無(wú)人值班變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

無(wú)人值班變電站自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

1電單位可實(shí)現(xiàn)無(wú)人班隨著能源行業(yè)進(jìn)入大型電網(wǎng)、大型機(jī)組和高壓時(shí)，自動(dòng)取電站的使用已成為電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。特別是隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)自動(dòng)取電站技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展。實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化可以提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、減少基建投資,并為推廣變電站無(wú)人值班提供了手段,因而已成為當(dāng)前我國(guó)電力工業(yè)推行技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)之一,從全國(guó)范圍看,有許多供電單位實(shí)施無(wú)人值班已經(jīng)取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1995年,國(guó)家電力調(diào)度通信中心已要求對(duì)35kV和110kV變電站在條件具備時(shí)可逐步實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班,對(duì)所建變電站可根據(jù)調(diào)度和管理的需要規(guī)劃,按無(wú)人值班條件設(shè)計(jì),這樣,對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的推廣應(yīng)用指出了明確的方向。據(jù)統(tǒng)計(jì),到1998年底,全國(guó)已有300多座改造和新建無(wú)人值班變電站投運(yùn),其中有幾種不同的模式:(1)設(shè)備簡(jiǎn)單,毋需有人值班,如上海滬東供電局所屬控江、娥眉35kV變電站等;(2)保留傳統(tǒng)保護(hù)模式,采用加RTU方式,增設(shè)“三遙”或“四遙”遠(yuǎn)動(dòng)接口和設(shè)備,實(shí)現(xiàn)變電站無(wú)人值班,如煙臺(tái)供電局110kV變電站;(3)采用簡(jiǎn)易微機(jī)集控裝置并增設(shè)“三遙”或“四遙”遠(yuǎn)動(dòng)接口的小型變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班,如揚(yáng)州金營(yíng)供電局的35kV變電站;(4)運(yùn)用微機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站“三遙”或“四遙”,以調(diào)度值班代替現(xiàn)場(chǎng)值班,如太原供電局所屬的下元、廣場(chǎng)、大吳等110kV變電站。上述第(4)種模式智能高、可靠性高、靈敏度高,是中壓變電站較為理想的方案。目前,有關(guān)部門變電站自動(dòng)化技術(shù)的一些基本定義、基本技術(shù)、基本功能尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),因而不同生產(chǎn)廠家設(shè)定的型號(hào)、結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能也不盡相同,考慮各方面的情況,本文提出了一些綜合性的觀點(diǎn)。2與二次設(shè)備綜合應(yīng)用的區(qū)別變電站自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)該是指應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理與傳輸技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或自動(dòng)裝置代替人工進(jìn)行各種運(yùn)行行為,進(jìn)而提高變電站運(yùn)行、管理水平的一種系統(tǒng),其范疇包括綜合自動(dòng)化技術(shù)。變電站綜合自動(dòng)化技術(shù),應(yīng)該是指將變電站的控制、信號(hào)、測(cè)量、保護(hù)、自動(dòng)裝置、運(yùn)動(dòng)裝置等二次設(shè)備及其功能利用微機(jī)技術(shù)經(jīng)過(guò)功能重新組合,優(yōu)化和替代設(shè)計(jì),對(duì)變電站執(zhí)行自動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動(dòng)化系統(tǒng),它是自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用,具有明顯的優(yōu)勢(shì)特征:功能綜合化、結(jié)構(gòu)微機(jī)化、操作監(jiān)視屏幕化、運(yùn)行管理智能化。