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110KV創(chuàng)利變電站自動化系統(tǒng)工程設(shè)計與體會論文
摘要：根據(jù)創(chuàng)利變電站的設(shè)計工作實踐，筆者介紹了無人值守110kV變電站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、布置及功能特點。并闡述了在設(shè)計綜合變電站自動化系統(tǒng)工程中，監(jiān)控系統(tǒng)的選用、組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定、間隔單元性能的選擇以及與電氣一次設(shè)計的配合方面應(yīng)考慮的問題及要求。
關(guān)鍵詞：變電站；間隔保護(hù)；無人值守；組網(wǎng)結(jié)構(gòu)
一、引言
110千伏創(chuàng)利變電站建設(shè)規(guī)模為2臺5萬千伏安三相雙卷變壓器，同時裝設(shè)相應(yīng)容量的無功補償電容器及其它附屬設(shè)備，110kV出線2回，10kV出線20回，創(chuàng)利變電站110千伏母線采用單母分段接線型式；10千伏母線采用單母分段四段接線型式。采用戶外常規(guī)設(shè)備全站利用了目前國內(nèi)較成熟、先進(jìn)的變、配電設(shè)備及變電站自動化技術(shù)成果，在設(shè)備先進(jìn)與占地少、投資省、運行費用低和可靠性高之間取得較滿意的平衡和統(tǒng)一。110千伏創(chuàng)利變電站建成后將是江門市新會區(qū)一座較為先進(jìn)的110kV無人值守變電站。
二、自動化系統(tǒng)
(一)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
創(chuàng)利變電站自動化系統(tǒng)初步選用的是南京南瑞繼保電氣有限公司的110kV變龜站自動化系統(tǒng)解決方案。該系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)兩層網(wǎng)模式，屬分層分布式系統(tǒng)。三層結(jié)構(gòu)即站控層、通訊層和間隔層：站控層由監(jiān)控工作站、繼保工作站組成，完成變電站的監(jiān)視、操作、控制及變電管理功能：通訊層采用RCS-9794系列通信管理裝置，它具有多個通信口與遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心、站控層、間隔層及GPS連接，建立起一套完整的通信網(wǎng)從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；間隔層即繼電保護(hù)、智能測控裝置層，它獨立完成間隔層的保護(hù)、測量、控制和通信等功能。通訊層分別與站控層、間隔層組成的以太網(wǎng)現(xiàn)場總線通信網(wǎng)，全冗余配置，A、B雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，雙網(wǎng)互為備用。
(二)系統(tǒng)組屏及布置
創(chuàng)利變電站綜合自動化系統(tǒng)采用分散與集中相結(jié)合的布置方式，主變及110kV線路的保護(hù)和測控裝置以及公共設(shè)備集中布置在變電站主控室；10kV部分的保護(hù)及測控裝置、電能表分散安裝于各間隔開關(guān)柜，在高壓室隔出一間繼保小室布置一面交換機(jī)屏和一面10kV公共測控屏，專門組成10kV裝置以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)和采集10kY間隔的測控及遙信信號，這種分散與集中相結(jié)合的布置方式，既減少了主控室的屏位。又節(jié)省了控制電纜和通信線纜。
考慮到主變保護(hù)及測控裝置的復(fù)雜性，每臺主變保護(hù)及測控裝置需各組一屏，每回110kV線路保護(hù)與測控共組一屏，全站公共設(shè)備的測量及信號采集插箱組一面公共測控屏，通訊控制工作站及遙控輸出插箱組一面遠(yuǎn)動通信屏，雙以太網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)需要組一面通信(交換機(jī))屏，交、直流系統(tǒng)和自動跟蹤補償消弧線圈控制柜也布置于主控室，另外，監(jiān)控工作站及繼保工作站置于專用工作臺。
(三)系統(tǒng)主要功能特點
1、通信控制工作站
通信控制工作站是綜合自動化系統(tǒng)通信層的核心，它由嵌入式PCI04、網(wǎng)卡、智能通訊卡、調(diào)制解調(diào)器、GPS及接口、電源模塊等組成。它完成常規(guī)電氣量、非常規(guī)電氣量及微機(jī)保護(hù)信號的采集與處理；傳輸與修改保護(hù)裝置工作狀態(tài)及定值；接收遙控命令，實施控制操作；接收對時命令進(jìn)行對時；向調(diào)度控制中心傳送所采集的各種信息；與通信控制單元RC8--9794、直流系統(tǒng)、小電流接地選線裝置、多功能電能表等接口通訊等。工作站還具有必須的人機(jī)聯(lián)系及維護(hù)手段。
