1、综合自动化系统在 35kV 变电站的应用研究摘要：随着现代电力系统自动化技术的发展,对于各种电压等级的变电站,采用微机实现变电站综合自动化已成为一种发展趋势。结合现场实际，介绍了设备配置选型的主要原则。借助于 TranSys 综合自动化系统消除了隐患、改变了现状，实现了 35kV 变电站继电保护、正常测量和监视、事故过程记录与分析、开关操作、生产工艺过程控制、数据存储、处理、共享的各种功能，取得了较好的经济效益。 关键词：变电站；综合自动化；继电保护；设备选型 Abstract: with the modern power system automation technology develo
2、pment, for all sorts of transformer substation of voltage level, the realization of microcomputer integrated substation automation has become a trend. Combining with the actual, this paper introduces the selection of equipment configuration main principle. By TranSys integrated automation system to
3、eliminate hidden dangers and to change the status quo the, realizing the relay protection, 35 kV substation measurement and monitoring, normal accident record and analysis, switch process operation, the production process control, data storage, processing, the sharing of various kinds of functions,
4、good economic benefit obtained. Keywords: substation; Integrated automation; The relay protection; Equipment selection 中图分类号: TM774 文献标识码：A 文章编号： 0 引言 近年来，随着现代化生产的发展，对电力能源的需求越来越大，对电力供应的质量要求也越来越高，加之计算机技术及通信技术等相关学科的高速发展，使变电站综合自动化系统在变电站中得到了广泛的应用。传统的 35kV 以上电压等级的变电站的二次回路部分是由继电保护、当地监控、远动装置、故障录波和测距、直流系统与绝
5、缘监视及通信等各类装置组成的,由此不可避免地产生各类装置之间功能相互覆盖,部件重复配置,耗用大量的连接线和电缆。变电站综合自动化系统是以计算机技术为基础，集微机监控、数据采集、微机保护和计算机网络和现代通信技术集成为一体化的自动化系统，该综合自动化系统实现了变电站实时数据采集、电气设备运行监控、防误操作、电压自动调节、小电流接地选线、数据远程通信、保护设备状态监测、以及继电保护定值的检查与修改，是变电站自动化控制方式的发展趋势。 1 国内外变电站综合自动化技术发展概况 （1）变电站自动化自 20 世纪 90 年代以来一直是我国电力行业中的热点之一。近 10 多年来我国变电站自动化技术，无论是从
6、国外引进的，还是国内自行开发研制的系统和设备，在技术和数量上都有显著的发展。80 年代由于微机技术的发展,远动终端、当地监控、故障录波等装置相继更新换代,实现了微机化。这些微机化的设备虽然功能各异,但其数据采集、输入输出回路等硬件结构大体相似,是国内变电站自动化技术的第一阶段。90 年代初研制出的变电站自动化系统是在变电站控制室内设置计算机系统作为变电站自动化的心脏,另设置一数据采集和控制部件用以采集数据和发出控制命令。此类集中式变电站自动化系统可以认为是国内变电站自动化系统的第二阶段。90 年代中期,随着计算机技术、网络技术及通信技术的飞速发展,同时结合变电站的实际情况,各类分散式变电站自动
7、化系统纷纷研制成功和投入运行。此类分散式变电站自动化系统可视为第三阶段。 （2）国外变电站自动化技术的发展是从 80 年代开始的。以德国西门子公司为例,1985 年投运了第一套变电站自动化系统 LSAO678,此后陆续在德国及欧洲投运的该型变电站自动化系统达 300 多套。LSAO678 的系统结构有两类,一类是全分散式的系统,另一类是集中与分散相结合的系统。日本在 90 年代亦新建和扩建了多座高压变电站,采用了以计算机监控系统为基础的运行支援系统。其主要特点是继电保护装置下放至开关现场,并设置微机控制终端,采集测量值和开关接点信息,通过光缆传输至主控制室的后台计算机系统,开关及隔离开关操作命
