1、变电站电气自动化系统的模型构建【摘要】变电站是电力系统中重要的组成部分,而变电站设计是电力系统建设中重要的技术环节,本文从现代城网建设和改造中,对电站电气自动化的系统设计的系统选型、电气设计原则等方面了探讨,以供各位同行交流。 【关键词】变电站;电气自动化;系统设计 中图分类号：TM63 文献标识码：A随着科学技术的不断发展,新技术层出无穷,伴随着数字化变电站的兴起,我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班,而且在 220kV 及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术,并已获得成功。在变电站自动化系统的具体实施过程中,目前有不同的方法:一种主张站内监控以远动
2、(RTU)为数据采集和控制的基础,相应的设备以电网调度自动化为基础,保护相对独立;另一种则主张站内监控以保护(微机保护)为数据采集和控制的基础,将保护与控制、测量结合在一起。从我国目前的电力系统运行体制、人员配备、专业分工来看,前者占有较大优势。因为无论从规划设计、科研制造、安装调试、运行维护等各方面,控制与保护都是相互独立的两个不同专业,因此前者更符合我国国情,而后者因难以提供较清楚的事故分析和处理的界面而一时还不易被运行部门接受。但从发展趋势、技术合理性及减少设备重复配置、简化维护工作量等方面考虑,后者又有其优越性。此实施方法正在成为一种发展趋势和共识。 一、方案设计思想从信息流的角度看,
3、保护(包括故障录波等)和控制、测量的信息源都是来自现场 TA、TV 二次侧输出,只是要求不同而已。保护主要采集一次设备的故障异常状态信息,要求 TA、TV 测量范围较宽,通常按 10 倍额定值考虑,但测量精度要求较低,误差在 3%以上。而控制和测量主要采集运行状态信息,要求 TA、TV 测量范围较窄,通常在测量额定值附近波动,对测量精度有一定的要求,测量误差要求在 1%以内。总控单元直接接收来自上位机或远方的控制输出命令,经必要的校核后可直接动作至保护操作回路,省去了遥控输出、遥控执行等环节,简化了设备,提高了可靠性。从无人值守角度看,不仅要求简化一次主接线和主设备,同时也要求简化二次回路和设
4、备,因此保护和控制、测量的一体化有利于简化设备和减少日常维护工作量,对 110kV 及以下,尤其是 10kV 配电站,除了电量计费、功率总加等有测量精度要求而需接量测 TA、TV 外,其他量测仅作监视运行工况之用,可以与保护用 TA、TV 合用。 随着计算机和网络通信技术的发展,站内RTU/LTU 或保护监控单元将直接上网,通过网络与上位机及工作站通信。取消传统的前置处理机环节,从而彻底消除通信“瓶颈”现象。变电站自动化系统和无人值班运行模式的实施,在很大程度上取决于设备的可靠性。这里指的设备不仅是自动化设备,更重要的是电气主设备。二、设计说明变配电站自动化包括继电保护、变配电站集中监控以及远
5、方调度管理 3 部分。继电保护有常规电磁型继电器保护、晶体管继电保护与微机保护 3 种形式。常规继电器保护仍在继续使用,晶体管保护是一种过渡型产品,现在已被先进的微机保护所替代。智能化开关与智能化开关柜,以及变配电站综合自动化系统集继电保护、数据监测及远方调度于一体,在变配电自动化设计中应根据工程实际情况选用上述产品。1.系统选型主要从继电保护及站内集中监测与远方调度几方面考虑。对于继电保护而言,35kV 及以上的变配电站一般都有变压器保护,应优先考虑选用微机保护或变配电站综合自动化系统。10kV 变配电所一般均为电力系统开闭所及用户变配电站,一次接线比较简单,应以常规继电保护为主。集中式变配
6、电站计算机监测与远方调度系统需要安装各种电量变送器。测量、信号与控制电缆要由开关柜内引出,外部电缆数量多,设计与施工工作量大,一般不宜再推广使用。变配电站综合自动化系统的末端数据采集与控制单元直接安装于开关柜内,大都采用交流采样从电流或电压互感器直接进行测量,省掉了电量变送器,有些还可以省掉开关柜上的指示仪表。 2.电气设计一次系统的电气主接线方式按原设计不变,在单线系统图的设备型号说明中应注明采用计算机监测与控制系统后所增加的设备数量与型号,如电量变送器,电力监控器等。对于需要通过计算机监测与控制系统进行远方遥控操作的开关,一定要选用能进行远方分、合闸功能的自动开关。开关运行状态要进入计算机
7、监测与控制系统的开关,一般要有一对独立的常开接点引入计算机监测与控制系统。低压自动开关的型号设计时一定要注意满足这一要求,多选一对常开辅助接点。对二次系统继电保护设计来讲,35kV 及以上供电系统可以考虑选用微机保护,而且应优先考虑采用变配电站综合自动化单元。10kV 供配电系统仍应以常规继电器型继电保护为主,可以再设计只有监控功能的变配电站综合自动化单元。220/380V 低压配电系统,仍应以自动开关与熔断器作为保护,再设计只有监控功能的变配电综合自动化单元。三、变配电站综合自动化系统变配电站综合自动化系统是以一个配电间隔为单元,由一台电力监控器完成信号测量、继电保护与控制。测量为交流采样,
8、直接从电流互感器或电压互感器取交流。-SA 电流信号或交流。0V100V 电压信号,380/220V 低压系统直接取交流 0V220V 或0V380V 电压信号。所有电力监控器通过通信电缆引到计算机系统。 1.变配电站综合自动化系统的二次接线图设计变配电站综合自动化系统的二次接线图设计按所选用的电力监控器种类分为只有监控功能与带保护功能两种。10kV 及以下电压等级的供电系统一般应选用只有监控功能的电力监控器,其二次接线图见有关产品设计项或手册。2.变配电站综合自动化系统的选用变配电站综合自动化系统的成套设备生产厂商有很多,例如国内的鲁能、南瑞、南自、许继、思达、四通,国外的 SIMENS、A
9、BB 等公司。应该根据实际设计要求与系统的功能,综合考虑选用,一般的变配电站综合自动化系统应该具有以下功能:SCADA 功能、数据库系统、高级专家功能、运行管理功能、网络互联功能。选用的基本原则是:在满足要求的情况下,系统运行的可靠性好、性能价格比高。综上所述,智能化电网建设首先要从设计阶段优化电网设计,整体考虑,各电压等级全系统优化,使整个电网可靠、安全、简单。随着智能变电站建设的不断深化,变电站各系统将逐步优化和完善,实现高效、安全、可靠、经济的变电站建设,有力保证电网安全稳定运行。参考文献1马仕海,荆志新,高阳.智能变电站技术体系探讨J.沈阳工程学院学报:自然科学版,2010,6(4):333-337.2水利电力部西北电力设计院.电力设计工程电气设备手册(电气一次部分上、下)M.中国电力出版社,2004.3李苇.220kV 无人值班变电站综合自动化系统设计方案探讨J.电力勘测设计,2003,2:70-73
