变电站综合自动化
专题:变电站综合自动化
第一章、变电站综合自动化的综述
1.1、变电站综合自动化的基本概念:
变电站综合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、配电线路的自动监视、测量、自动控制和微机保护,以及调度通信等综合性的自动化功能。变电站综合自动化系统,即利用多台微型计算机和大规模集成电路组成的自动化系统,代替常规的继电保护屏,改变常规的继电保护装置不能与外界通信的缺陷。因此,变电站综合自动化是自动化技术,计算机技术和通信技术等高科技在变电站领域的综合应用。变电站综合自动化系统可以采集到比较齐全的数据和信息,利用计算机的高速计算能力和逻辑判断功能,可方便地监视和控制变电站内各种设备的运行和操作。变电站综合自动化系统具有功能综合化、结构微机化、操作监视屏幕化、运行管理智能化等特征。
1.2、电网自动化发展的现状
当前,电力系统正向大容量、超高压、大机组、大电网的方向发展。随着电网规模的不断增大电压等级逐步升高,其对于整个电网运行的安全性、可靠性、经济性以及全电网管理水平的要求将越来越高,利用微机取代常规控制保护方式,实现变电站综合自动化进而实现无人值班,已成为各级电力部门的热门课题和共同追求;在全国各大电力系统中投运的微机控制和保护装置已很多,500KV、220KV的变电所皆已改造或正在改造为微机保护系统。按照国家电力公司对《农村电网建设与改造技术原则》的总体要求,凡是新建的变电所,电网的建设与改造要与调度自动化、配电网自动化、变电所无人值班、无功补偿优化综合起来,以逐步实现电网自动化,并淘汰集控保护装置。这种集控保护监视、控制、运动、直流五为一体的综合自动化装置,为农网安全可靠供电,经济运行,自动化管理形成了新格局,加速了农网现代化的进步。
1.3、变电站综合自动化的必要性:
1.3.1、传统的变电站存在以下缺点:
(1)安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。传统的变电站大多数采用常规的设备,尤其是二次设备中的继电保护和自动装置、远动装置等,采用电磁型或晶体管式,结构复杂,可靠性不高,本身又没有故障自诊断的能力,只能靠一年一度的整定值的校验发现问题,才能进行调整与检修或必须等到保护装置发生拒动或误动后才能发现问题。
(2)供电质量缺乏科学的保证。随着国民经济的持续发展,人民生活水平和生活质量不断提高,家用电器、个人计算机越来越多地进入各家各户。不仅各工矿企业,而且居民拥护对保证供电质量的要求越来越高。衡量电能质量的主要指标是频率和电压。目前还应考虑谐波问题。频率主要由发电厂调节保证,而电压的合格不能单靠发电厂调节。各变电站,特别是枢纽变电站也应该通过调节分接头位置和控制无功补偿,设备进行调整使其运行在合格范围内,但传统的变电站大多数不具备调压手段,至于谐波污染造成的危害,还没有引起足够的重视和采取有力的解决措施,且缺乏科学的电能质量考核方法,不能满足目前发展的电力市场需求。
(3)占地面积大,增加了征地投资,实现了综合自动化的变电站与传统的变电站相比。在一次设备方面,目前还没有多大的差别,而差别较大的是二次设备。传统的变电站,二次设备多数采用电磁式或晶体管式,体积大、笨重。因此,主控制室,继电保护室占地面积大,这对于人口众多的我国,特别是对人口密集很大的城市来说是一个不可忽视的问题。如果变电站实现综合自动化,则会大大减少占地面积,这对国家眼前和长远的利益是很有意义的。
