- 相關推薦
有關無人值守變電站自動化系統(tǒng)設計的研究論文
建設改造項目已全面鋪開， 在現(xiàn)代電力系統(tǒng)的各種技術發(fā)展十分迅速的情況下， 建設高度可靠、有效可控的現(xiàn)代化無人職守變電站勢在必行。
關鍵詞:變電站 自動化系統(tǒng) 通信網(wǎng)絡
1 常規(guī)自動化系統(tǒng)
常規(guī)自動化系統(tǒng)是指采用常規(guī)遠動方式，充分利用原有的二次設備，實現(xiàn)無人值守的模式。這種系統(tǒng)中保護和遠動相對獨立，結(jié)構(gòu)簡單，便于遠動和維護，節(jié)省資金。主要適用于城農(nóng)網(wǎng)改造中老舊變電站的無人值守改造。常規(guī)的有人職守變電站改造為無人值守變電站，需對傳統(tǒng)的常規(guī)變電站二次系統(tǒng)在設計上作如下改進:①取消中央信號系統(tǒng)。②取消控制屏，在開關柜和保護屏上只保留控制開關及紅綠燈，并增加當?shù)�、遠方切換開關。③取消當?shù)販y量儀表。④取消光子牌，把各種預告、事故信號通過RTU上傳，送往調(diào)度中心。⑤保護裝置的運作信號和本身狀態(tài)信號通過無源觸點接入RTU，以供遙信用。⑥所有斷路器、主變壓器分接頭均可在就地和遙控兩種狀態(tài)下進行控制。⑦新設遠動設備，如RTU屏等。這種變電站自動化系統(tǒng)的缺點是系統(tǒng)不具備自診斷能力，對二次系統(tǒng)本身的故障無法檢測。
2 變電站綜合自動化系統(tǒng)
變電站綜合自動化是將變電站的二次設備(包括測量儀表、信號系統(tǒng)、繼電保護、自動裝置和遠動裝置等)經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進的計算機技術、現(xiàn)代電子技術、通信技術和信號處理技術，實現(xiàn)對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、自動控制和微機保護，以及與調(diào)度通信等綜合性的自動化功能。變電站綜合自動化系統(tǒng)，即利用多臺微型計算機和大規(guī)模集成電路組成的自動化系統(tǒng)代替了常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表，代替常規(guī)的控制屏、中央信號系統(tǒng)和遠動屏，用微機保護代替常規(guī)的繼電保護屏，改變常規(guī)的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷。通過變電站各種設備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)對變電站運行進行自動監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制，提高了變電站保護和控制性能，使變電站運行更為可靠，改善和提高了電網(wǎng)的控制水平。同時也使變電站設計合理、布局緊湊、運行更加安全可靠。目前，國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)設計上大體可分為四種結(jié)構(gòu)形式:集中式、分布集中式、集中與分散式相結(jié)合和分散式。
2.1 集中式:集中式結(jié)構(gòu)是將設備按其不同功能進行歸類劃分，形成若干個獨立系統(tǒng)，各個系統(tǒng)分別采用集中裝置來完成自身的功能。集中式結(jié)構(gòu)一般由一個或兩個CPU實現(xiàn)對整個變電站的保護、監(jiān)視、測量、遠動的集中控制。其優(yōu)點是:構(gòu)成較簡單、主機控制系統(tǒng)集中、便于分配調(diào)度各種實時任務、響應速度快、節(jié)省投資；其缺點是:主機系統(tǒng)負荷繁重、主機單CPU可靠性不高。為了提高可靠性，一般采用雙系統(tǒng)互為備用；軟件復雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試麻煩；組態(tài)不靈活，對不同主接線或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設計，工作量大；集中式保護與長期以來采用一對一的常規(guī)保護相比，不直觀，不符合運行和維護人員的習慣，調(diào)試和維護不方便，程序設計麻煩，只適合于保護算法比較簡單的情況。