8、令亦由主控制室通过光缆下达至终端执行。主控制室计算机系统采用双以太网,配置有 2 台主计算机和 1 台培训用计算机。美国变电站自动化目前投运的大体有三类。一是以 RTU 为基础进行实时数据采集,配置微机作当地功能,并和上级调度中心通信；二是以通用计算机为数据采集设备,不但采集实时数据而且建立历史数据库,并通过计算机网(以太网)与远程工作站联络；三是采用MODBUS-PLUS(1Mbit/s),保护监控 I/O 等部件均通过规约转换器(gateway)接入该网,并通过 RTU 与调度中心联系,网上标准计算机建立实时、历史数据库和提供人机联系画面等。 总体看来，国外变电站自动化技术的发展趋势和国内
9、发展趋势基本上是一致的,技术差距不大。 2 35kV 变电站综合自动化改造及应用 2.1 一次系统概述 2.1.1 平面布置及设备分布 该 35kV 变电站是一座独立的三层楼。一楼主要由主变压器室、电容器室组成；二楼主要由 6kV 开关室组成，三楼主要由 35kV 高压开关室和主控制室组成。2.1.2 电气主接线及运行方式 运行方式： 35kV 李化线线路供电，35kV 李化线 10614 开关运行，供 35kV、段母线；35kV 南化线线路带电，35kV 南化线 10612 开关热备用，投入 35kV 南化线备用自投装置，35kV 分段 10610 开关运行，保护停用。1#、2#主变分列运行
10、，供 6kV、段母线，6kV 分段 106。 2.2 二次系统配置 2.2.1 原二次系统 该 35kV 变电站运行 10 多年，由于处于高度污染的恶劣环境，保护单元采用电磁式继电器的绝缘强度大大降低，每年夏季雷雨季节都要发生因继电器绝缘不良造成的直流接地故障，而且电磁式继电器由于接点抖动、簧片疲劳等原因造成误动、拒动故障时有发生；另外要全天候配备人员对变电站的各种数据抄表、报表、人工监视等，误差大、占用劳动力多。 2.2.2 改造后的二次系统 用微机型二次设备替代了普通二次设备，利用不同的模块化软件实现了各种功能。用计算机网络通信对所有的 35kV 和 6kV 电气设备进行了监测和控制（UP
11、S 除外） 。与以前的变电站相比，取消了信号装置和信号屏，将其全部在微机屏幕上显示和告警，取消了各种常规模拟测量仪表，用高精度的智能仪表测量并远传，取消了常规的电气模拟盘，采用类似DCS 控制界面的电气系统模拟图，可同步显示电气一次设备状态。在此界面上可以进行模拟倒闸操作，计算机同步监测其正确性。整个系统采用 TranSys 综合自动化系统，结合本变电站特点，功能简捷方便，灵活易懂。2.2.3 TranSys 综合自动化系统配置原则 TranSys 综合自动化系统采用单元结构，以带远程通信接口的单元式SEL 微机保护装置和 PMC 监控装置为核心，采用双前置机、后台机的双机双网系统结构，采用带
12、双远程通信接口的单元式 SEL 微机保护装置和 PML监控装置，接入两台前置机，两台前置机与后台机通过公司局域网，用Windows NT 操作系统联网，使用 TCP/IP 协议与工程师站通讯。 1）保护配置：考虑到电网安全运行的特殊性和对继电保护的可靠性、灵敏性、选择性、快速性要求，微机保护装置的选择必须做到功能完善、运行独立、保护装置动作后，应向上级监控装置发送报警信号及根据各回路保护的要求选择了 SEL 保护装置，分别接入 SEL-2030 通讯处理机，与两台监控微机通讯。 2）监控装置：全部选用 560PMC 单元式智能监控装置，组成 RS-485网与主机通讯。这些监控仪表对现场电压、电
13、流信号测量准确，精度可达 0.25FS，参数设定方便，即可面板设定，又可从上级主机远方设定。能自动计算有功、无功、功率因数、电能等电力数据，实现了一表多功能。 3）开关量输入部分：断路器、隔离开关、接地刀闸的分合状态和位置表示了电网的运行方式，是变电站综合保护必不可少的信息。选用了9600DIT 开关量输入模块，采集所有现场的开关信号，编码后送至上位机。4）系统的通讯连接采用屏蔽双绞电缆（STP） 。STP 安装方便，造价低廉，而且具有完全满足要求的抗强电磁场干扰的能力。综合自动化系统整体的可靠性主要取决于微机保护装置和微机监控装置本体的可靠性和系统结构的可靠性，PMC 监控装置和 SEL 微
14、机保护本身具有数据和事件的存储和记忆功能，不依赖于通信方式，因此与前置机之间的通信连接选用了屏蔽双绞电缆。 2.2.4 设备配置及选型 1）35kV 南化线进线和 35kV 李化线进线保护配置：SEL-351A 综合保护测控装置，实现过流、速断、低电压等保护功能，利用 SELogic 实现35kV 南化线备用自投功能。 2）35kV 母联保护配置：SEL-551 微机型电流保护装置，实现过流、速断等保护功能。 3）1 号、2 号主变保护配置：SEL-587 微机型变压器电流差动保护装置，实现变压器差动保护，共 2 台。 4）1 号、2 号主变高压侧后备保护配置：SEL-351A 复合电压电流保