變電站的遠(yuǎn)動信息經(jīng)一路光纖通信通道和一路復(fù)用通道傳送至江門地調(diào)及新會區(qū)調(diào)控制中心，通信規(guī)約為IEC60870-5-103。
2、監(jiān)控工作站
監(jiān)控工作站采用一臺最新的DELL計算機(jī)構(gòu)成，監(jiān)控軟件基于Windows操作系統(tǒng)平臺，用戶界面友好，使用方便。它替代了傳統(tǒng)變電站控制屏的信號、表計及操作等功能。由它實現(xiàn)的SCADA功能包括實時數(shù)據(jù)采集、安全監(jiān)視、數(shù)據(jù)處理、報警處理、控制操作(包括VQC功能)、運行記錄、人機(jī)聯(lián)系、制表及打印、設(shè)各自診斷及自動恢復(fù)、數(shù)據(jù)庫維護(hù)等。
3、主變保護(hù)及測控
主變保護(hù)為RCS—900系列微機(jī)變壓器保護(hù)裝置，各裝置通過RCS—9794通信控制單元與通訊控制工作站通信。RCS—9794的功能是完成通信轉(zhuǎn)接和規(guī)約轉(zhuǎn)換。保護(hù)裝置動作信號經(jīng)通信口上送，也可以在保護(hù)工作站對保護(hù)裝置進(jìn)行管理。考慮到保護(hù)裝置直流電源掉電后，裝置的通信功能將不能正常工作，故將能反映直流電源消失的控制回路斷線信號接點用電纜引至主變綜合采集插箱，作為遙信點之一。
主變本體及高低壓側(cè)間隔的測控功能，除了本體信號經(jīng)主變保護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)至系統(tǒng)通信網(wǎng)外，其余測量、信號及控制功能由主變綜合采集插箱及線路測控插箱實現(xiàn)。
4、iOkV間隔保護(hù)及測控
10kV間隔的保護(hù)及測控裝置選用南瑞繼保公司的RCS—9000系列分散式保護(hù)測控裝置。該裝置是具有保護(hù)、遙測、遙控、遙信功能的“四合一”裝置，但其保護(hù)功能仍具有獨立性，這體現(xiàn)在硬件上所具有的獨立的輸入輸出回路及操作回路，軟件上保護(hù)模塊與其他模塊完全分開，且程序安排先啟動后測量。此外保護(hù)功能也完全不依賴通信網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)工作正常與否不影響保護(hù)正常運行。
創(chuàng)利變電站RCS—9000系列保護(hù)測控裝置與繼保小室的通信屏的RCS—9882交換機(jī)經(jīng)其通信口組成現(xiàn)場總線型通信網(wǎng)，再與主控室RCS—9794通信管理裝置通信。通過所形成的通信網(wǎng)實現(xiàn)保護(hù)及測控信息的傳遞，簡化了二次電纜，減輕了CT、PT的負(fù)荷及施工難度。此外采用現(xiàn)場總線型通信網(wǎng)絡(luò)，簡化了組杰、設(shè)計和安裝，提高了系統(tǒng)性能。
5、控制和閉鎖
創(chuàng)利變電站的斷路器、主變OLTC及中性點地刀的人工控制可在遠(yuǎn)方調(diào)度控制中心、站內(nèi)監(jiān)控主站、保護(hù)屏或間隔戶外端子箱(開關(guān)柜)執(zhí)行控制操作，但同一時間內(nèi)只允許其中一種方式有效。監(jiān)控主站實現(xiàn)的VQC自動控制和人工控制在同一時間內(nèi)也只能設(shè)定其中一種方式有效。監(jiān)控主站軟硬件具有閉鎖邏輯判斷和操作權(quán)限管理，防止誤操作斷路器事故的發(fā)生。至于全站所有隔離刀閘、接地刀閘的防誤操作閉鎖，則采用簡單可靠的電氣聯(lián)鎖和微機(jī)五防相結(jié)合的閉鎖措施。
三、幾點設(shè)計體會
(一)監(jiān)控系統(tǒng)的選用
成熟可靠的后臺監(jiān)控系統(tǒng)是綜合自動化系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。隨著自動控制技術(shù)、通信技術(shù)、多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，性能越來越高和多樣化的系統(tǒng)層出不窮。選擇時要注意考慮以下幾方面：
1、先進(jìn)性與可靠性。在變電站自動化技術(shù)日新月異的今天，仍應(yīng)把系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性放在第一位。盡量選用經(jīng)過鑒定的、有成熟運行經(jīng)驗的適用產(chǎn)品和技術(shù)。創(chuàng)利站采用了交流采樣技術(shù)，大大簡化了二次設(shè)備配置，減輕了CT、PT負(fù)載，消除了零漂；