(4)不适应的电力系统快速计算和实时控制的要求。电力系统要做到优质、安全,经济运行,必须及时掌握系统的运行工况,才能采取一系列的自动控制和调节手段。但传统的变电站不能满足的调度中心及时提供运行参数的要求;一次系统的实际运行工况,由于远动功能不全,一些遥测、遥信无法实时送到调度中心;而且参数采集不齐,不准确,变电站本身又缺乏自动控制和调控手段,因此设法进行实时控制,不利于电力系统的安全、稳定运行。
(5)维护工作量大,设备可靠性差,不利于提高运行管理水平和自动化水平。常规的保护装置多为电磁型或晶体管型。例如晶体管型保护装置,其工作点易受环境温度影响。因此其整定值必须定期停电校验,每年校验保护定值的工作量是相当大的,也无法实现远方修改保护或自动装置的定值。
变电站实现综合自动化的优越性
由于传统的变电站存在以上缺点无法满足电力系统安全、稳定和经济优化运行的要求,解决这些问题的出路是用先进技术武装变电站。对于老式的变电站,
逐步进行技术改造;对于新建的变电站,要尽量采用先进的技术提高变电站的自动化水平,增加它遥功能逐步实现无人值班和调度自动化。
变电站实现综合自动化的优越性主要有以下几点:
(1) 提高供电质量,提高电压合格率。
(2) 提高变电站的安全、可靠运行水平。
(3) 提高电力系统的运行、管理水平。
(4) 缩小变电站占地面积,降低造价,减少总投资。
(5) 减少维护工作量,减少值班员劳动,实现减人增效。
4变电站综合自动化系统的基本功能
变电站自动化是多专业性的综合技术,它以微计算机为基础实现对变电站传统的继电保护、控制方式、测量手段、通信和管理模式的全面技术改造,实现了电网运行管理的一次变革。国际大电网会议WG34.03工作组在研究变电站的数据统时,分析了变电站自动化需完成多功能大概有63种,归纳起来可分为以下几种功能组:①控制、监视功能;②自动控制功能;③测量表计功能;④继电保护功能;⑤与继电保护有关功能;⑥接口功能;⑦系统功能。
变电站综合自动化系统是由各个子系统组成的。在研制过程中,一个值得重视的问题,是如何把变电站各个单一功能的子系统(或称单元自控装置)组合起来,实际上是如何使上位机与各子系统或各子系统之间建立起数据通信后互操作。在综合自动化系统中,由于综合、协调工作的需要,网络技术,通信协议标准、分布式技术、数据共享等问题。必然成为研究综合自动化系统的关键问题。 微机保护合自动装置具有串行通信接口,它可以通过该接口与变电站监视控制系统交换信息。危机保护合自动装置的这一特点为变电站的综合自动化提供了良好条件。在变电站里,就是依靠通信网把基点保护、自动装置和监控系统紧密地联系在一起实现变电站综合自动化的。
在变电站综合自动化系统中,数据通信是一个重要环节,其主要任务体现在两个方面,一个方面是完成综合自动化系统内部各子系统或各种功能模块间的信息交换。这是因为变电站综合自动化系统实际上是分级分布式的多他微机组成的控制系统。在各个子系统中,往往又由各个智能模块组成。因此,必须通过内部数据通信,实现各个子系统内部和各子系统之间的信息交换和实现信息共享;另一方面是完成变电站有控制中心的通信任务。因为综合自动化系统中各个环节的故障信息要及时上报控制中心,如采集到的测量信息、断路器和隔离开关的状态信息、机电保护的动作信息等。同时综合自动化系统也要接受和执行控制中心下达的各种操作和调控命令。
5、浅析微机综合自动化系统中的通讯
1)、概述
微机综合自动化系统能够全面反应电网的信息、设备技术参数、保护定值记录、实时记录有关参量和对设备进行监控。综合自动化的核心是便于系统的监控、历史数据的记录和查备、事件记录的查询规划。实时监控系统的运行状况,采用分布式的SCADA对系统的运行信息进行处理,对各种信息上发下传,及时反应系统运行状况和事故的处理分析能力。微机综合自动化系统不仅仅简单是配电线路及其所相应的设备,还同通讯、计算机综合应用、电力监控等密切相关。
