分散式綜合自動化系統(tǒng)在常規(guī)站二次改造中的應(yīng)用

一、前言
　　我局電力系統(tǒng)始建于七十年代末，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制，陸續(xù)建起的變電站二次設(shè)備繼電器均為電磁式的。部分投運(yùn)較早、運(yùn)行時(shí)間較長的變電站二次設(shè)備老化嚴(yán)重，尤其是控保繼電器的快速性、可靠性、靈敏性受到嚴(yán)重的影響，導(dǎo)致變電站運(yùn)行時(shí)常出現(xiàn)斷路器拒動甚至誤動現(xiàn)象，給變電站的安全、可靠運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的威脅。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和可靠性技術(shù)的發(fā)展，給計(jì)算機(jī)測控系統(tǒng)在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制、繼電保護(hù)中的應(yīng)用提供了可能，也使得變電站綜合自動化系統(tǒng)這項(xiàng)新技術(shù)的應(yīng)用愈來愈成熟，從而為常規(guī)變電站二次設(shè)備的改造提供了技術(shù)基礎(chǔ)。變電站綜合自動化是以全微機(jī)化的新型二次設(shè)備代替常規(guī)的電磁式設(shè)備，并盡可能做到硬件資源共享，以不同的軟件模塊實(shí)現(xiàn)常規(guī)的硬件才能完成的功能，用計(jì)算機(jī)局部通信網(wǎng)絡(luò)代替大量的信號電纜的連接，不僅減少了設(shè)計(jì)、維護(hù)工作量，而且也使得改造后的變電站自動化程度及安全、運(yùn)行的可靠性得到提高，這對保證生產(chǎn)的連續(xù)性有著極其重要的意義。

二、變電站綜合自動化系統(tǒng)的布置方式
目前微機(jī)變電站布置方式一般有:
　　1、集中式: 即將變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及微機(jī)繼電保護(hù)裝置等設(shè)備集中布置在主控制室內(nèi)，集中控制、操作和管理。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備集中安裝在控制室內(nèi)，可以有較好的運(yùn)行環(huán)境; 不足之處是要敷設(shè)多條信號電纜等，連接點(diǎn)多，故障幾率高，并且發(fā)生故障時(shí)影響范圍大，因此可靠性較差。
　　2、分散式: 即將一體化的微機(jī)監(jiān)控保護(hù)設(shè)備采用分散分布結(jié)構(gòu)及就地分散安裝方式。一般是按回路設(shè)計(jì)，將數(shù)據(jù)采集、控制單元與微機(jī)保護(hù)單元就地安裝在開關(guān)柜上或其它一次設(shè)備附近，相互之間通過網(wǎng)絡(luò)電纜，構(gòu)成分散式的綜合自動化系統(tǒng)。由于其所用電纜少、連接點(diǎn)少、故障幾率低、可靠性高，因此是微機(jī)變電站的發(fā)展方向，易于推廣應(yīng)用。
　　根據(jù)我局變電站的規(guī)模、特點(diǎn)等具體情況，為切實(shí)保證二次設(shè)備改造后變電站供電的可靠性及施工方便，最大限度地減少施工停電時(shí)間，減少對生產(chǎn)的影響，經(jīng)過我們認(rèn)真調(diào)查和充分論證，認(rèn)為分散式布置應(yīng)當(dāng)作為常規(guī)變電站二次設(shè)備改造的首選方案。目前利用這一布置方式我們已成功地改造了濮一、中心等幾座35kV變電站，其效果較好。下面結(jié)合我局濮一變的具體改造情況對分散式的結(jié)構(gòu)與配置、功能等進(jìn)行說明。

