变电站综合自动化技术分析与应用探讨

2022-10-21

变电站综合自动化是指利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术, 实现对变电站主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制、保护以及与调度通信等综合性自动化功能。近年来, 随着国民经济的快速增长, 传统的变电站已经远远不能满足现代电力系统管理模式的需求。因此, 将变电站由常规站改造为综自站已渐渐成为一种趋势。近几年来, 变电站综合自动化技术发展较快, 肇庆电网原来的“四遥”站基本已经改造为综合自动化变电站, 现在新建的变电站也是按综自站进行设计和建设。实践证明, 以计算机控制、通信技术为基础的变电站综合自动化系统取代传统的变电站二次设备已成为必然的趋势。变电站综合自动化已经成为变电站自动化的主流技术。目前, 基于以太网技术的分层分布式变电站综合自动化系统得到了广泛的应用。

1 变电站综合自动化系统的体系结构

一个变电站综合自动化系统的性能往往取决于它采用什么样的体系结构。变电站综合自动化系统的结构模式主要有集中式、集中分布式和分散分布式三种。

1.1 集中式结构

集中式一般采用功能较强的计算机并扩充其I/O接口, 集中采集变电站的模拟量和数字量等信息, 集中进行计算和处理, 分别完成微机监控、微机保护和自动控制等功能。此类结构对监控主机的性能要求较高, 且系统处理能力有限, 开发手段少, 系统在开放性、扩展性和可维护性等方面较差, 抗干扰能力不强。

1.2 分布式结构

该系统结构的最大特点是将变电站自动化系统的功能分散给多台计算机来完成。分布式模式一般按功能设计, 各功能模块 (通常是多个CPU) 之间采用网络技术或串行方式实现数据通信。分布式结构方便系统扩展和维护, 可靠性好, 局部故障不影响系统其它模块正常运行。以前肇庆电网常规“四遥”站都是这种分布式结构, 采用的是北京南瑞SM2000系列产品, SM2000RTU变电站自动化系统是基于用RS一485的总线网络拓扑结构, 它是以SM2000RTU为核心, 采用DMU-2000控制器及其各功能子站来具体实现全站信号的的采集和监控。各功能子站如DMU-C4/8、DMU-XK4、DMU-YT2等通过RS-485线手拉手的形式连成几个环网接入DMU控制器, DMU-2000控制器通过双端口RAM经PCBUS与RTUSM2000进行数据交换, 子站采集现场数据传送给主站, 并从主站接收遥控命令、执行遥控动作。在早期无人值班“四遥”站间隔层采用RS485总线将保护测控设备连接在一起并采用主从通信方式。由于以前旧的保护、测控装置接口都没现在的丰富, 不支持网络接口, 大多还是以串口或者通过二次电缆接入RTU或者保护子站如DMU-XK4子站, 在当时来说采用RS-485总线基本满足需要, 但是随着变电站自动化水平发展和电网规模的扩大, RS-485总线的局限性慢慢暴露出来, 同时在技术上也有很多缺陷。从SM2000在我局现场应用来看, 随间隔层设备的增多, 在总线上挂的子站越来越多, 网络上总线负载能力增加, 到后期经常会遇到由于信息过多造成子站堵塞, 造成子站与RTU通信中断情况。

1.3 分布分散 (层) 式结构

分布分散式结构采用“面向对象”设计。所谓面向对象, 就是面向电气一次回路设备或电气间隔设备。间隔层中数据、采集、控制单元 (I/O单元) 和保护单元就地分散安装在开关柜上或其它一次设备附近, 相互间通过通信网络相连, 与监控主机通信。目前, 此种系统结构在变电站综合自动化系统中较为流行。目前我局新建或改造的综自站都是按间隔配置、面向对象, 基于以太网的组网方式, 是新一代集保护、测控功能于一体的新型变电站综合自动化系统, 该系统从整体上, 分为三层:站控层、网络层、间隔层。

这种系统代表了现代变电站自动化技术发展的趋势, 大幅度地减少了连接电缆, 减少了电缆传送信息的电磁干扰, 且具有很高的可靠性, 比较好的实现了部分故障不相互影响, 方便维护和扩展, 大量现场工作可一次性地在设备制造厂家完成。

2 变电站综合自动化系统应用实例

220kV珠山变电站是肇庆电网一座重要的枢纽变电站, 2007年在对该站改造过程中, 采用综合自动化技术取代传统的监控系统, 实施高压变电站的综合自动化。

基于变电站层和间隔层设备之间、间隔层设备与设备之间均通过共享的通信网络联系起来的方式, 以及考虑到原来珠山站现有的一些保护及智能设备在这次改造中需要保留下来, 暂时没计划更换的情况, 来确定珠山变电站综合自动化系统的结构模式, 以及需要配备通信控制器的数量。在充分考虑到变电站的运行模式、现有控制方式、变电站一次设备和二次设备类型等方面因素。确定系统结构为分散分布式网络结构采用南瑞科技NS2000后台监控系统。如图1所示, 按横向分为各电压等级和主变部分, 按纵向分为间隔层、通信层和变电站层。

