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變電站電氣自動化的系統設計
變電站電氣自動化的系統設計【1】
摘 要 在城網建設中，變電站設計是其中比較重要的技術環(huán)節(jié)，對變電站電氣自動化的系統如何進行設計，是城網建設和改造中需要研究和解決的一個重要課題。
本文對變電站電氣自動化的系統設計的系統選型、電氣沒計原則等方面了探討，以和大家交流。
關鍵詞 變電站;電氣自動化;系統設計
0 引言
變電站自動化系統在我國的應用已經取得了非常顯著的效果，對提高電網的安全經濟運行水平起到了重要作用。
目前隨著新技術的不斷發(fā)展，數字化變電站正在興起。
在變電站自動化系統的具體實施過程中，目前有不同的方法：一種主張站內監(jiān)控以遠動(RTU)為數據采集和控制的基礎，相應的設備以電網調度自動化為基礎，保護相對獨立;另一種則主張站內監(jiān)控以保護(微機保護)為數據采集和控制的基礎，將保護與控制、測量結合在一起。
從我國目前的電力系統運行體制、人員配備、專業(yè)分工來看，前者占有較大優(yōu)勢。
因為無論從規(guī)劃設計、科研制造、安裝調試、運行維護等各方面，控制與保護都是相互獨立的兩個不同專業(yè)，因此前者更符合我國國情，而后者因難以提供較清楚的事故分析和處理的界面而一時還不易被運行部門接受。
但從發(fā)展趨勢、技術合理性及減少設備重復配置、簡化維護工作量等方面考慮，后者又有其優(yōu)越�。
此實施方法正在成為一種發(fā)展趨勢和共識。
1 方案設計思想
從信息流的角度看，保護(包括故障錄波等)和控制、測量的信息源都是來自現場TA、TV二次側輸出，只是要求不同而已。
保護主要采集一次設備的故障異常狀態(tài)信息，要求TA、TV測量范圍較寬，通常按10倍額定值考慮，但測量精度要求較低，誤差在3%以上。
而控制和測量主要采集運行狀態(tài)信息，要求TA、TV測量范圍較窄，通常在測量額定值附近波動，對測量精度有一定的要求，測量誤差要求在1%以內。
總控單元直接接收來自上位機或遠方的控制輸出命令，經必要的校核后可直接動作至保護操作回路，省去了遙控輸出、遙控執(zhí)行等環(huán)節(jié)，簡化了設備，提高了可靠性。
從無人值守角度看，不僅要求簡化一次主接線和主設備，同時也要求簡化二次回路和設備，因此保護和控制、測量的一體化有利于簡化設備和減少日常維護工作量，對110kV及以下，尤其是10kV配電站，除了電量計費、功率總加等有測量精度要求而需接量測TA、TV外，其他量測僅作監(jiān)視運行工況之用，可以與保護用TA、TV合用。
此外，在局域網上各種信息也可以共享，控制、測量等均不必配置各自的數據采集硬件，常規(guī)的控制屏、信息屏、模擬屏等亦可取消。
對于10kV配電站，由于接線簡單，對保護相對要求較低，為簡化設備節(jié)省投資，建議由RTU來完成線路保護及雙母線切換等保護功能。
因此需在RTU軟件中增加保護運行判斷功能，如備用電源自投功能，可通過對相應母線端失壓和相關開關狀態(tài)信號的邏輯判斷來實現。
隨著計算機和網絡通信技術的發(fā)展，站內R丁U/LTU或保護監(jiān)控單元將直接上網，通過網絡與上位機及工作站通信。
取消傳統的前置處理機環(huán)節(jié)，從而徹底消除通信“瓶頸”現象。
變電站自動化系統和無人值班運行模式的實施，在很大程度上取決于設備的可靠性。
這里指的設備不僅是自動化設備，更重要的是電氣主設備。
2 設計說明
變配電站自動化包括繼電保護、變配電站集中監(jiān)控以及遠方調度管理3部分。
