變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計思路探討

1、2004年3月第1期河北工程技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報J O U R N A LO FH E B E I E N G I N E E R I N G A N D T E C H N I C A LC O L L E G EMa r.2004N o.1文章編號:1008-3782(200401-0032-03變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計思路探討劉建坡(滄州供電公司,河北滄州061001摘要:介紹了變電站常規(guī)自動化系統(tǒng)與變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、特點及區(qū)別,分析了幾種通信方式的特點及利弊,提出了當(dāng)今城網(wǎng)建設(shè)改造中變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計思路。關(guān)鍵詞:變電站;自動化系統(tǒng);通信網(wǎng)絡(luò)中圖分類號:T M76文獻標(biāo)

2、識碼:A城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)改造項目已全面鋪開,在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的各種技術(shù)發(fā)展十分迅速的情況下,建設(shè)高度可靠、有效可控的現(xiàn)代化無人職守變電站勢在必行。1常規(guī)自動化系統(tǒng)常規(guī)自動化系統(tǒng)是指采用常規(guī)遠(yuǎn)動方式,充分利用原有的二次設(shè)備,實現(xiàn)無人值守的模式。這種系統(tǒng)中保護和遠(yuǎn)動相對獨立,結(jié)構(gòu)簡單,便于遠(yuǎn)動和維護,節(jié)省資金。主要適用于城農(nóng)網(wǎng)改造中老舊變電站的無人值守改造。常規(guī)的有人職守變電站改造為無人值守變電站,需對傳統(tǒng)的常規(guī)變電站二次系統(tǒng)在設(shè)計上作如下改進:(1取消中央信號系統(tǒng)。(2取消控制屏,在開關(guān)柜和保護屏上只保留控制開關(guān)及紅綠燈,并增加當(dāng)?shù)?、遠(yuǎn)方切換開關(guān)。(3取消當(dāng)?shù)販y量儀表。(4取消光子牌,把各種

3、預(yù)告、事故信號通過R T U上傳,送往調(diào)度中心。(5保護裝置的運作信號和本身狀態(tài)信號通過無源觸點接入R T U,以供遙信用。(6所有斷路器、主變壓器分接頭均可在就地和遙控兩種狀態(tài)下進行控制。(7新設(shè)遠(yuǎn)動設(shè)備,如R T U屏等。這種變電站自動化系統(tǒng)的缺點是系統(tǒng)不具備自診斷能力,對二次系統(tǒng)本身的故障無法檢測。2變電站綜合自動化系統(tǒng)變電站綜合自動化是將變電站的二次設(shè)備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠(yuǎn)動裝置等經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計,利用先進的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號處理技術(shù),實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)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(diào)度通信等綜

4、合性的自動化功能。變電站綜合自動化系統(tǒng),即利用多臺微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表,代替常規(guī)的控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠(yuǎn)動屏,用微機保護代替常規(guī)的繼電保護屏,改變常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。通過變電站各種設(shè)備間相互交換信息,數(shù)據(jù)共享,實現(xiàn)對變電站運行進行自動監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制,提高了變電站保護和控制性能,使變電站運行更為可靠,改善和提高了電網(wǎng)的控制水平。同時也使變電站設(shè)計合理、布局緊湊、運行更加安全可靠1。目前,國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計上大體可分為四種結(jié)構(gòu)形式:集中式、分布集中式、集中與分散式相結(jié)合和分散式。收稿日期:2003-06-16作者