無(wú)人值班變電站,應(yīng)該是指無(wú)固定值班人員在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行日常監(jiān)視與操作的變電站,對(duì)變電站的監(jiān)視與操作由上級(jí)調(diào)度所或集中控制站通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)的“三遙”或“四遙”功能進(jìn)行,它是變電站的一種運(yùn)行模式,其前提是必須提高變電站的自動(dòng)化水平。變電站無(wú)人值班是一種管理模式,綜合自動(dòng)化是一種新型的自動(dòng)化系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化的變電站可以有人值班,也可以無(wú)人值班,而無(wú)人值班變電站可以采用綜合自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)也可以采用二次設(shè)備和遠(yuǎn)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn);綜合自動(dòng)化為變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班提供了可靠的技術(shù)支撐,無(wú)人值班變電站為綜合自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)的發(fā)展開辟了廣闊的應(yīng)用場(chǎng)所。3將變電站所的監(jiān)視與控制組成自動(dòng)化系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)與控制的總工區(qū),及內(nèi)容特殊的供電系統(tǒng)為數(shù)中壓變電站一般應(yīng)按無(wú)人值班要求進(jìn)行設(shè)計(jì),站內(nèi)的直流系統(tǒng)至關(guān)重要,直接影響著變電站的供電可靠性,因而應(yīng)納入自動(dòng)化系統(tǒng)的監(jiān)視與控制中;主接線應(yīng)力求簡(jiǎn)化,以提高可靠性,便于遠(yuǎn)方進(jìn)行遙控操作:一次一般選用GIS設(shè)備。3.1監(jiān)控部分變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一般應(yīng)包括變電站數(shù)據(jù)采集、微機(jī)保護(hù)信息采集,通信設(shè)備信息采集及變電站的遠(yuǎn)方操作控制等幾部分。3.1.1主變壓器內(nèi)電壓(1)狀態(tài)量斷路器及反應(yīng)運(yùn)行方式的刀閘狀態(tài);有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置;(2)模擬量母線電壓;進(jìn)線線路有功、無(wú)功電流;饋線電流;主變壓器中、低壓側(cè)有功功率、無(wú)功功率及中、低壓側(cè)三相電流;主變壓器溫度;電容器三相電流;所用變電器低壓側(cè)電壓;直流母線電壓;母聯(lián)分段斷路器電流;(3)脈沖量電能表輸出的電能量;(4)繼電保護(hù)數(shù)據(jù)采集,包括保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、保護(hù)狀態(tài)、保護(hù)定值等。3.1.2線路監(jiān)視功能(1)重要參數(shù)越限監(jiān)視與處理,包括母線電壓、頻率監(jiān)視、主變和線路過(guò)負(fù)荷監(jiān)視、直流母線電壓越限監(jiān)視。(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理日、月最大值、最小值、整點(diǎn)值統(tǒng)計(jì)、電量統(tǒng)計(jì)、開關(guān)正常和事故分合閘統(tǒng)計(jì)。3.1.3事件記錄對(duì)開關(guān)變位、保護(hù)動(dòng)作等進(jìn)行記錄,時(shí)間順序分辨率應(yīng)在2～5ms之間。3.1.4分合控制板/電動(dòng)刀閘(1)可在調(diào)度中心或集控站以斷路器、電動(dòng)刀閘進(jìn)行分合控制;(2)無(wú)功/電壓自動(dòng)/手動(dòng)遠(yuǎn)方操作;(3)保護(hù)定值遠(yuǎn)方修改;(4)現(xiàn)場(chǎng)操作防誤閉鎖。3.1.5人工當(dāng)?shù)鼐o急控制設(shè)施的保留人機(jī)聯(lián)系功能的應(yīng)用主要在調(diào)度所或集控站進(jìn)行。在無(wú)人值班的中壓變電站,為了滿足巡回監(jiān)視和現(xiàn)場(chǎng)維修的需要,應(yīng)保留一定的人機(jī)聯(lián)系功能。要求能顯示站內(nèi)各主要數(shù)據(jù)和狀態(tài)量;操作出口回路具有人工當(dāng)?shù)鼐o急控制設(shè)施;變壓器分接頭應(yīng)具備當(dāng)?shù)厝斯ふ{(diào)節(jié)手段。3.1.6電壓和永壓在上級(jí)調(diào)度直接控制時(shí),變壓器分接頭調(diào)整和電容器組的投切直接接受上級(jí)調(diào)度的控制,在給定電壓曲線的情況下,則由變電站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行控制。