2.2 分布集中式:將整個變電站的一、二次設備分為3層，即變電站層、單元層和設備層。變電站層稱為2層，單元層為1層，設備層為0層。設備層主要指變電站內(nèi)的變壓器，斷路器、隔離開關及其輔助接點，電流、電壓互感器等一次設備。變電站綜合自動化系統(tǒng)主要位于1層和2層。單元層一般按斷路器間隔劃分，具有測量、控制部件或繼電保護部件。單元層本身是由各種不同的單元裝置組成，這些獨立的單元裝置直接通過局域網(wǎng)絡或串行總線與變電站層聯(lián)系；也可能設有數(shù)采管理機或保護管理機，分別管理各測量、監(jiān)視單元和各保護單元，然后集中由數(shù)采管理機和保護管理機與變電站層通信。單元層本身實際上就是兩級系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。變電站層包括全站性的監(jiān)控主機、遠動通信機等。變電站層設現(xiàn)場總線或局域網(wǎng)，供各主機之間和監(jiān)控主機和單元層之間交換信息。
2.3 集中與分散結(jié)合式:隨著單片機技術和通信技術的發(fā)展，特別是現(xiàn)場總線和局部網(wǎng)絡技術的應用，一種發(fā)展趨勢是按每個電網(wǎng)元件(如:一條出線，一臺變壓器、一組電容器等)為對象，集測量、保護、控制為一體，設計在同一機箱中。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置，仍可采用集中組屏安裝在主控室內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)方式介于集中式與分散式兩種結(jié)構(gòu)之間，形式較多。目前國內(nèi)應用較多的是分散式結(jié)構(gòu)集中式組屏。
這種結(jié)構(gòu)方式具有分散式結(jié)構(gòu)的全部優(yōu)點，由于采用了集中式組屏，有利于系統(tǒng)的設計、安裝與維護管理。因而具有以下特點:①就地安裝，節(jié)約控制電纜，通過現(xiàn)場總線與保護交換機交換信息。②高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏結(jié)構(gòu)，保護屏安裝在控制室或保護室內(nèi)，同樣通過現(xiàn)場總線與保護管理機通信，使這些重要的保護裝置處于比較好的工作環(huán)境，對可靠性較為有利。③其他自動裝置中，備用電源自投裝置和電壓、無功綜合控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu)，安裝于控制室或保護室中。④電能計量。采用電能管理機采集各脈沖電表的脈沖量，計算出電能量，然后送給監(jiān)控主機，再轉(zhuǎn)發(fā)給控制中心；或采用帶串行通信接口的智能型電能計量表，通過串行總線，由電能管理機將采集的各電能量送往監(jiān)控機，再傳送給控制中心。因為中低壓變電站的一次設備比較集中，所以此種結(jié)構(gòu)方式比較適用于中低壓變電站。
2.4 分散式:分散式結(jié)構(gòu)是今后的發(fā)展方向。原因很顯然，一方面是分級分散式的自動化系統(tǒng)，具有前面所述的突出優(yōu)點，另一方面，隨著電—光傳感器和光纖通信技術的發(fā)展，為分散式的綜合自動化系統(tǒng)的研制和應用提供了有力的技術支持。這種結(jié)構(gòu)方式一般是按一次回路進行設計。首先將設備按一次安裝單位劃分成若干單元，將控制單元、微機保護單元、數(shù)據(jù)采集單元安裝在戶外高壓斷路器附近或戶內(nèi)開關柜內(nèi)。然后將各分布單元用網(wǎng)絡電纜互聯(lián)，構(gòu)成一個完整的分散式綜合自動化系統(tǒng)。其優(yōu)點是:各個功能單元上既有通信聯(lián)系，又能相對獨立，便于系統(tǒng)擴展和維護管理，當某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障時，不至于相互影響；此外，它的抗電磁干擾性強、可靠性高，在二次系統(tǒng)設計上能最大限度地減少二次設備的占地面積并節(jié)省大量電纜及接線。
3 變電站內(nèi)通信網(wǎng)絡
構(gòu)建一個快速、穩(wěn)定、可靠和富有彈性的站內(nèi)通信網(wǎng)絡是變電站自動化系統(tǒng)的基本要求，也是整個電力系統(tǒng)運行管理自動化的根本前提。在早期的變電站自動化系統(tǒng)中，由于當時技術條件的限制，廣泛采用簡單串行通信技術來實現(xiàn)通信網(wǎng)絡。簡單串行通信技術具有以下不足:①通信速率低、一般不超過9.6kbps。②在采用星型拓撲結(jié)構(gòu)時，系統(tǒng)站點的功能的擴展困難。③若使用總線式拓撲結(jié)構(gòu)，由于不能實現(xiàn)平衡傳輸，只能運行poling規(guī)約，傳輸速率和效率均不能令人滿意，在大規(guī)模的變電站中情況更為嚴重。④不能在通信網(wǎng)中設置一個以上的主機，因而不能享有多主機技術帶來的各種優(yōu)越性能⑤由于性能低下，要實現(xiàn)完整的功能，通信網(wǎng)的規(guī)模和復雜性令人生畏。