2、完整性和開放性。系統(tǒng)功能的完整性及數(shù)據(jù)庫的開放性都是重要的選擇條件。在功能完整性方面，除實現(xiàn)“四遙”功能和變電管理功能外，要注意考慮系統(tǒng)是否利用了實時數(shù)據(jù)實現(xiàn)電壓無功控制(VQc)、小電流接地選線、防誤操作、合閘同期檢測、設(shè)備壽命管理等功能。數(shù)據(jù)庫的開放性則便于日后升級擴(kuò)容、修改運行數(shù)據(jù)及二次開發(fā)等，而使原有軟硬件資源得到保護(hù)；
3、人機(jī)界面。系統(tǒng)軟件平臺設(shè)計的界面是否簡單、直觀、易操作也是考察系統(tǒng)的重要方面。
(二)系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的確定
在變電站自動化系統(tǒng)中常用的串行通信接口RS—232C、RS—422／485具有接口標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和方便眾多智能設(shè)備接口的優(yōu)點，不足之處是Rs—232C通信有效距離短，而Rs—485總線為主從結(jié)構(gòu)，主站點工作繁忙時影響系統(tǒng)性能。隨著分散分布式系統(tǒng)的發(fā)展，在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通用的以太網(wǎng)現(xiàn)場總線通信方式得到越來越多的應(yīng)用�，F(xiàn)場總線網(wǎng)是一種多點共享的廣播通信信道網(wǎng)，較點對點通信信道網(wǎng)為優(yōu)。當(dāng)然總線型網(wǎng)需要有控制單元解決兩個以上結(jié)點同時發(fā)送信息的沖突。創(chuàng)利站自動化系統(tǒng)是分散與集中布置相結(jié)合的分層分布式系統(tǒng)，通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用了現(xiàn)場總線型與一對一串行通信共存的模式，有效地保障了通信速率和資源共享。
(三)間隔單元功能與性能選擇
按一次設(shè)備為單位分散布置的保護(hù)及監(jiān)控單元裝置有兩種模式：保護(hù)獨立而控制、測量、信號合一模式和保護(hù)、控制、測量、信號“四合一”模式，兩種模式下保護(hù)功能都要求能獨立完成。對于安裝于開關(guān)柜的10kV保護(hù)及監(jiān)控單元宜選擇“四合一”模式，但電能計量需另設(shè)專用表計。集中布置的保護(hù)及測控裝置(如主變間隔)可選擇保護(hù)、測控裝置分開的模式，因為可選擇的現(xiàn)有裝置較成熟可靠。
保護(hù)單元的功能要滿足間隔的保護(hù)功能配置要求，并能接收與執(zhí)行上位機(jī)下發(fā)的保護(hù)定值修改，發(fā)送保護(hù)裝置的工作臺信息、告警信息、動作信息及自檢信息，與上級對時，裝置復(fù)歸，當(dāng)?shù)仫@示等。監(jiān)控單元的基本功能為遙測量采集及計算，遙信采集及處理，遙控命令接收與執(zhí)行，與保護(hù)單元通信(當(dāng)與保護(hù)單元相對獨立時)，定時自檢及當(dāng)?shù)仫@示。
分散布置的保護(hù)及監(jiān)控單元裝置要注意是否適合安裝現(xiàn)場的環(huán)境條件，包括溫度、濕度、電磁感應(yīng)、雷電流、振動等因素。
(四)與電氣一次設(shè)計的配合
無人值守變電站自動化系統(tǒng)的成功實施，很大程度上依賴電氣一次設(shè)備的可靠性，在可能的條件下應(yīng)選用可靠的一次設(shè)各和盡量簡化主接線的設(shè)計。主接線應(yīng)在滿足供電規(guī)劃的條件下減少電壓層次和簡化，并有利于遠(yuǎn)方控制要求。一次設(shè)備除主變外宜采用無油防爆和免維護(hù)或少維護(hù)量的設(shè)各(如GIS、SF6系列、免維護(hù)蓄電池組)。主變中性點地刀應(yīng)采用電動刀閘以滿足遠(yuǎn)方投退主變的要求。站用電源系統(tǒng)應(yīng)完善可靠，雙電源應(yīng)互為自動備用投入。此外，電氣布置應(yīng)在滿足有關(guān)規(guī)程要求的基礎(chǔ)上，盡量減少占地面積和建筑面積，市區(qū)變電站更是如此。而分散式綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，為減少占用面積創(chuàng)造了一定的有利條件。
四、結(jié)語
本地區(qū)的110kV變電站基本已經(jīng)實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)的無人值守，工程的實踐表明，該站采用分散與集中布置相結(jié)合的分層分布式綜合自動化系統(tǒng)是可行的，并且必將能取得令人滿意的系統(tǒng)整體性能及總體布置效果。本文介紹的該站自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、布置、功能特點以及幾點工程設(shè)計體會，供同行參考與商榷，不足之處懇請同行和專家批評指正。
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