變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題及改造建議

變電站綜合自動化是一項提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運行水平，降低運行維護成本，提高經濟效益，向用戶提供高質量電能服務的一項措施。隨著自動化技術、通信技術、計算機和網絡技術等高科技的飛速發(fā)展，一方面綜合自動化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已經成為必然趨勢；另一方面，保護本身也需要自檢查、故障錄波、事件記錄、運行監(jiān)視和控制管理等更強健的功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動化系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。
　　一、變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題
　　變電站綜合自動化是將變電站的二次設備（包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠功裝置等）經過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現代電子技術、信技術和信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調度通信等綜合性的自動化功能。因此，變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。變電站綜合自動化系統(tǒng)可以采集到比較齊全的數據和信息，利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷功能，可方便地監(jiān)視和控制變電站內各種設備的運行和操作。變電站綜合自動化系統(tǒng)具有功能綜合化、結構微機化、操作監(jiān)視屏幕化、運行管理智能化等特征。當前我國大多數變電站已經實現了供電的自動化系統(tǒng)，包括一些高壓開關設備的繼電保護設備也已經使用了大量的微機保護，部分設備完成了變電站綜合自動化系統(tǒng)中的。不過由于種種原因，我國變電站綜合自動化系統(tǒng)還處在比較低級的水平，主要表現在以下幾個方面：（1）傳統(tǒng)二次設備、繼電保護、自動和遠動裝置等大多采取電磁型或小規(guī)模集成電路，缺乏自檢和自診斷能力，其結構復雜、可靠性低；（2）二次設備主要依賴大量電纜，通過觸點、模擬信號來交換信息，信息量小、靈活性差、可靠性低；（3）傳統(tǒng)變電站占地面積大、使用電纜多，電壓互感器、電流互感器負擔重，二次設備冗余配置多；（4）遠動功能不夠完善，提供給調度控制中心的信息量少、精度差，且變電站內自動控制和調節(jié)手段不全，缺乏協(xié)調和配合力量，難以滿足電網實時監(jiān)測和控制的要求；（5）傳統(tǒng)的二次系統(tǒng)中，各設備按設備功能配置，彼此之間相關性甚少，相互之間協(xié)調困難，需要值班人員比較多的干預，難于適應現代化電網的控制要求。另外需要對設備進行定期的試驗和維修，即便如此，仍然存在設備故障（異常運行）不能及時發(fā)現的現象，甚至這種定期檢修也可能引起新的問題，發(fā)生和出現由試驗人員過失引起的故障。
　　二、變電站綜合自動化改造的設計思想
　　完整的變電站綜合自動化系統(tǒng)除在各控制保護單元保留緊急手動操作跳、合閘的手段外，其余的全部控制、監(jiān)視、測量和報警功能均可通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)來完成。變電站無需另設遠動設備，監(jiān)控系統(tǒng)完全滿足遙信、遙測、遙控、遙調的功能以及無人值班之需要。