無人值班變電站自動化技術(shù)的應(yīng)用

1電單位可實現(xiàn)無人班隨著能源行業(yè)進(jìn)入大型電網(wǎng)、大型機(jī)組和高壓時，自動取電站的使用已成為電網(wǎng)自動化發(fā)展的必然趨勢。特別是隨著計算機(jī)、電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，近年來自動取電站技術(shù)也取得了迅速的發(fā)展。實現(xiàn)變電站自動化可以提高電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、減少基建投資,并為推廣變電站無人值班提供了手段,因而已成為當(dāng)前我國電力工業(yè)推行技術(shù)進(jìn)步的重點(diǎn)之一,從全國范圍看,有許多供電單位實施無人值班已經(jīng)取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。1995年,國家電力調(diào)度通信中心已要求對35kV和110kV變電站在條件具備時可逐步實現(xiàn)無人值班,對所建變電站可根據(jù)調(diào)度和管理的需要規(guī)劃,按無人值班條件設(shè)計,這樣,對自動化技術(shù)的推廣應(yīng)用指出了明確的方向。據(jù)統(tǒng)計,到1998年底,全國已有300多座改造和新建無人值班變電站投運(yùn),其中有幾種不同的模式:(1)設(shè)備簡單,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)動接口和設(shè)備,實現(xiàn)變電站無人值班,如煙臺供電局110kV變電站;(3)采用簡易微機(jī)集控裝置并增設(shè)“三遙”或“四遙”遠(yuǎn)動接口的小型變電站實現(xiàn)無人值班,如揚(yáng)州金營供電局的35kV變電站;(4)運(yùn)用微機(jī)、遠(yuǎn)動綜合自動化系統(tǒng)技術(shù)實現(xiàn)對變電站“三遙”或“四遙”,以調(diào)度值班代替現(xiàn)場值班,如太原供電局所屬的下元、廣場、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)部門變電站自動化技術(shù)的一些基本定義、基本技術(shù)、基本功能尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),因而不同生產(chǎn)廠家設(shè)定的型號、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)別變電站自動化技術(shù),應(yīng)該是指應(yīng)用自動控制技術(shù)、信息處理與傳輸技術(shù),通過計算機(jī)系統(tǒng)或自動裝置代替人工進(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化技術(shù)。變電站綜合自動化技術(shù),應(yīng)該是指將變電站的控制、信號、測量、保護(hù)、自動裝置、運(yùn)動裝置等二次設(shè)備及其功能利用微機(jī)技術(shù)經(jīng)過功能重新組合,優(yōu)化和替代設(shè)計,對變電站執(zhí)行自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的一種綜合性的自動化系統(tǒng),它是自動化和計算機(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。無人值班變電站,應(yīng)該是指無固定值班人員在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行日常監(jiān)視與操作的變電站,對變電站的監(jiān)視與操作由上級調(diào)度所或集中控制站通過自動化系統(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化水平。變電站無人值班是一種管理模式,綜合自動化是一種新型的自動化系統(tǒng),實現(xiàn)綜合自動化的變電站可以有人值班,也可以無人值班,而無人值班變電站可以采用綜合自動化設(shè)備實現(xiàn)也可以采用二次設(shè)備和遠(yuǎn)動裝置實現(xiàn);綜合自動化為變電站實現(xiàn)無人值班提供了可靠的技術(shù)支撐,無人值班變電站為綜合自動化的實現(xiàn)的發(fā)展開辟了廣闊的應(yīng)用場所。3將變電站所的監(jiān)視與控制組成自動化系統(tǒng)是監(jiān)測與控制的總工區(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)按無人值班要求進(jìn)行設(shè)計,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)納入自動化系統(tǒng)的監(jiān)視與控制中;主接線應(yīng)力求簡化,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、無功電流;饋線電流;主變壓器中、低壓側(cè)有功功率、無功功率及中、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)動作信號、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)計和處理日、月最大值、最小值、整點(diǎn)值統(tǒng)計、電量統(tǒng)計、開關(guān)正常和事故分合閘統(tǒng)計。3.1.3事件記錄對開關(guān)變位、保護(hù)動作等進(jìn)行記錄,時間順序分辨率應(yīng)在2～5ms之間。3.1.4分合控制板/電動刀閘(1)可在調(diào)度中心或集控站以斷路器、電動刀閘進(jìn)行分合控制;(2)無功/電壓自動/手動遠(yuǎn)方操作;(3)保護(hù)定值遠(yuǎn)方修改;(4)現(xiàn)場操作防誤閉鎖。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。在無人值班的中壓變電站,為了滿足巡回監(jiān)視和現(xiàn)場維修的需要,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電壓和永壓在上級調(diào)度直接控制時,變壓器分接頭調(diào)整和電容器組的投切直接接受上級調(diào)度的控制,在給定電壓曲線的情況下,則由變電站自動化系統(tǒng)進(jìn)行控制。