根据我国电力系统工作特点,通讯可以实现以下主要功能。
(1) 与远方调度实现通信(RTU),具备多个独立方式的通信接口;
(2) 实现各级监控,监视和工程师站功能,实现良好的人机对话;
(3) 利用软件实现四遥,接地选线,电压自动调节和无功补偿;
(4) 实现历史数据的存储,结合事件数据记录,进行分析,计算,准确判
断事故原因。
2)、微机综合自动化系统的通讯概念
微机综合自动化程度的重要标志是通讯是否符合自动化的要求,它担负着设备及用户与自动化的联络作用,担负着信息的处理、命令的发送和返回等任务。所有数据的传递,没有可靠有效的通讯,系统无法与自动化相联系。关于自动化通讯,通常概念有两种:一是外围通讯,主要是数据以及语言的通道。采用的方法为有线和无线两大类。有线分光纤通信、音频电缆通讯、电力载波通讯;无线通讯分微波通讯、扩频通讯以及无线电通讯。另一种通讯通常是指计算机上的软件通讯,具有统一规约。各种计算机软件以及数据库、远动装置都是由计算机软件进行数据交换,在计算机实际运行过程中以某一种规定的方式进行。
光纤通信是城市配电网通讯的主要方式,特点是可靠性高,干扰小,不受环境条件的影响,可作为语言、数据和图像的传输,是当前较好的通讯。音频有线是城市规划电网较为经济和实用的方法,通讯的布设及各通讯端的连接无特殊要求,造价较低,容易实现,但容易受高压的强电场和强磁场对通讯线的干扰影响。电力载波是电力系统常用的通讯方法,对于无断点的线路,使用效果好。但对于配电网线路,由于线路多台配电变压器以及线路开关的断点,使载波通讯在配电线路中使用受到了较大的影响,载波投断线路的应用技术尚待进一步研究和试点。微波通讯对于配电网多点通讯点是很难采用的,其接收装置以及工程投资,对于城市配电网的应用不完全满足。而扩频通讯广泛地被应用到各行各业的通讯,对于电网变电所与调度中心,长距离的通讯能体现出扩频技术的诸多优点,抗干扰能力强,保真性高,误码率低,可实现码分多址复用,功谱密度低,发射
功率小。但对于高楼林立的城市规划配电网,柱上开关及配电变压器的位置很难确定最好的通讯环境时,其放射信号的接收会受到波传输的影响(绕射功能差),出现在城市应用效果不佳的现象。无线通讯主要是音频,通常作为我国负荷控制的应用领域,在城市应用效果得到充分证实,主要问题是无线通讯装置的使用效果。无线通讯装置是产品质量影响了通讯效果。
计算机软件通讯主要是指计算机内部连接的通讯规约问题。对于我国电力系统,采用了电力系统内部标准的通讯规约。由国家和行业远动、通讯标准来决定,通常的规约为CDT、POLLIG等。通讯规约一般是由设备自身来设定的,同一生产单位的产品规约是一致的。当有不同的生产厂家时,通讯规约则发生不一致,数据传递很难实现。因此无论配电网采用何种通讯方式,远动(RTU)与主站系统的通讯必须符合某一规约的要求。
微机综合自动化系统应用软件一般建立在较为通用的、符合计算机时代要求的软件平台上,具有相应的开放式支持环境,在通用、开放式、多用户支持下的操作系统、数据库、用户界面和通信接口上遵循公认的标准。有通用的按标准程序编写的应用软件和数据库的接口,具有友好的人机界面和屏幕操作,具有应用化的多层次的信息系统,符合运行的实际状况。
3))、微机综合自动化系统运行中的通讯方式
通讯在系统中的运行方式一般分为两种:一种是局域网通讯,将数据采集装置采集到的数据上传给转发装置或者接受转发装置下送的命令;另一种是转发装置与远方主站或者当地主站之间的数据上传下送。其中远动方式,主要利用变电站中的转发装置将数据采集装置中采集到的数据经过数模转换后,利用MODEM经过外围通道传送到远方调度或者接受远方调度的遥控遥调命令;当地方式则利用变电站中的转发装置将数据采集装置中采集到的数据经过RS-232串行通讯口传送到当地主站或者接受当地主站的遥控遥调命令。
