的要求在逐步提高。为了规范供用电双方对电能质量的共识。国家有关部门对电能质量相继颁布了5个相关的国家标准。其中对电网频率允许偏差。供电电压允许偏差和三相不平衡度三个指标的监测现已在变电站自动化系统中实现,但对于谐波和电压闪变这两项指标的监测还需要附加设备来完成。通过电能质量监视装置测量电网中所有的电能质量参数。研究电网质量,提供在线分析技术便于电网电能质量指标的集中管理,监督电能质量污染源。为改善电网总体电能质量指标创造条件。

5.4 电气设备状态监测与故障诊断技术的应用

电气设备的状态监测与故障诊断具体包括以下方面:

电容型设备的监测和诊断。电容型设备包括:电力电容器、耦合电容器、电容型套管、电容型电流互感器和电压互感器等设备。监测电容型设备的电流值的变化率△I/I,绝缘的介质损耗因数tg及电容量的变化率△C/C。可以判断电容型设备是否存在绝缘问题。

变压器的监测与诊断电力变压器主要是充油式绝缘(也有干式或SF6绝缘)。对于充油式变压器的绝缘诊断,采用油中的溶解物分析得到广泛应用。对于各种类型的变压器绝缘。局部放电测量作为一种重要监测手段。

5.5 数字式视频图像监视技术与变电站自动化系统的融合

由于无人值班的要求以及对一些现场情景(控制机房和主变设备)有现场视觉的要求现在不少变电站采用了视频图像监视技术。它不仅解决了无人值班站内安全保卫消防等方面的问题,更为重要的是它可以使远方运行控制人员能亲眼看到现场的实际情况。数字式视频图像监视技术的主要功能有:

环境及设备监视。即对变电站内的运行设备的状态及其周围的环境进行监视,可以有多种显示方式如轮流显示。自动循环显示和人工选择显示。

红外图像测量,利用红外摄象机可以在黑暗情况下对环境进行监视也可对相关设备的温度状况进行客观监察。

移动物体监测变电站自动化系统如何把数字式视频图像监视系统结合起来,提高对事故的判断与响应速度。提高电力系统运行的可靠性。

6 结语

变电站综合自动化对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化,提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的促进作用,一方面综合自动化系统取代或更新传统的变电站二次系统,已经成为必然趋势。另一方面,保护本身也需要自查、故障录波、事件记录、运行监视和控制管理等更强健的功能。随着自动化技术、通信技术、计算机和网络技术等高科技的飞速发展。变电站综合自动化的优越性必将进一步体现出来。

参考文献

[1]杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势.电力系统自动化,2009.

推荐访问:变电站 自动化系统 综合