15、护，共 2 台。主变的轻重瓦斯保护由 SEL-351A 出口。 5）1 号、2 号主变低压侧后备保护配置：SEL-351A 复合电压电流保护，共 2 台。利用 SELogic 实现 6kV 进线备用电源自投。 6）6kV 母联保护配置：SEL-551 电流保护，实现过流、速断等保护功能。 7）6kV 电动机保护配置：SEL-351A 复合电压电流保护，共 7 台，实现过流、速断、过负荷、过电压低电压等功能。 8）6kV 变压器保护配置：SEL-551 电流保护，共 16 台，实现过流、速断、过负荷等功能。为提高通信速度和通信可靠性，以上 33 套 SEL 保护共配置 3 个 SEL-2030
16、通信处理器，并通过双 RS-232 口同时与两台监控主机通信。所用回路监控全部选用 560PMC-TRAN（无就地显示）单元式监控装置，直接测量 U、I、P、Q、kWh、kVarh、COS、f 等所有三相电量参数，实现 56 次谐波监视、36 周波故障录波、电量越限监视等高级功能。 9）整个系统在主控室内设置两台监控微机。监控微机选用 HP 工作站（PIV1.7G/256M/40G） ，配备两台高速宽行打印机，打印各种图形画面、报表、事故报告、负荷曲线等，配两台 Powerieading 2KVA/1 小时在线式不间断电源（UPS） 。 10）组屏方式：35kV 进线及主变的保护和监视装置共组
17、两面屏。其它 SEL 保护装置与 PMC 监控装置全部分散安装在开关柜上。 2.3 二次系统功能 2.3.1 保护功能 1）电源进线保护设置：本站两条进线设置：电流速断保护、过电流保护、失压保护、绝缘监视和 PT 二次回路断线报警、南化线备用电源自投功能。备自投条件为：主供电源失压，主供进线电流保护未动作，由进线失压保护断开进线断路器，而备用电源电压正常，则备用自投装置动作，经一定时间延时，合上南化线断路器，保证失压母线的正常供电。2）35kV 母联保护设置：电流速断保护、过电流保护。 3）变压器保护设置：变压器差动保护、过电流保护、过负荷保护、轻重瓦斯保护。 4）6kV 母联保护设置：电流速
18、断保护、过电流保护、备用自投功能。5）6kV 电动机保护：过流保护、速断保护、过负荷保护、低电压保护。 6）6kV 变压器保护：过流保护、速断保护、过负荷、轻重瓦斯保护。2.3.1 数据采集功能 1）每一回路或设备的 V,I,P,Q,Cos，f,kWh,kVarh、谐波、变压器温度等各种实时数据。 2）开关和隔离刀闸状态、保护信号和接点状态等各种状态量。 3）图形 CAD 提供实时主接线图、主要参数趋势曲线、设备运行状态等显示。 2.3.2 事故报警和记录功能 1）1ms 顺序事件记录（SOE） 。 2）上位机设定 V,I,P,Q,Cos，f,的限值，越限报警。 3）开关量变位报警。 4）分类
19、记录报警事件的日期和时间。 5）控制操作记录、保护动作记录、系统设置记录、通信故障记录。 6）电压、电流故障录波（36 周波） 。 7）56 次谐波测量和越限监视。 2.3.3 统计分析、报表、打印等 1）提供计算工具，分类整理实时采集和记录所有电量。 2）小时、日、月、年电量统计。 3）自定义的最大值、最小值、电压合格率、负荷率统计。 4）自定义报表格式和计算方法。 5）所有画面打印、报表定时和召唤打印、事件打印。 6）实时数据库和历史数据库保留两年记录。 2.3.4 定值设定功能 上位机显示和设定保护定值、保护投入和退出情况。 2.3.5 遥测、摇信、遥控、摇调及远动功能 多级口令、控制五
20、防闭锁功能，各项操作均有确认信息，经确认方能动作。 2.4 系统主要特点 2.4.1 双网结构提高系统可靠性 1）保护和监控装置分开设置，采用不同的通信网络，提高系统的可靠性。 2）TranSys 系统采用双微机、双通信网结构大大提高了系统的可靠性和可用性。从系统结构图可以看出，每一个保护和监控装置都通过完全不同的通信网络与两台微机独立连接，监控微机是双冗余的，任何一个通路出现故障，或者任何一台微机出现故障，均不影响系统的可靠运行。由于两台微机具有完全相同的功能，完全相同的运行条件，在操作使用中，通过操作员口令设置不同的操作级别体现差别。 2.4.2 监控装置提供了独特的事故分析记录功能 监控选用了 560PMC，除独立完成一个回路或设备的所有监控，每个560PMC 可记录 36 周波的故障录波，并能连续监视 56 次谐波。有效防止事故的发生，在事故发生后准确查找事故原因，便于采取有效的预防措施，防止类似事故再次发生。 2.4.3 系统的硬件、软件设备都具有自检和联机诊断校验的能力 软件有备份，便于工程师安装启动，应用程序易于扩充，数据库存取为用户程序留有接口并提供二次开发的数据库资料，便于自行编制的程序加入系统中运行。 2.4.4 软、硬件设备具有良好的容错能力 当各软、硬件功能与数据采集处理系统的通讯出错，以及当运行人