4)、微机综合自动化系统运行中通讯的稳定性分析
4.1 对于局域网装置而言,一般采用直流输入直流输出工作电源。其输出相对外围环境完全隔离,GND端以工作电源0V基准为参考点,与外界无任何联系;整个系统各装置间由于是网络通讯,通讯接口采用RS-422/RS-485等,通讯线采用屏蔽电缆,屏蔽线保持连续性和同点接地。因此,只要装置集成部分无硬件损坏,一般可以保持长时间不间断稳定运行。
4.2 转发装置对于远动主站而言,其工作电源与4.1相同,其通讯一般是通过MODEM装置与外围通道(如载波机)联系,在外围通道良好的情况下,可以保持长时间不间断稳定运行,不会出现通讯中断的现象。
4.3 转发装置对于当地主站而言,其通讯是通过RS-232口连接的。虽然转发装置与外部环境相对独立,但是当地主站却不是完全独立。当地主站计算机的工作电源采用交流输入交流输出的UPS供给不间断交流电源,UPS逆变装置在交流正常工作情况下并不工作,交流输出的GND与计算机本身的RS-232口的GND是连接在一起的,这样就将转发装置与外界建立了一种联系,外界的各种因素必然会对装置造成损坏。
5)、过电压侵入自动化系统造成通讯损坏的主要途径
雷击引起的影响 直击雷电流入地,使地网电位提高,对室内二次设备形成反击而造成严重损坏
电源线路接地 工作电压超过250V的电源线路接地引起地电势上升到250V以上而引起的电源故障或者交流50HZ感应电压超过250V造成的损坏
电磁感应耦合 电磁辐射通过空间传递,在二次设备和相联系的电缆上产生过典雅,在室内计算机上产生感应过电压造成的损坏
传导耦合 室外一次设备的过电压冲击通过二次电缆直接进入室内设备;通过室外的通讯总线进入室内计算机系统和二次设备;通过站用电系统经电源线进入室内二次系统。
6)、保障方法
微机综合自动化系统的通讯保障,是综合应用一次过电压防护技术,计算机等微电子设备及通讯设备通过电压防护和抗干扰技术,机电保护抗干扰技术的问题。随着计算机技术在电力工业中越来越深入的应用,我们有必要深入研究计算机系统在变电站这样特殊环境下的规律。
· 综合布线系统采用屏蔽措施时,所有屏蔽层应保持连续性,并应注意保证导线间相对位置不变;
· 在UPS输入的交流电源和直流电源前端加浪涌抑制器,UPS输出电源的GND采取接地方式,可以保证良好放电。
· 在通讯口上加防雷隔离装置(例如远动口上加音频隔离变压器,在当地通讯串口之间加装光电隔离器)也不失为一种好方法。
· 在通讯口同侧收发端安装接电阻(100 )也可以提高过电压防护能力。 · 取消目前当地主站利用站用电系统和交流UPS供电方式,由变电站直流系统经逆变电源直接供电。
· 正确处理好变电站综合自动化系统中各种各样的接地(附图)。
接地的原则是构造等位面,单点接地。
屏蔽层的配线设备端应接地,用户(终端设备)端视具体情况接地,两端的
接地连接至同一接地体。
数字电路中逻辑电平的参考电位和交流量进行A/D转换前的参考电位,应该独立,并且与变电站系统完全隔离;
交流电源的地是与站用变中性点连接的零线,应在站用变侧接地。
抗干扰地,屏蔽接地 ,保安接地应尽量引导装置机壳的一点并与地网可靠连接,保证机壳带电时良好放电。
7)、结论
通过使用多种综自产品和多次现场服务,参考各种文献资料,对微机综合自动化系统的通讯略抒己见。随着自动化水平的提高,计算机技术、通讯技术等先进手段的应用已经成为电力发展的趋势。为了适应时代的发展,及时掌握电网和变电站的运行情况,提高变电站安全稳定运行的可靠性,以及采用先进的无人值班管理模式,减少人为误操作,对我们提出了高标准的要求。