三、分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置及功能
　　我局濮一變是1980年6月份建成投產(chǎn)的，主變安裝容量為2×8000kVA。35kV、6kV側(cè)均為單母線分段，其中35kV進(jìn)出線4回、6kV配出25回(包括線路、電動機(jī)、電容器等)。該變電站主要擔(dān)負(fù)著我局濮城油田的原油生產(chǎn)(日產(chǎn)原油1300噸)供電任務(wù)，其供電的可靠性顯而易見。經(jīng)過20多年的運(yùn)行，其二次設(shè)備老化嚴(yán)重，1998年曾因保護(hù)誤動作，造成1#主變跳閘，致使油區(qū)部分供電線路供電中斷，經(jīng)濟(jì)損失較為嚴(yán)重，因此該變電站的二次設(shè)備改造勢在必行。為盡量縮短施工停電時(shí)間，減少對油氣生產(chǎn)的影響，我們采用了DMP分散式綜合自動化系統(tǒng)，即把所有的6kV微機(jī)保護(hù)設(shè)備分散安裝在高壓開關(guān)柜上，35kV一次設(shè)備和主變的微機(jī)保護(hù)與監(jiān)控分散式單元機(jī)箱集中組屏后仍布置在主控制內(nèi)(因35kV部分及主變均為戶外設(shè)備)。該型自動化裝置是針對變電站設(shè)計(jì)生產(chǎn)的新一代全分散式微機(jī)系統(tǒng)，它由若干套微機(jī)保護(hù)、測量、遠(yuǎn)動單元組成，若干單元組合后安裝在高壓柜上，通過通訊電纜與監(jiān)控主機(jī)系統(tǒng)通訊，并通過主機(jī)下發(fā)四遙命令，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能，從而實(shí)現(xiàn)綜合自動化。
1、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　該系統(tǒng)設(shè)計(jì)為分層管理模式。底層是分布式單元機(jī)箱，包括單元保護(hù)與監(jiān)控模擬量、單元開關(guān)量采集、操作回路、就地漢字顯示功能。
上層為當(dāng)?shù)乇O(jiān)控，采用高檔586工控微機(jī)，以中文Windows95&98為軟件平臺，主要完成對各單元裝置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的加工和管理及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理站功能。其分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 分散式變電站綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2、 系統(tǒng)硬件配置
　　本系統(tǒng)各單元箱是由以下模塊構(gòu)成: 電源模塊、交流采樣模塊、CPU主模塊、出口操作模塊、鍵盤液晶顯示模塊、屏蔽隔離板等組成。箱體為全金屬封閉結(jié)構(gòu)，通過屏蔽隔離板，將微機(jī)部分與出口繼電器執(zhí)行部分完全屏蔽隔離，提高微機(jī)系統(tǒng)的抗干擾能力。在80196KC微處理器系統(tǒng)中采用了外部硬件“看門狗”和內(nèi)部軟件“看門狗”雙重手段，確保微機(jī)系統(tǒng)正常工作中，因意外情況異常而自動復(fù)位。內(nèi)部出口操作模板上還設(shè)有手動跳合閘按鈕供就地跳合閘使用。

圖2 保護(hù)測控單元原理框圖
　　如圖2所示，保護(hù)TA，測量TA及TV等電量均經(jīng)過彼此獨(dú)立的小TA和小TV模塊進(jìn)入微處理系統(tǒng)，經(jīng)過濾波之后，將所有交流電氣信號轉(zhuǎn)換成0~5V的微機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接收信號，通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，由微機(jī)進(jìn)行交流采樣，每個(gè)周期采樣12點(diǎn)，經(jīng)過傅立葉算法之后，可得到所需的基波及其它諧波值的分量，因而可以方便地計(jì)算出每條線路的U、I、P、Q、COSφ等值。通過將正弦波處理成方波，利用高速輸入通道HSI，可以方便地計(jì)算出線路的頻率，各類電量值的精度不低于0.5級。有功電度和無功電度數(shù)既可采集脈沖電度表脈沖數(shù)，也可以通過本身PQ值累積得到。其保護(hù)功能，通過保護(hù)級TA及TV將信號采集之后可得到相關(guān)實(shí)際值，并利用這些實(shí)際值進(jìn)行不同的組合運(yùn)算，將結(jié)果與給定值比較，判斷是否應(yīng)該報(bào)警或保護(hù)動作完成報(bào)警保護(hù)功能。
　　鍵盤液晶顯示面板供保護(hù)動作定值修改和電量參數(shù)就地顯示功能用，鍵盤板上共配置9個(gè)按鍵，三個(gè)指示燈，可以指示本條線路斷路器的位置狀態(tài)和單元箱工作狀態(tài)。鍵盤液晶顯示共有兩種工作狀態(tài): 一般工作狀態(tài)和編程工作狀態(tài)。一般工作狀態(tài)下可查看各類電量參數(shù)。編程工作狀態(tài)可以方便地修改各類保護(hù)定值。
　　保護(hù)測控單元箱可通過配置不同的軟件功能模塊實(shí)現(xiàn)多種不同的保護(hù)功能: 如主變壓器保護(hù)、饋線保護(hù)、電容器保護(hù)、電動機(jī)保護(hù)、母線保護(hù)等。它可以自動記錄8條事故類型，時(shí)間及動作值，供上級微機(jī)系統(tǒng)調(diào)用。通過后臺管理機(jī)，輸入操作密碼，經(jīng)通訊口可將斷路器分合閘命令傳送至某一測控保護(hù)單元，執(zhí)行對應(yīng)斷路器分合閘操作功能。

