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110kV文慶變電站自動化系統(tǒng)工程設計與體會

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簡介介紹了一個市區(qū)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

詳細介紹

簡介
介紹了一個市區(qū)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。提出并闡述在設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計的配合方面應考慮的問題及要求。
　　
　　

關鍵字：變電站，變電站自動化，無人值守，設計
　　
　　

1 引言
　　
110kV文慶變電站位于佛山市城區(qū)，建設規(guī)模為50MVA主變2臺及相應的無功補償電容器組，110kV出線2回，10kV出線20回，110kV主接線采用線路—開關—變壓器組接線方式，10kV主接線為單母分段，采用全戶內(nèi)布置形式，建筑面積為1081m2，征地面積僅845m2。全站利用了目前國內(nèi)較成熟、*的變、配電設備及變電站自動化技術成果，在設備*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。文慶站也是佛山市區(qū)首座采用綜合自動化系統(tǒng)的110kV無人值守變電站，為將來110kV無人值守變電站的建設提供了一種模式。
　　
　　

2 自動化系統(tǒng)
　　
2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
文慶站自動化系統(tǒng)選用的是南瑞系統(tǒng)控制公司的BJ－3型變電站綜合自動化產(chǎn)品。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TK3201通訊控制工作站，它具有多個通信口與遠方調(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、智能測控裝置層，它獨立完成間隔層的保護、測量、控制和通信等功能。兩層網(wǎng)即是通訊層分別與站控層、間隔層組成的以太網(wǎng)和RS422/485及LonWorks現(xiàn)場總線通信網(wǎng)。
　　
2.2系統(tǒng)組柜及布置
　　
文慶站綜合自動化系統(tǒng)采用分散與集中相結(jié)合的布置方式，10kV部分的保護及測控裝置、電能表分散安裝于各間隔開關柜。這種分散布置既減少了二次設備室柜位，又節(jié)省了控制電纜。
　　
主變保護及測控裝置需專門組柜，將組柜布置于主變變高GIS就地柜旁是可以的，但對減小占地面積及節(jié)省控制電纜不明顯?？紤]到二次設備室環(huán)境條件較*及主變保護及測控裝置的復雜性，將主變保護柜及計量柜布置于二次設備室。主變及其兩側(cè)間隔的測控裝置與全站公共設備的測量及信號采集插箱共組一柜，通訊控制工作站及遙控輸出插箱組一柜，而監(jiān)控工作站及繼保工作站置于專用電腦臺，連同交、直流柜和自動跟蹤補償消弧線圈控制柜一起布置于二次設備室。二次設備室總共只需布置10柜1臺。
　　
2.3系統(tǒng)主要功能特點
　　
2.3.1通訊控制工作站
　　
通訊控制工作站TK3201是綜合自動化系統(tǒng)通信層的核心，它由嵌入式PC104、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)電氣量及微機保護信號的采集與處理；傳輸與修改保護裝置工作狀態(tài)及定值；接收遙控命令，實施控制操作；接收對時命令進行對時；向調(diào)度控制中心傳送所采集的各種信息；與通訊管理機RCS－9692、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。TK3201還具有必須的人機聯(lián)系及維護手段。
　　
TK3201經(jīng)兩路光纖通信通道接至佛山地調(diào)控制中心，通信規(guī)約為DNP3.0。
　　
　 2.3.2監(jiān)控工作站
　　
監(jiān)控工作站采用一臺CPU為PⅢ500的DELL計算機構(gòu)成，監(jiān)控軟件基于WindowsNT操作系統(tǒng)平臺。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、人機聯(lián)系、制表及打印、設備自診斷及自動恢復、數(shù)據(jù)庫維護等。
　　
2.3.3主變保護及測控
　　
主變保護為LFP－900系列微機變壓器保護裝置，各裝置通過RCS－9692通信控制單元與TK3201通訊控制工作站通信。RCS－9692的功能是完成通信轉(zhuǎn)接和規(guī)約轉(zhuǎn)換。保護裝置動作信號經(jīng)通信口上送，也可以在保護工作站對保護裝置進行管理?？紤]到保護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)。
　　
2.3.410kV間隔保護及測控
　　
10kV間隔的保護及測控裝置選用南瑞繼保公司的RCS－9000系列分散式保護測控裝置。該裝置是具有保護、遙測、遙控、遙信功能的“四合一"裝置，但其保護功能仍具有獨立性，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，軟件上保護模塊與其他模塊分開，且程序安排先啟動后測量。此外保護功能也不依賴通訊網(wǎng)，網(wǎng)絡癱瘓與否不影響保護正常運行。
　　
文慶站RCS－9000系列保護測控裝置與RCS－9692通信控制單元經(jīng)其通信口組成現(xiàn)場總線型通信網(wǎng)，RCS－9692的監(jiān)控口再與TK3201通訊控制工作站接口通信。通過所形成的通訊網(wǎng)實現(xiàn)保護及測控信息的傳遞，簡化了二次電纜，減輕了CT、PT的負荷及施工難度。此外采用現(xiàn)場總線型通信網(wǎng)絡，簡化了組態(tài)、設計和安裝，提高了系統(tǒng)性能。
　　
2.3.5控制和閉鎖
　　
文慶站的斷路器、主變OLTC及中性點地刀的人工控制可在遠方調(diào)度控制中心、站內(nèi)監(jiān)控主站、保護柜或開關柜執(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)鎖或機械閉鎖措施。
　　
　　