繼電保護有常規(guī)電磁型繼電器保護、晶體管繼電保護與微機保護3種形式。
常規(guī)繼電器保護仍在繼續(xù)使用，晶體管保護是一種過渡型產品，現在已被先進的微機保護所替代。
智能化開關與智能化開關柜，以及變配電站綜合自動化系統集繼電保護、數據監(jiān)測及遠方調度于一體，在變配電自動化設計中應根據工程實際情況選用上述產品。
2.1 系統選型
主要從繼電保護及站內集中監(jiān)測與遠方調度幾方面考慮。
對于繼電保護而言，35kV及以上的變配電站一般都有變壓器保護，應優(yōu)先考慮選用微機保護或變配電站綜合自動化系統。
10kV變配電所一般均為電力系統開閉所及用戶變配電站，一次接線比較簡單，應以常規(guī)繼電保護為主。
選用價格低、性能可靠的智能化開關，智能化開關柜或綜合自動化系統之后，可以取消常規(guī)繼電保護。
對于站內集中監(jiān)測與遠方調度來講，有集中式與分散于開關柜內的集散系統兩種形式，變配電站綜合自動化系統是一種最先進的分散安裝于開關柜內的變配電站站內集中監(jiān)測與遠方調度系統。
集中式變配電站計算機監(jiān)測與遠方調度系統需要安裝各種電量變送器。
測量、信號與控制電纜要由開關柜內引出，外部電纜數量多，設計與施3-3-作量大，一般不宜再推廣使用。
變配電站綜合自動化系統的末端數據采集與控制單元直接安裝于開關柜內，大都采用交流采樣從電流或電壓互感器直接進行測量，省掉了電量變送器，有些還可以省掉開關柜上的指示儀表。
外部電纜只有一根通信電纜與供電電源電纜，設計與施工簡單，所以應積極推廣選用。
智能化開關與智能化開關柜本身已經具備集中監(jiān)測與遠方調度功能。
只要設計一根通信電纜引到調度值班室中央控制站計算機就可以實現集中監(jiān)測與遠方調度。
但由于各廠家的通信協議不統一，不同廠家的產品實現聯網比較困難，所以近期還難以推廣應用。
2.2 電氣設計原則
從一次系統與二次系統兩方面考慮。
對于一次系統設計而言，變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后對一次系統接線沒有影響，一次系統接線方式及供電方案仍按有關要求與規(guī)定進行設計。
變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后，應發(fā)揮計算機的圖形顯示功能，模擬盤可以簡化或取消。
變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后，可以實現無人或少人值班，值班室面積可以減小，分散值班可以集中于一處值班。
對于二次系統，其設計方案應該注意以下幾點：開關柜內的繼電保護，計量，信號與控制回路設計不變，值班室的繼電保護屏與中央信號系統(信號屏、計量屏與控制屏)保持原設計不變，再設計一套重復的計量、信號與控制回路進入計算機監(jiān)測與控制系統。
開關柜內的繼電保護，計量，信號與控制回路設計不變，值班室的中央信號系統(信號屏、計量屏與控制量)取消，集中保護的繼電保護屏應保留，再將計量，信號與控制回路進入計算機監(jiān)測與控制系統。
開關柜內的繼電保護、計量、信號與控制回路設計不變，值班室的中央信號系統(信號屏、計量屏與控制屏)只包括電源進線與母線聯絡開關柜，所有出線開關柜均不進入中央信號系統。
電源進線，母線聯絡開關柜及所有出線開關柜的中央信號系統(信號、計量與控制)全部進入計算機監(jiān)測與控制系統。