5、簡介:劉建坡(1971-,男,河北滄州市人,在滄州供電公司從事變電運行技術(shù)管理工作,曾榮獲滄州市技術(shù)能手稱號。1集中式:集中式結(jié)構(gòu)是將設(shè)備按其不同功能進行歸類劃分,形成若干個獨立系統(tǒng),各個系統(tǒng)分別采用集中裝置來完成自身的功能。集中式結(jié)構(gòu)一般由一個或兩個C P U 實現(xiàn)對整個變電站的保護、監(jiān)視、測量、遠(yuǎn)動的集中控制。其優(yōu)點是:構(gòu)成較簡單、主機控制系統(tǒng)集中、便于分配調(diào)度各種實時任務(wù)、響應(yīng)速度快、節(jié)省投資;其缺點是:主機系統(tǒng)負(fù)荷繁重、主機單C P U 可靠性不高。為了提高可靠性,一般采用雙系統(tǒng)互為備用;軟件復(fù)雜,修改工作量大,系統(tǒng)調(diào)試麻煩;組態(tài)不靈活,對不同主接線或規(guī)模不同的變電站,軟、硬件都必須另

6、行設(shè)計,工作量大;集中式保護與長期以來采用一對一的常規(guī)保護相比,不直觀,不符合運行和維護人員的習(xí)慣,調(diào)試和維護不方便,程序設(shè)計麻煩,只適合于保護算法比較簡單的情況。2分布集中式:將整個變電站的一、二次設(shè)備分為3層,即變電站層、單元層和設(shè)備層。變電站層稱為2層,單元層為1層,設(shè)備層為0層。設(shè)備層主要指變電站內(nèi)的變壓器,斷路器、隔離開關(guān)及其輔助接點,電流、電壓互感器等一次設(shè)備。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要位于1層和2層。單元層一般按斷路器間隔劃分,具有測量、控制部件或繼電保護部件。單元層本身是由各種不同的單元裝置組成,這些獨立的單元裝置直接通過局域網(wǎng)絡(luò)或串行總線與變電站層聯(lián)系;也可能設(shè)有數(shù)采管理機或保

7、護管理機,分別管理各測量、監(jiān)視單元和各保護單元,然后集中由數(shù)采管理機和保護管理機與變電站層通信。單元層本身實際上就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機、遠(yuǎn)動通信機等。變電站層設(shè)現(xiàn)場總線或局域網(wǎng),供各主機之間和監(jiān)控主機和單元層之間交換信息。3集中與分散結(jié)合式:隨著單片機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,特別是現(xiàn)場總線和局部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,一種發(fā)展趨勢是按每個電網(wǎng)元件(如:一條出線,一臺變壓器、一組電容器等為對象,集測量、保護、控制為一體,設(shè)計在同一機箱中。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置,仍可采用集中組屏安裝在主控室內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式與分散式兩種結(jié)構(gòu)之間,形式較多。目前國內(nèi)應(yīng)用較多的是

8、分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏。這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點,由于采用了集中式組屏,有利于系統(tǒng)的設(shè)計、安裝與維護管理。因而具有以下特點:(1就地安裝,節(jié)約控制電纜,通過現(xiàn)場總線與保護交換機交換信息。(2高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結(jié)構(gòu),保護屏安裝在控制室或保護室內(nèi),同樣通過現(xiàn)場總線與保護管理機通信,使這些重要的保護裝置處于比較好的工作環(huán)境,對可靠性較為有利。(3其他自動裝置中,備用電源自投裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu),安裝于控制室或保護室中。(4電能計量。采用電能管理機采集各脈沖電表的脈沖量,計算出電能量,然后送給監(jiān)控主機,再轉(zhuǎn)發(fā)給控制中心;或采用帶串行通信接口的智能型電

9、能計量表,通過串行總線,由電能管理機將采集的各電能量送往監(jiān)控機,再傳送給控制中心。因為中低壓變電站的一次設(shè)備比較集中,所以此種結(jié)構(gòu)方式比較適用于中低壓變電站。4分散式:分散式結(jié)構(gòu)是今后的發(fā)展方向。原因很顯然,一方面是分級分散式的自動化系統(tǒng),具有前面所述的突出優(yōu)點,另一方面,隨著電-光傳感器和光纖通信技術(shù)的發(fā)展,為分散式的綜合自動化系統(tǒng)的研制和應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。這種結(jié)構(gòu)方式一般是按一次回路進行設(shè)計。首先將設(shè)備按一次安裝單位劃分成若干單元,將控制單元、微機保護單元、數(shù)據(jù)采集單元安裝在戶外高壓斷路器附近或戶內(nèi)開關(guān)柜內(nèi)。然后將各分布單元用網(wǎng)絡(luò)電纜互聯(lián),構(gòu)成一個完整的分散式綜合自動化系統(tǒng)。其優(yōu)點