3 幾點設計體會
　　
3.1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)成功的關鍵。隨著自動控制技術、通信技術、多媒體技術的不斷發(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：
　　
a)*性與可靠性。在變電站自動化技術日新月異的今天，仍應把系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性放在。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。文慶站采用了交流采樣技術，大大簡化了二次設備配置，減輕了CT、PT負載，消除了零漂；
　　
b)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；

c)人機界面。現(xiàn)有運行維護人員的經(jīng)驗大多基于常規(guī)二次設備，因此系統(tǒng)軟件平臺設計的界面是否簡單、直觀、易操作也是考察系統(tǒng)的重要方面。
　　
3.2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具有接口標準化、規(guī)范化和方便眾多智能設備接口的優(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，現(xiàn)場總線型通信方式得到應用?，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。文慶站自動化系統(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。
　　
3.3間隔單元功能與性能選擇
　　
按一次設備為單位分散布置的保護及監(jiān)控單元裝置有兩種模式：保護獨立而控制、測量、信號合一模式和保護、控制、測量、信號“四合一"模式，兩種模式下保護功能都要求能獨立完成。對于安裝于開關柜的10kV保護及監(jiān)控單元宜選擇“四合一"模式，但電能計量需另設專用表計。集中布置的保護及測控裝置(如主變間隔)可選擇保護、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。
　　
保護單元的功能要滿足間隔的保護功能配置要求，并能接收與執(zhí)行上位機下發(fā)的保護定值修改，發(fā)送保護裝置的工作臺信息、告警信息、動作信息及自檢信息，與上級對時，裝置復歸，當?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，與保護單元通信(當與保護單元相對獨立時)，定時自檢及當?shù)仫@示。
　　
分散布置的保護及監(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、雷電流、振動等因素。
　　
3.4與電氣一次設計的配合
　　
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備的可靠性，在可能的條件下應選用可靠的一次設備和盡量簡化主接線的設計。主接線應在滿足供電規(guī)劃的條件下減少電壓層次和簡化，并有利于遠方控制要求。一次設備除主變外宜采用無油防爆和免維護或少維護量的設備(如GIS、SF6系列、免維護蓄電池組)。主變中性點地刀應采用電動刀閘以滿足遠方設退主變的要求。站用電源系統(tǒng)應完善可靠，雙電源應互為自動備用投入。此外，電氣布置應在滿足有關規(guī)程要求的基礎上，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)的應用，為減少占用面積創(chuàng)造了一定的有利條件。
　　

4 結(jié)語
　　
110kV文慶變電站自動化系統(tǒng)已正常投運1年，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，并且取得了令人滿意的系統(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計體會，供同行參考與商榷。

關鍵詞：變電站監(jiān)控系統(tǒng) 電容器變壓器繼電保護