3.1.7直流系統(tǒng)分布式直流電源作為無人值班變電所的重要配套設(shè)備,要求可靠性高、維護(hù)簡便、具有較高的自動化程度,能由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和遠(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)接地報警;(3)直流電壓越限報警;(4)對電池組的電池定期監(jiān)測。3.1.8自診斷出錯誤部位自動化系統(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)非法錯誤時,應(yīng)能輸出出錯信息,進(jìn)行報警和閉鎖故障單元,保證其它部分的正常工作。當(dāng)系統(tǒng)在線診斷出故障時,應(yīng)能自動報警,并將故障內(nèi)容及發(fā)生時間登錄在事件一覽表中。3.1.9遠(yuǎn)動/計算機(jī)通信規(guī)章一般應(yīng)由變電站自動化系統(tǒng)傳送遠(yuǎn)動信息到調(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)動標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約或計算機(jī)通信規(guī)約,視調(diào)度中心的要求而定。變電站自動化系統(tǒng)應(yīng)具有和調(diào)度中心統(tǒng)一時鐘的功能。3.2保護(hù)部分3.2.1控制板事件報告微機(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,則表明保護(hù)裝置通信接口完好;若超時無應(yīng)答或應(yīng)答錯誤,則表明通信接口或保護(hù)裝置本身出現(xiàn)故障;傳送事件報告,包括跳閘時間(分辨率2ms)、跳閘元件、相別、測距、故障波形等,且掉電后信息能保留;傳送自檢報告,包括裝置內(nèi)部自檢和對輸入信號的檢查;修改時鐘及對時,目前至少要有通信廣播對時及分秒中斷對時;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)。而對于一些要求全線速動的110kV線路和110kV短線路,則可采用高頻保護(hù)、光纖差動保護(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流保護(hù)以及零序方向過流保護(hù)。對于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電流保護(hù)。對于10kV線路,可采用兩段或三段式電流速斷保護(hù)和過電流保護(hù),以及零序過電流保護(hù)。對于可能時常出現(xiàn)過負(fù)荷的線路,還應(yīng)設(shè)有過負(fù)荷保護(hù),動作于發(fā)信或跳閘。對于同桿雙回線路,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時間應(yīng)能整定,同期檢定方式可有下列選擇:不檢定方式;檢無壓方式;檢同期方式;檢無壓和檢同期方式。3.2.4流制動功能主保護(hù)宜采用比例制動特性的縱差動保護(hù),具有可靠的涌流制動功能。后備保護(hù)可采用帶方向或不帶方向的過電流保護(hù),若靈敏度不夠,可考慮采用復(fù)合電壓起動的過電流保護(hù)。裝設(shè)有過負(fù)荷保護(hù),帶延時動作于信號或動作于跳閘。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,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,應(yīng)能報警或切除故障。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,接地保護(hù)應(yīng)能正確選出接地線路(或母線)及接地相,并予以報警。對于不接地系統(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,自動裝置應(yīng)能迅速將備用電源自動投入使用或?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,低頻減載裝置應(yīng)能及時自動斷開一部分負(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)手動恢復(fù),或可選擇延時分組自動恢復(fù)。3.2.9中央信號保護(hù)各套保護(hù)裝置均應(yīng)送出“保護(hù)動作”、“重合閘動作”、“TV或TA斷線”、“控制回路斷線”、“裝置異?！ⅰ斑^負(fù)荷”等信號,以起動中央信號。將各保護(hù)送來的接點(diǎn)按“起動事故音響”、“瞬時起動預(yù)告音響”、“過負(fù)荷延時起動預(yù)告音響”三類分別并聯(lián)后起動喇叭或警鈴,并通過監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)送到地調(diào)端。站內(nèi)監(jiān)控后臺機(jī)有顯示信號。中央信號裝置應(yīng)能重復(fù)動作。4參數(shù)4.1監(jiān)測系統(tǒng)事件分析模擬量測量誤差:電流、電壓、無功測量誤差(±0.5%);事件記錄分辨率:<2ms;事件正確記錄率:100%;監(jiān)測系統(tǒng)平均無故障時間:MTBF>30000h;電度脈沖量累計誤差:10000±1個脈沖;系統(tǒng)年利用率:100%.4.2電氣系統(tǒng)設(shè)計注意事項(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)死鎖和斷電時不會丟失內(nèi)存中已有累計數(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)抖動措施;(4)對于電能脈沖輸入,脈沖寬度不應(yīng)小于50～100ms;對于一個脈沖應(yīng)進(jìn)行三次采樣,確認(rèn)一致方為有效,以提高計量的準(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)且可簡化施工、節(jié)省電纜;(5)監(jiān)控系統(tǒng)多CPU工作時,有故障元件應(yīng)能發(fā)出報警,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)電磁場條件下可靠工作,并將防止雷電沖擊以及系統(tǒng)的過電壓保護(hù);(7)自動化裝置的各插件上,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5.1iec第二最短時裝配器(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