二次系統設計原則是：變配電站采用計算機監(jiān)測與控制后值班室原有的中央信號系統(信號屏，計量屏與控制)應取消，采用集中保護的繼電保護屏應保留，應優(yōu)先選用第二方案。
對于有特殊要求的單位或地區(qū)，可以選用第三方案，第一方案一般不宜
設計選用。
2.3 電氣設計
一次系統的電氣主接線方式按原設計不變，在單線系統圖的設備型號說明中應注明采用計算機監(jiān)測與控制系統后所增加的設備數量與型號，如電量變送器，電力監(jiān)控器等。
對于需要通過計算機監(jiān)測與控制系統進行遠方遙控操作的開關，一定要選用能進行遠方分、合閘功能的自動開關。
開關運行狀態(tài)要進入計算機監(jiān)測與控制系統的開關，一般要有一對獨立的常開接點引入計算機監(jiān)測與控制系統。
低壓自動開關的型號設計時一定要注意滿足這一要求，多選一對常開輔助接點。
對二次系統繼電保護設計來講，35kV及以上供電系統可以考慮選用微機保護，而且應優(yōu)先考慮采用變配電站綜合自動化單元。
10kV供配電系統仍應以常規(guī)繼電器型繼電保護為主，可以再設計只有監(jiān)控功能的變配電站綜合自動化單元。
220/380V低壓配電系統，仍應以自動開關與熔斷器作為保護，再設計只有監(jiān)控功能的變配電綜合自動化單元。
對于測量回路設計而言，需要進入計算機監(jiān)測與控制系統的測量參數由設計者根據有關規(guī)定與用戶實際需要來確定。
需要進入計算機監(jiān)測與控制系統的各種測量參數，首先經過電流互感器與電壓互感器變?yōu)榻y一的交流。
采用變配電站綜合自動化系統之后，其監(jiān)控單元均為交流采樣，直接從電流或電壓互感器取0A-5A或0VM00V測量信號，低壓直接取220V或380V信號。
不再需要各種電量變送器，開關柜上各種測量儀表可以取消。
電度計量應選用帶脈沖輸出的電度表。
其型號及一次接線與原電度表相同，只在備注中說明帶脈沖輸出，并注明與計算機監(jiān)測與控制系統相匹配的直流電源電壓，設計時應優(yōu)先選用自帶供電電源的有源型，輸出為隔離型的脈沖電度表。
計量柜電度表一般不進入計算機監(jiān)測與控制系統，所以應在進線開關柜內增加有功與無功脈沖電度表各一塊，作為內部統計用電量使用。
對于信號回路設計，所有需要計算機監(jiān)測與控制系統進行監(jiān)視的開關狀態(tài)，均應有一對常開接點引到計算機監(jiān)測與控制系統。
所有常開接點可以共用一個信號地線，但不能與交流系統地線相連接。
所有信號繼電器均應有一對單獨的常開接點引到計算機監(jiān)測與控制系統。
有中央信號系統時，信號繼電器應再有一對常開接點引到中央信號系統，以下兩種常開接點應分開，由于電壓等級不同，不能共用地線。
控制回路設計中應該注意以下問題：計算機監(jiān)測與控制系統都有合閘與分閘繼電器輸出接點，將其并連接到開關柜的合分閘開關或按鈕上就可以進行遠方合分閘操作。
計算機監(jiān)測與控制系統的合分閘繼電器接點與開關柜上合分閘開關或按鈕之間應設計手動與遠方自動轉換開關。
10kV及以上的供配電系統需要計算機--監(jiān)測與控制系統進行遠方合分閘操作時，其控制開關應取消不對應接線，可以選用自復位式轉換開關，也可選用控制按鈕。
所有進入計算機監(jiān)測與控制系統的遠方操作開關的手動分閘操作開關或按鈕應有一對獨立的常開接點引到計算機監(jiān)測與控制系統，以便在人工手動分閘時給計算機監(jiān)測與控制系統一個開關量輸入信號，以防止人工就地手動分閘時出現誤報信號。
3 變配電站綜合自動化系統
變配電站綜合自動化系統是以一個配電間隔為單元，由一臺電力監(jiān)控器完成信號測量、繼電保護與控制。