2.1 间隔层

随着计算机和通信技术的进步, 系统网络化和体系开放性成为发展的趋势, 以太网技术现在广泛应用在变电站自动化系统间隔层的采集、测量单元和保护、控制单元中, 构成基于以太网的分层式变电站自动化通信网络系统。珠山站间隔层在横向按电气间隔分布式地配置监控保护单元, 对相关一次设备进行保护、测量和控制。10kV电气间隔, 监控保护单元为集测、控、保护、通信四合一装置, 通过以太网上间隔层交换机;对于一些智能设备:如交流屏、直流屏、消弧装置、UPS等这些不能直接联网的IDE设备, 通过RS-232/485将它们连接起来通过具有嵌入式以态接口的智能设备总控进行规约转换再接入站控层交换机进行信息交换。110kV及220kV电压等级的间隔层测控、保护分开, 各间隔的设备相对独立, 由于有些保护设备不是南瑞科技的设备, 也需要做一些规约转换, 因此这类设备就先接入间隔层保护交换机再经过规约转换器总控装置再接入站控层交换机。间隔层通信单元采用双网分流、故障切换的通信模式, 正常通信过程中, 双网分别传输不同的数据内容, 一旦其中一个网段出现故障, 则另一条网段担负起传输全部数据的功能, 这样不但提高了系统的实时性, 也极大地提高系统的可靠性。同时间隔层设备全部挂网运行, 任一设备故障时只影响单个设备运行状态, 改进了以前“四遥”站间隔层设备通过总线串联时由于某个设备故障造成局部设备与RTU通信中断问题, 提高设备可靠性。

2.2 通信层

珠山站通信层除了配置两台远动总控外, 还配置了3台保护总控及一台智能设备总控, 三台保护总控主要是用来处理非南瑞科技的保护设备信息, 而智能设备总控主要是接交、直流装置, 消弧装置等不能直接挂网运行, 需要进行规约转换才能监控系统通讯的设备。这种配置改变了以前远动总控负责全站数据处理及转发调度的工作模式, 把一部分数据信息处理功能分散到保护总控及智能设备总控, 大大减轻了远动总控的负担, 提高了设备工作效率及安全性。

2.3 变电站层

变电站层采用两台操作员工作站 (硬件配置和软件安装完全相同, 互为热备用) 和一台工程师工作站, 分别挂接在双以太网上, 实现对系统的监控、防误操作、通信等功能。变电站层的双以太网配置实现了负荷平衡及热备用双重功能。在双网正常情况下, 双网以负荷平衡方式工作;一旦A网故障, B网就无缝接替全部通信负荷, 保证实时系统的100%可靠性。

3 变电站综合自动化存在问题

(1) 建设模式的弊端。设计单位在考虑系统设计和设备选型时往往忽视了与整个综合自动化系统的接口问题, 造成同一系统有多个厂家产品的“百花齐放”的局面。220kV珠山站综合自动化装置就出自5个厂家, 不同厂家的产品之间存在着通信接口、技术兼容等问题。远动人员不仅要熟悉每个厂家的产品, 而且要搞清它们之间的差别及其通信规约等, 有时遇到问题要与厂家多方联系, 为自动化系统的运行维护带来了不少困难。因此, 安排部分相关技术人员参与变电站综合自动化设备的安装调试是有必要的, 只有熟悉设备的基本原理和作用, 看懂二次图纸, 了解整个系统的安装调试过程, 才能提高维护单位的技术水平, 才能搞好今后的运行维护工作。 (2) 专业分工不明确。在综合自动化变电站中所有二次设备是一个统一的有机整体, 它涉及到远动、通信、继电保护等专业。由于保护、监控等二次设备高度集中, 在日常运行维护以及事故处理中都有不可分割的联系, 很难找出专业分工的明确分界点。鉴于这种情况, 保护、远动专业有没有必要合在一起设置一个变电站综合自动化专业, 共同管理变电站综合自动化设备等问题, 值得考虑。 (3) 信息处理和分流。综合自动化系统的网络通信方式, 使大量信息可以在不增加电缆和其他装置条件下纳入监控数据库虽扩大了监控范围, 但大量信息涌入会“淹没”重要信息。因此, 需对信息进行分析, 分层、分流、分别处理, 特别是设法对一、二次设备调试、检修和定期校验产生的信息进行屏蔽。另外根据调度范围不同, 可将不同的信息分流到中调、地调。 (4) 产品的软硬件技术更新换代快。变电站综合自动化发展到今天, 技术上无疑是成熟了许多, 但也不是尽善尽美的, 装置生产的稳定性和可靠性还没有达到比较完善的水平。变电站实现综合自动化后, 很多的运行维护工作都需要通过微机装置来完成。但综合自动化装置的硬件更新换代非常快, 所选用的设备可能很快就变成落后产品;监控软件有时会存在难以发现的缺陷, 以至导致监控维护工作不能正常进行, 影响了变电站的安全运转。随着综合自动化技术的不断进步, 这些问题都会逐步得到解决。这也提醒设计人员在选择综自产品及后台监控系统时, 要综合考虑多方面因素, 选出一种程序运行稳定, 功能齐全, 硬件配置相对超前的综自产品。

4 结语

目前变电站综合自动化技术在肇庆地区已得到广泛的应用, 采用综合自动化控制方式和测控继电保护下放布置方案, 彻底改变过去以仪表屏、中央信号屏、控制屏为基础的传统监控模式, 是变电站自动化技术的发展趋势, 不仅技术上先进可行, 功能完善, 而且也极具经济效益。随着电网规模日新月异的发展, 自动化设备性能的完善和提高, 综合自动化技术将更具生命力更好地为电网的安全、经济运行服务。

摘要：随着现代电力电子技术、通信技术、计算机及网络技术的不断发展及在电力系统的应用越来越广泛, 变电站自动化设备由以前的继电器、RTU时代到现在变电站二次设备基本上实现了微机化, 微机保护、微机监控装置在变电站中被广泛采用, 大大提高了电网的自动化水平和运行的可靠性。本文分析了综合自动化系统的体系结构, 详细介绍了综合自动化系统在肇庆220kV珠山变电站的应用实践, 并对如何提高变电站综合自动化的运行水平提出了意见和见解。

关键词：综合自动化,体系结构