10、是:各個功能單元上既有通信聯(lián)系,又能相對獨立,便于系統(tǒng)擴展和維護管理,當(dāng)某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障時,不至于相互影響;此外,它的抗電磁干擾性強、可靠性高,在二次系統(tǒng)設(shè)計上能最大限度地減少二次設(shè)備的占地面積并節(jié)省大量電纜及接線。3變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一個快速、穩(wěn)定、可靠和富有彈性的站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)是變電站自動化系統(tǒng)的基本要求,也是整個電力系統(tǒng)運行管理自動化的根本前提。在早期的變電站自動化系統(tǒng)中,由于當(dāng)時技術(shù)條件的限制,廣泛采用簡單串行通信技術(shù)來實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)。簡單串行通信技術(shù)具有以下不足:(1通信速率低、一般不超過9.6k b p s。(2在采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時,系統(tǒng)站點的功能的擴展困難。(3若使用總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

11、,由于不能實現(xiàn)平衡傳輸,只能運行p o l i n g 規(guī)約,傳輸速率和效率均不能令人滿意,在大規(guī)模的變電站中情況更為嚴(yán)重。33第1期劉建坡:變電站自動化系統(tǒng)的設(shè)計思路探討(4不能在通信網(wǎng)中設(shè)置一個以上的主機,因而不能享有多主機技術(shù)帶來的各種優(yōu)越性能。(5由于性能低下,要實現(xiàn)完整的功能,通信網(wǎng)的規(guī)模和復(fù)雜性令人生畏。由于基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)場總線無論在通信速率和實時性上,還是在可靠性和組網(wǎng)的靈活性上均遠(yuǎn)高于簡單的串行通信技術(shù),在很短時間內(nèi)便成為變電站自動化系統(tǒng)的主流通信技術(shù),同時也使變電站自動化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了本質(zhì)的變化?，F(xiàn)場總線是專為小數(shù)據(jù)量工業(yè)控制領(lǐng)域的通信設(shè)計的廉價網(wǎng)絡(luò),當(dāng)作為變電站自動

12、化的主干網(wǎng)時,總體性能隨節(jié)點數(shù)的增長迅速下降。由于強調(diào)專用性而犧牲了通用性,長期缺乏統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。在通信節(jié)點多,通信數(shù)據(jù)量大的變電站中,現(xiàn)場總線存在以下局限性:(1當(dāng)變電站通信節(jié)點超過一定數(shù)量后,響應(yīng)速率迅速降低,不能適應(yīng)大型變電站對通信的要求;(2有限的帶寬使錄波等大量數(shù)據(jù)的傳輸延遲;(3網(wǎng)絡(luò)的任一點故障時均可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰?？梢?變電站自動化通信,更需要帶寬、通用性和符合國際標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在帶寬、可擴展性、可靠性、經(jīng)濟性、通用性等方面的綜合評估中,計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必將成為變電站自動化系統(tǒng)中通信技術(shù)發(fā)展的趨勢。局域網(wǎng)的典型特征是:(1高數(shù)據(jù)傳輸速率,0.1100Mb p s;(2短距離