3、 系統(tǒng)功能
除具有微機(jī)保護(hù)功能外，還具有以下功能：
3.1、數(shù)據(jù)采集和處理
　　實(shí)時(shí)采集全站運(yùn)行過程的輸入信號(包括模擬量、開關(guān)量、脈沖量)，經(jīng)濾波，檢出事故、故障、狀態(tài)變位信號和模擬量參數(shù)變化，實(shí)時(shí)地更新數(shù)據(jù)，為微機(jī)保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
3.2、越限報(bào)警
　　電氣和非電氣模擬量設(shè)上限、下限、梯度變化值等限值，當(dāng)測量值越限時(shí)發(fā)出報(bào)警，并作相應(yīng)處理。
3.3、事件順序記錄
　　將繼電保護(hù)、自動裝置的動作和斷路器的跳、合閘按動作順序記錄下來，事件分辨率為5ms。
3.4、電度量的累計(jì)
　　接收脈沖電度表輸出的脈沖信號，進(jìn)行電度量累計(jì)，還可進(jìn)行峰、平、谷時(shí)段累計(jì)。
3.5、控制操作
　　各單元機(jī)箱上安裝有手動分/合閘操作按鈕，可就地操作。也可經(jīng)后臺機(jī)鍵盤執(zhí)行對站內(nèi)斷路器、電容器及主變分接頭的控制。執(zhí)行某單元斷路器的送/停電，倒閘操作等各種順序操作。在控制操作中實(shí)現(xiàn)安全操作閉鎖功能。
3.6、人機(jī)接口
　　人機(jī)接口監(jiān)視器、鼠標(biāo)和功能鍵提供靈活的人機(jī)交換聯(lián)系，能提供正常的運(yùn)行顯示、調(diào)用各種數(shù)據(jù)、報(bào)表及運(yùn)行狀態(tài)圖、參數(shù)圖等畫面。
3.7、事件報(bào)警
　　在系統(tǒng)發(fā)生事件或運(yùn)行設(shè)備工作異常時(shí)，自動投入音響報(bào)警，推出事故畫面，畫面上相應(yīng)塊閃光報(bào)警，指出事件的性質(zhì)和異常參數(shù)值。
3.8、系統(tǒng)自診斷
　　分布式單元機(jī)箱和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有在線自診斷功能，并能報(bào)警。保護(hù)單元自診斷出錯(cuò)時(shí)閉鎖保護(hù)，同時(shí)報(bào)警。上層單元對下層單元通過通訊進(jìn)行互檢。
3.9、與調(diào)度通訊、對時(shí)
　　該變電站的計(jì)算機(jī)能與調(diào)度系統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行對時(shí)、通訊、完成站端事件順序記錄、遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能。可以與多級調(diào)度進(jìn)行遠(yuǎn)動通信。
3.10、自動電壓無功調(diào)節(jié)
　　按給定的電壓無功關(guān)系自動投切電容器、調(diào)整變壓器的分接頭。
3.11、技術(shù)統(tǒng)計(jì)與制表打印
　　根據(jù)運(yùn)行要求進(jìn)行電流、電壓、功率、電度量的整點(diǎn)抄表、累計(jì)，設(shè)備的運(yùn)行工況、時(shí)間統(tǒng)計(jì)及特征值、合格率、負(fù)荷率等技術(shù)統(tǒng)計(jì)。并能定時(shí)自動或召喚制表打印輸出。

四、 應(yīng)用情況
　　2001年4月份濮一變自改造投運(yùn)以來，未發(fā)生過保護(hù)誤動和拒動現(xiàn)象，而且正確的保護(hù)動作避免了事故的擴(kuò)大。如2001年8月18日發(fā)生612柜的C相過流故障，過流保護(hù)正確動作; 2002年2月發(fā)生616柜短路故障，電流速斷保護(hù)正確動作。此外該系統(tǒng)還具有如下顯著優(yōu)點(diǎn):
　　1. 分散式安裝系統(tǒng)，與以往我們所建的集中式安裝系統(tǒng)變電站相比，能夠節(jié)省約80%的電纜費(fèi)用和安裝工作量，不僅降低了投資費(fèi)用，而且縮短了施工停電時(shí)間。
　　2. 系統(tǒng)的保護(hù)、控制、監(jiān)測功能集成一體化，且內(nèi)外層采用光電耦合，抗干擾能力強(qiáng)。
　　3. 每個(gè)單元機(jī)箱分散安裝在開關(guān)柜上，彼此獨(dú)立，并由一根屏蔽(RS-232)雙絞線與主機(jī)系統(tǒng)通訊，走線簡單，維護(hù)方便。由于基本功能在每一控制單元內(nèi)，即使通訊網(wǎng)絡(luò)損壞也不會影響正常的監(jiān)控和保護(hù)功能。
　　4. 輸入交流采樣，用單片機(jī)進(jìn)行計(jì)算替代模擬變送器，即可省去相當(dāng)大數(shù)量的投資，同時(shí)又提高了系統(tǒng)測量精度和可靠性，另外裝置的電度計(jì)算是每個(gè)控制單元的脈沖電度表接入相應(yīng)的DMP單元，可以顯示和打印各種時(shí)限的電度報(bào)表，減少了很多計(jì)算量，值班人員不用每小時(shí)抄表，節(jié)省了人力。
　　5. 監(jiān)測功能完整，除常規(guī)電氣量量測外，還具有溫度量測、順序事件記錄等功能。
　　6. 系統(tǒng)每一回路的保護(hù)、測量自成體系，互不干擾，互相獨(dú)立，并具有全系統(tǒng)軟硬件自檢功能，系統(tǒng)可靠性高。

五、結(jié)論
　　濮一變改造投運(yùn)一年多來，微機(jī)控保系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠。改造后不但提高了該變電站的自動化水平，而且也為油氣的生產(chǎn)及其它負(fù)荷提供了可靠的電力保障，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。因此為了節(jié)省改造投資，方便施工，并盡量縮短施工停電時(shí)間，建議常規(guī)變電站二次設(shè)備的改造最好采用分散式綜合自動化系統(tǒng)。