由于基于網(wǎng)絡技術的現(xiàn)場總線無論在通信速率和實時性上，還是在可靠性和組網(wǎng)的靈活性上均遠高于簡單的串行通信技術，在很短時間內(nèi)便成為變電站自動化系統(tǒng)的主流通信技術，同時也使變電站自動化系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)發(fā)生了本質(zhì)的變化。現(xiàn)場總線是專為小數(shù)據(jù)量工業(yè)控制領域的通信設計的廉價網(wǎng)絡，當作為變電站自動化的主干網(wǎng)時，總體性能隨節(jié)點數(shù)的增長迅速下降。由于強調(diào)專用性而犧牲了通用性，長期缺乏統(tǒng)一的國際標準。在通信節(jié)點多，通信數(shù)據(jù)量大的變電站中，現(xiàn)場總線存在以下局限性:①當變電站通信節(jié)點超過一定數(shù)量后，響應速率迅速降低，不能適應大型變電站對通信的要求；②有限的帶寬使錄波等大量數(shù)據(jù)的傳輸延遲；③網(wǎng)絡的任一點故障時均可能導致整個系統(tǒng)崩潰。
可見，變電站自動化通信，更需要帶寬、通用性和符合國際標準的網(wǎng)絡技術。在帶寬、可擴展性、可靠性、經(jīng)濟性、通用性等方面的綜合評估中，計算機網(wǎng)絡技術必將成為變電站自動化系統(tǒng)中通信技術發(fā)展的趨勢。局域網(wǎng)的典型特征是:①高數(shù)據(jù)傳輸速率，0.1～100Mbps；②短距離，0.1～25km；③非常低的誤碼率，達千萬分之一以下。
常用的幾種局域網(wǎng)絡:TOKENRING令牌環(huán)；RCNET網(wǎng)絡；ETHERNET(以太網(wǎng))。后者采用總線型拓撲結(jié)構(gòu)，同軸電纜為傳輸媒介，媒體訪問方式為載波監(jiān)聽多路訪問沖突檢測方式，不支持帶優(yōu)先級的實時訪問。這種網(wǎng)絡有很多商業(yè)化的網(wǎng)絡產(chǎn)品，具有以下優(yōu)點:①可靠性高。由于采用總線型的網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，不象環(huán)形網(wǎng)那樣中間任一節(jié)點失效便對全網(wǎng)造成危害，因而可靠性較高。②靈活性好。網(wǎng)上增減節(jié)點非常方便，任一節(jié)點的退出不會影響其他節(jié)點的正常通信。③傳輸速率高，可達10～100Mbps。④軟硬件支持性好。硬件如Novell、3Com公司的NE2000，3C503等。軟件如Netware、WindowsNT、Windows95以上版本等均支持ETHERNET。因此，變電站綜合自動化系統(tǒng)中的局域網(wǎng)宜采用ETHERNET網(wǎng)絡。
4 結(jié)語
無人職守變電站采用變電站自動化系統(tǒng)具有明顯優(yōu)越性；分層分布式綜合自動化系統(tǒng)有利于系統(tǒng)擴展的方便性和靈活性；現(xiàn)場總線技術適合于城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)中新建的小型無人職守變電站；計算機網(wǎng)絡技術是應推廣的一種通信系統(tǒng)發(fā)展模式，特別適合于通信數(shù)據(jù)量大的變電站建設項目。
參考文獻：
[1]黃益莊.變電站綜合自動化技術[M].北京:中國電力出版社.2004.
【無人值守變電站自動化系統(tǒng)設計的研究論文】相關文章：
淺談變電站綜合自動化中監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計研究08-01
變電站綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)化設計10-23
淺析變電站的自動化系統(tǒng)08-11
簡析自動化出卷系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)論文07-20
變電站自動化技術論文10-18
無線通信射頻收發(fā)系統(tǒng)設計研究論文08-25
淺議變電站綜合自動化系統(tǒng)運行08-24