13、,0.125k m;(3非常低的誤碼率,達千萬分之一以下。常用的幾種局域網(wǎng)絡(luò):T O K E N R I N G令牌環(huán);R C N E T網(wǎng)絡(luò);E T H E R N E T(以太網(wǎng)。后者采用總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),同軸電纜為傳輸媒介,媒體訪問方式為載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測方式,不支持帶優(yōu)先級的實時訪問。這種網(wǎng)絡(luò)有很多商業(yè)化的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品,具有以下優(yōu)點:a可靠性高。由于采用總線型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),不象環(huán)形網(wǎng)那樣中間任一節(jié)點失效便對全網(wǎng)造成危害,因而可靠性較高。b靈活性好。網(wǎng)上增減節(jié)點非常方便,任一節(jié)點的退出不會影響其他節(jié)點的正常通信。c傳輸速率高,可達10100Mb p sd軟硬件支持性好。硬件如N o

14、v e l l、3C o m公司的N E2000,3C503等。軟件如N e t w a r e、Wi n d o w s N T、Wi n d o w s95以上版本等均支持E T H E R N E T。因此,變電站綜合自動化系統(tǒng)中的局域網(wǎng)宜采用E T H E R N E T網(wǎng)絡(luò)。4結(jié)語無人職守變電站采用變電站自動化系統(tǒng)具有明顯優(yōu)越性;分層分布式綜合自動化系統(tǒng)有利于系統(tǒng)擴展的方便性和靈活性;現(xiàn)場總線技術(shù)適合于城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)中新建的小型無人職守變電站;計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是應(yīng)推廣的一種通信系統(tǒng)發(fā)展模式,特別適合于通信數(shù)據(jù)量大的變電站建設(shè)項目。參考文獻1黃益莊.變電站綜合自動化技術(shù)M.北京:中國

15、電力出版社,2000.D e s i g no f t h e A u t o m a t i c S y s t e m o f S u b s t a t i o nL I U J i a n-p o(C a n g z h o uE l e c t r i c P o w e r C o m p a n y,C a n g z h o u061001,C h i n a(下轉(zhuǎn)第38頁參考文獻1肖建.C+B u i l d e r6編程基礎(chǔ)M.北京:清華大學(xué)出版社,2002.A c c o m p l i s h m e n t o f D a t a C o m m u n i c a

16、t i o nB e t w e e nC+B u i l d e r a n dE x c e lL I P e n g,Z H U D e-s e n(D e p a r t m e n t o f C o n t r o l S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g,H u a z h o n gU n i v e s i t yo f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,Wu h a n430074,C h i n aA b s t r a c t:I t i n t r o d u c e s t h

17、e m e t h o d s o f e x p o r t i n gd a t af r o m d a t ab a s et oE x c e l2000b yu s i n gO L Ei n d a t ab a s ea p p l i c a t i o ns o f t w a r e s,a n dt h em e t h o d so f f o r m a t c o n t r o l w i t hB o r l a n dC+B u i l d e r6a st h e d e v e l o p i n gt o o l.K e yw o r d s:d a

18、t a b a s e;B o r l a n dC+B u i l d e r6;E x c e l2000;d a t a;e x p o r t;f o r m a t c o n t r o l(責(zé)任編輯:李桐棟= (上接第26頁A b s t r a c t:A c c o r d i n g t o t h e c h a n g i n g o f v e c t o r o f e l e c t r o-m o t i v e f o r c e,w h i c hi s c a u s e d b y c o n n e c t i n g o f s e c o n d

19、a r yw i n d i n gi nt h r e e-p h a s e t r a n s f o r m e r s.w e c a nd e c i d e t h e s i g no f c o n n e c t i n gg r o u po f t h r e e-p h a s e t r a n s f o r m e r s.T h i s m e t h o di s s i m p l e a n dw e c a nr e d u c e e r r o r.K e yw o r d s:t r a n s f o r m e r;c o n n e c t i n gg r o u pc l a s s i f i c a t i o n;v e c t o r d r a w i n g(責(zé)任編輯:路文梅= (上接第34頁A b s t r a c t:T h i sp a p