測量為交流采樣，直接從電流互感器或電壓互感器取交流。
――SA電流信號或交流。
OV～100V電壓信號，380/220V低壓系統直接取交流OV～220V或OV～380V電壓信號。
所有電力監(jiān)控器通過通信電纜引到計算機系統。
3.1 變配電站綜合自動化系統外部電纜設計
變配電站綜合自動化系統的外電纜設計非常簡單，只有一根通信電纜與一根交流220V電源線。
通信電纜一般選用計算用屏蔽電纜，線芯為兩對兩芯0.5m銅芯線，使用一對，備用一對。
也可以選用雙芯屏蔽雙絞線。
大型變配電站也可以考慮使用光纜。
電力監(jiān)控器應由專用電源集中供電，以保證供電可靠性，增加抗干擾能力。
有些電力監(jiān)控器可以用220V直流電源供電，此時可以由直流屏集中供電。
變配電站數量少時，可以不設現場控制站，電力監(jiān)控器的通信電纜可以直接引到中央控制站。
供電電源可由變配電站內單獨提供，距離中央控制站近時，也可以由中央控制站供電。
通信距離可達3kin。
變配電站內開關柜數量少時，可以幾個變配電站合用一個現場控制站，每個現場控制站可帶犯個電力監(jiān)控器。
電力監(jiān)控器到現場控制站及現場控制站之間的最遠距離均為5km。
3.2 變配電站綜合自動化系統的二次接線圖設計
變配電站綜合自動化系統的二次接線圖設計按所選用的電力監(jiān)控器種類分為只有監(jiān)控功能與帶保護功能兩種。
10kV及以下電壓等級的供電系統一般應選用只有監(jiān)控功能的電力監(jiān)控器，其二次接線圖見有關產品設計項或手冊。
3.3 變配電站綜合自動化系統的選用
變配電站綜合自動化系統的成套設備生產廠商有很多，例如國內的魯能、南瑞、南自、許繼、思達、四通，國外的SIMENS、ABB等公司。
應該根據實際設計要求與系統的功能，綜合考慮選用，一般的變配電站綜合自動化系統應該具有以下功能：SCADA功能、數據庫系統、高級專家功能、運行管理功能、網絡互聯功能。
選用的基本原則是：在滿足要求的情況下，系統運行的可靠性好、性能價格比高。
4 結論
以上針對目前我國電力系統運行現狀，闡述了變配電自動化系統的設計思想，并從系統選型、電氣設計原則等方面對設計過程作了相應的說明做了簡要介紹，也是實際工作經驗的總結。
對于同樣的工程，不同的設計人員，由于考慮問題的側重點不同，可能設計方法會有一定的差異，但基本內容是相同的。
具體設計實施效果需要時間的檢驗，也取決于選型設備的性能。
變電站自動化監(jiān)控系統的設計【2】
摘 要 變電站自動化監(jiān)控系統在變電站中的運用，能夠有效提升變電站運行的安全性、有效性，對整個電力系統運行都具有重要的作用。
本文首先對變電站自動化監(jiān)控系統進行簡單的介紹，然后從軟件工程開發(fā)、軟件構成以及軟件結構設計等幾個方面入手，對變電站自動化監(jiān)控系統進行簡要設計。
【關鍵詞】變電站 自動化監(jiān)控系統 設計
在經濟社會快速發(fā)展過程中，社會各行各業(yè)對電力需求量逐漸增大，對供電安全可靠性也提出了更高的要求。
變電站是電力系統中的關鍵環(huán)節(jié)，加強對其有效的監(jiān)控，能夠提升電力系統運行安全。
基于此，加強對變電站自動化監(jiān)控系統設計的研究具有十分現實的意義。
1 變電站自動化監(jiān)控系統概述
在國家電力建設改革過程中，對電力系統改造提出了兩點要求，第一，盡可能減少投資，提升建設效益，保證電力系統整體的運行水平;第二，確保電力系統運行的安全可靠性。