3.1.7直流系統(tǒng)分布式直流電源作為無(wú)人值班變電所的重要配套設(shè)備,要求可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)便、具有較高的自動(dòng)化程度,能由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)方控制。主要功能有:(1)控制母線電壓在指定范圍內(nèi)變化;(2)直流系統(tǒng)接地報(bào)警;(3)直流電壓越限報(bào)警;(4)對(duì)電池組的電池定期監(jiān)測(cè)。3.1.8自診斷出錯(cuò)誤部位自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)具有自診斷能力,所有數(shù)據(jù)采集、控制、保護(hù)等主要單元模塊故障,應(yīng)能自診斷出故障部位;具有失電保護(hù)、失電自檢、自復(fù)位至原運(yùn)行狀態(tài)的能力。當(dāng)數(shù)據(jù)采集出現(xiàn)非法錯(cuò)誤時(shí),應(yīng)能輸出出錯(cuò)信息,進(jìn)行報(bào)警和閉鎖故障單元,保證其它部分的正常工作。當(dāng)系統(tǒng)在線診斷出故障時(shí),應(yīng)能自動(dòng)報(bào)警,并將故障內(nèi)容及發(fā)生時(shí)間登錄在事件一覽表中。3.1.9遠(yuǎn)動(dòng)/計(jì)算機(jī)通信規(guī)章一般應(yīng)由變電站自動(dòng)化系統(tǒng)傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息到調(diào)度中心或接受調(diào)度中心下行命令,不另設(shè)獨(dú)立的RTU.通信規(guī)約可以采用遠(yuǎn)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約或計(jì)算機(jī)通信規(guī)約,視調(diào)度中心的要求而定。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)具有和調(diào)度中心統(tǒng)一時(shí)鐘的功能。3.2保護(hù)部分3.2.1控制板事件報(bào)告微機(jī)保護(hù)應(yīng)具有與監(jiān)控系統(tǒng)通信的功能,包括:接受監(jiān)控系統(tǒng)查詢。若返回正確應(yīng)答信號(hào),則表明保護(hù)裝置通信接口完好;若超時(shí)無(wú)應(yīng)答或應(yīng)答錯(cuò)誤,則表明通信接口或保護(hù)裝置本身出現(xiàn)故障;傳送事件報(bào)告,包括跳閘時(shí)間(分辨率2ms)、跳閘元件、相別、測(cè)距、故障波形等,且掉電后信息能保留;傳送自檢報(bào)告,包括裝置內(nèi)部自檢和對(duì)輸入信號(hào)的檢查;修改時(shí)鐘及對(duì)時(shí),目前至少要有通信廣播對(duì)時(shí)及分秒中斷對(duì)時(shí);修改保護(hù)定值。定值要經(jīng)地上傳、下裝、反校、確認(rèn)等環(huán)節(jié)后,保護(hù)裝置才予以修改;接受投退保護(hù)命令,保護(hù)信號(hào)應(yīng)具有掉電自保持,能夠遠(yuǎn)方或就地復(fù)歸;接受查詢定值并送出定值;實(shí)行顯示保護(hù)主要狀態(tài)(功能投入情況輸入量值等)。3.2.2主保護(hù):帶方向或段流保護(hù)對(duì)于110kV線路,一般采用階段式距離保護(hù)和階段式零序電流方向保護(hù)。而對(duì)于一些要求全線速動(dòng)的110kV線路和110kV短線路,則可采用高頻保護(hù)、光纖差動(dòng)保護(hù)等作為主保護(hù)。在某些情況下,110kV線路亦可采用帶方向的一段或兩段速斷過(guò)流保護(hù)以及零序方向過(guò)流保護(hù)。對(duì)于35kV線路,通常采用帶方向或不帶方向的一段或兩段式電流電壓速斷過(guò)電流保護(hù)。對(duì)于10kV線路,可采用兩段或三段式電流速斷保護(hù)和過(guò)電流保護(hù),以及零序過(guò)電流保護(hù)。對(duì)于可能時(shí)常出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷的線路,還應(yīng)設(shè)有過(guò)負(fù)荷保護(hù),動(dòng)作于發(fā)信或跳閘。對(duì)于同桿雙回線路,宜安裝橫差電流方向保護(hù)。3.2.3路檢重合閘采用納米其功能可設(shè)置在線路保護(hù)內(nèi)。對(duì)于110kV及以下線路,一般采用三相一次重合閘,其同期檢定方式和重合閘延時(shí)時(shí)間應(yīng)能整定,同期檢定方式可有下列選擇:不檢定方式;檢無(wú)壓方式;檢同期方式;檢無(wú)壓和檢同期方式。3.2.4流制動(dòng)功能主保護(hù)宜采用比例制動(dòng)特性的縱差動(dòng)保護(hù),具有可靠的涌流制動(dòng)功能。后備保護(hù)可采用帶方向或不帶方向的過(guò)電流保護(hù),若靈敏度不夠,可考慮采用復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)。裝設(shè)有過(guò)負(fù)荷保護(hù),帶延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)或動(dòng)作于跳閘。