從系統(tǒng)設計的角度來看改造后的站內系統(tǒng)需有以下特點：（1）分布式設計：系統(tǒng)采用模塊化、分布式開放結構，各控制保護功能均分布在開關柜或盡量靠近開關的控制保護柜上的控制保護單元，所有的控制、保護、測量、報警等信號均在就地單元內處理成數據信號后經光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計算機，各就地單元相互獨立，不相互影響；（2）集中式設計：系統(tǒng)采用模塊化、集中式立柜結構，各控制保護功能均集中在專用的采集、控制保護柜，所有的控制、保護、測量、報警等信號均在采集、控制保護柜內處理成數據信號后經光纖總線傳輸至主控室的監(jiān)控計算機；（3）簡單可靠：由于用多功能繼電器替代了傳統(tǒng)的繼電器，可大大簡化二次接線，分布式設計在開關柜與主控室之間接線，而集中式設計的接線也僅限于開關柜與主控室之間，其特點是開關柜內接線簡單，其余接線在采集、控制保護柜內部完成；（4）可擴展性：系統(tǒng)設計可考慮用戶今后變電站規(guī)模及功能擴充的需要；（5）兼容性好：系統(tǒng)由標準化之軟硬件組成，并配有標準的串行通訊接口以及就地的I/0接口，用戶可按照自己的需要靈活配置，系統(tǒng)軟件也能容易適應計算機技術的急速發(fā)展。
　　三、變電站綜合自動化改造設計的措施
　?。ㄒ唬┪C保護的改造設計
　　變電站綜合自動化系統(tǒng)采用三層分布式結構，其關鍵的部位是間隔保護層，間隔保護層由綜合保護裝置組成，各個裝置獨立工作，對變電站的一次設備隔離故障、保護設備的重要作用。+++變電站自動化改造的變電站有3個雙圈主變，對每臺主變配置一臺差動主保護WPD-2501C和高壓側、低壓側后備保護WPD-251D各一臺：主保護配置差動速斷、二次諧波制動的比率差動保護、非電量保護、和CT斷線告警功能；后備保護配置三段復合電壓閉鎖過流保護，每段一時限。變壓器保護的改造由原來的一種保護一個繼電器的做法，改變成為一個裝置具有多種保護功能，極大地改變了以前電磁式保護整定值不精確，保護啟動不靈敏的現象。同時保護裝置數量的減少也節(jié)約了電纜的用量，減少了工程量、維護量，也減少因電纜引起的保護裝置的異常和故障現象。經保護試驗，變壓器的主保護和后備保護不拒動、不誤動，保護定值精確、保護啟動靈敏，完全符合對變電站變壓器保護的要求。變壓器保護裝置在獨立完成對變壓器的保護功能外，裝置也由485總線形式接入變電站綜合自動化系統(tǒng)，變壓器的異常信息、故障情況、變壓器高低壓側的斷路器分合情況以及變壓器高低壓側的電流、電壓、有功功率和無功功率等都能在綜自系統(tǒng)的上位機上及時準確地顯示和記錄。
　?。ǘ┍O(jiān)控系統(tǒng)的改造設計
　　變電站監(jiān)控系統(tǒng)的改造是這次呂家坨礦+++變電站二次設備改造的重頭戲，也是這次變電站改造提高自動化水平、增強變電站管理的信息化、現代化程度的關鍵和基礎。整個變電站綜合自動化系統(tǒng)采用分層分布式網絡結構，其面向一次設備的間隔保護層全面采用既有保護功能、又有監(jiān)控和通信功能的保護測控裝置，裝置除具有保護功能外，還具有友好的人機界面，在裝置面板上有大屏幕液晶顯示，值班人員和維護人員可通過裝置面板上的按鍵查詢各條線路、電容器、變壓器、母線等的電量數據、運行參數、告警信息、故障信息，也可在裝置上對各個斷路器進行手工操作。間隔層的保護測控裝置以485總線形式與中間層的通信管理機相連，經通信管理機轉發(fā)傳至上位機系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現的基本功能包括：實時數據采集、安全監(jiān)視、數據處理、告警處理、控制操作、運行記錄、人機聯系、制表打印、設備診斷和數據庫維護等。
　?。ㄈ┛垢蓴_的改造設計
　　變電站的二次設備安裝在變電站中，而變電站又是電力設備比較集中的地方，電磁干擾比較多，運行于變電站的綜合自動化系統(tǒng)必然會受到來自不同設備的各種干擾，因此在設備中必須考慮抗干擾的措施。在這次改造中，我們考慮并加強了抗擊各種干擾的措施和電路，使裝置能抗擊4級靜電放電干擾、3級射頻電磁場輻射干擾、4級電快速瞬變脈沖群干擾、3級浪涌（沖擊）干擾、3級射頻場感應的傳導干擾、5級工頻磁場抗干擾、5級脈沖磁場干擾、5級阻尼振蕩磁場干擾、4級振蕩波抗干擾；各輸入、輸出端子分別對地，交流回路和直流回路之間，交流電流回路和交流電壓回路之間，能承受5kV（峰值）的標準雷電波沖擊。同時診斷變電站直流電源波動比較大的特點，在綜合保護自動化裝置的工作電源部分還加裝應用了能吸收、緩解和釋放電源電壓波動的電路及技術，經試驗和一段時間的應用，達到了預期的效果。
　　總之，變電站綜合自動化對于實現電網調度自動化和現場運行管理現代化，提高電網的安全和經濟運行水平起到了很大的促進作用，它將能大大加強電網一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對保證電網安全穩(wěn)定運行具有重大的意義。隨著技術的進步和硬件軟件環(huán)境的改善，它的優(yōu)越性必將進一步體現出來。