3.2.5保護(hù)大面積電池保護(hù)站內(nèi)裝設(shè)并聯(lián)補(bǔ)償電容器組時(shí),應(yīng)裝設(shè)相應(yīng)的保護(hù)設(shè)備,當(dāng)出現(xiàn)故障及異常情況時(shí),應(yīng)能報(bào)警或切除故障。3.2.6零序分量判據(jù)小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地時(shí),接地保護(hù)應(yīng)能正確選出接地線路(或母線)及接地相,并予以報(bào)警。對(duì)于不接地系統(tǒng),可采用零序功率方向、零序電流大小和方向等零序分量判據(jù);對(duì)于經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng),還應(yīng)考慮其它有效判據(jù)(如五次諧波判據(jù)等)進(jìn)行綜合判斷。3.2.7備用電源的使用當(dāng)工作電源因故障不能供電時(shí),自動(dòng)裝置應(yīng)能迅速將備用電源自動(dòng)投入使用或?qū)⒂脩羟袚Q到備用電源上去。典型的備投有:分段斷路器備投;單母線進(jìn)線備投;變壓器備投;進(jìn)線及橋斷路器備投;旁路斷路器備投。3.2.8及時(shí)間斷一部分負(fù)荷當(dāng)電力系統(tǒng)因事故導(dǎo)致功率缺額而引起系統(tǒng)頻率下降時(shí),低頻減載裝置應(yīng)能及時(shí)自動(dòng)斷開一部分負(fù)荷,防止頻率進(jìn)一步降低,以保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和重要負(fù)荷的正常工作。當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)到正常值之后,被切除的負(fù)載可逐步遠(yuǎn)方(或就地)手動(dòng)恢復(fù),或可選擇延時(shí)分組自動(dòng)恢復(fù)。3.2.9中央信號(hào)保護(hù)各套保護(hù)裝置均應(yīng)送出“保護(hù)動(dòng)作”、“重合閘動(dòng)作”、“TV或TA斷線”、“控制回路斷線”、“裝置異?！?、“過(guò)負(fù)荷”等信號(hào),以起動(dòng)中央信號(hào)。將各保護(hù)送來(lái)的接點(diǎn)按“起動(dòng)事故音響”、“瞬時(shí)起動(dòng)預(yù)告音響”、“過(guò)負(fù)荷延時(shí)起動(dòng)預(yù)告音響”三類分別并聯(lián)后起動(dòng)喇叭或警鈴,并通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)送到地調(diào)端。站內(nèi)監(jiān)控后臺(tái)機(jī)有顯示信號(hào)。中央信號(hào)裝置應(yīng)能重復(fù)動(dòng)作。4參數(shù)4.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)事件分析模擬量測(cè)量誤差:電流、電壓、無(wú)功測(cè)量誤差(±0.5%);事件記錄分辨率:<2ms;事件正確記錄率:100%;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間:MTBF>30000h;電度脈沖量累計(jì)誤差:10000±1個(gè)脈沖;系統(tǒng)年利用率:100%.4.2電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)(1)軟硬件結(jié)構(gòu)模塊化,方便擴(kuò)展和運(yùn)行維護(hù);(2)各微機(jī)部件必須有自恢復(fù)功能和斷電保護(hù)措施,出現(xiàn)死鎖和斷電時(shí)不會(huì)丟失內(nèi)存中已有累計(jì)數(shù)據(jù)和重要的生成數(shù)據(jù);(3)監(jiān)控裝置的輸入輸出回路。凡是開關(guān)量都應(yīng)有光電隔離措施,以提高抗干擾能力并有防止接點(diǎn)抖動(dòng)措施;(4)對(duì)于電能脈沖輸入,脈沖寬度不應(yīng)小于50～100ms;對(duì)于一個(gè)脈沖應(yīng)進(jìn)行三次采樣,確認(rèn)一致方為有效,以提高計(jì)量的準(zhǔn)確性。電能脈沖有易受干擾、丟失脈沖等缺點(diǎn),推薦采用具有RS485標(biāo)準(zhǔn)接口的電能表,可避免上述缺點(diǎn)且可簡(jiǎn)化施工、節(jié)省電纜;(5)監(jiān)控系統(tǒng)多CPU工作時(shí),有故障元件應(yīng)能發(fā)出報(bào)警,并將有故障部分隔離開,使其它部分仍能正常運(yùn)行;(6)機(jī)柜結(jié)構(gòu)和輸入/輸出通道應(yīng)滿足在強(qiáng)電磁場(chǎng)條件下可靠工作,并將防止雷電沖擊以及系統(tǒng)的過(guò)電壓保護(hù);(7)自動(dòng)化裝置的各插件上,應(yīng)有明確標(biāo)志以表明運(yùn)行狀態(tài);(8)為了提高遙信量的抗干擾性能,推薦用直流220V(110V)作為遙信工作電源。5可靠性和抗干擾和可靠性設(shè)計(jì)5.1iec第二最短時(shí)裝配器(1)采用高可靠性元件;(2)采用光隔離技術(shù);(3)采用IEC最強(qiáng)的