變電站作為電力系統中關鍵的環(huán)節(jié)，與電力經濟效益、安全運行息息相關。
計算機技術、電子技術、通信技術等不斷的發(fā)展，為變電站實現自動化監(jiān)控提供了技術基礎。
變電站自動化監(jiān)控系統就是運用這些技術，通過有效的設計，在硬件設備以及軟件程序的共同支撐下，對變電站運行情況進行實時監(jiān)控，保證變電站運行的安全性，對電網綜合自動化發(fā)展做出巨大的貢獻。
2 變電站自動化監(jiān)控軟件開發(fā)
現階段，程序設計方法多種多樣，但以模塊化程序設計與面向對象的程序設計為主，將兩者有效地結合起來，形成一套完整的變電站自動化監(jiān)控系統開發(fā)模式。
變電站自動化監(jiān)控系統一般使用后臺軟件，結合模塊化和面向對象的程序設計方式，基本上確定了后臺軟件應有的功能，由這些基本功能構成系統的主要特征。
采用模塊化程序設計的方式，將后臺軟件分為若干個子系統，包括數據庫管理系統、報表系統、通訊系統、主控程序等等，每一個子系統由簡單的數據關系構成，容易建立模型。
因此，在具體的軟件開發(fā)設計中，一般采用分層分析設計以及線程技術方法。
2.1 分層分析設計方法
根據變電站業(yè)務處理、控制流圖以及數據流圖等，明確后臺監(jiān)控軟件的主要層次，即數據處理層、通信層、應用層、數據存儲層等，利用分層分析設計方法，逐層進行分析與設計，對層與層之間的接口進行明確規(guī)定，降低開發(fā)的難度，提高數據接口的兼容性以及移植性。
2.2 線程技術方法
以線程技術為主的變電站監(jiān)控主站，能夠利用不同的線程完成不同的任務，合理區(qū)分線程的優(yōu)先級別，就能夠完成實時性不同的任務，提高了變電站監(jiān)控系統中數據處理效率，保證各項緊急任務發(fā)生后系統的響應速度。
3 變電站自動化監(jiān)控軟件的構成
變電站自動化監(jiān)控軟件的構成分為三個部分，即底層數據服務器、中間層數據庫以及高層應用程序。
3.1 底層數據服務器
該層具有數據處理以及通訊兩種功能，能夠接收到RTU采集的實時數據信息，包括變電站運行的狀態(tài)量、模擬量以及時間順序等等，同時還能夠向高層程序層的RTU發(fā)送控制命令，并顯示源碼數據。
對原始的數據進行有效的處理，形成實時數據，并及時傳輸到中間層數據庫中，提供給應用軟件使用，確保信息的實時性。
3.2 中間層數據庫
中間層數據庫主要是面向應用程序，具有系統功能分析，是整個數據信息結構的核心，能夠為高層應用功能模塊提供各種有用的數據信息。
根據系統性能的不同，將數據庫分為實時數據庫、參數數據庫、歷史數據庫以及輔助數據庫幾類。
3.3 高層應用程序
高層應用程序具有多個功能，包括監(jiān)視功能、遙控遙調功能、數據采樣計算處理功能、打印功能、接線圖編輯顯示功能、報表功能、參數管理功能、人機接口功能以及系統安全維護功能。
該層的應用程序，能夠將變電站運行的實時數據信息進行處理，并對數據庫信息進行監(jiān)測，發(fā)現異常情況就會發(fā)出警報，并做好備份工作。
對相關的數據信息、報表等還能夠進行打印，為系統設置、維護等提供配套的參數管理，根據用戶操作內容的不同，設置有效的權限管理。
4 變電站自動化監(jiān)控系統軟件結構設計
在變電站自動化監(jiān)控系統后臺軟件設計過程中，考慮到數據功能的組合與分散，系統通訊以及數據處理功能都是為高層應用程序提供有效的數據，如果將兩者分開，必會影響數據處理的時間，也會增多數據傳遞時間，將處理過程復雜化。
所以，一般需要將通訊與數據處理功能進行組合，形成一個獨立的功能模塊，我們稱之為數據服務器，兩者的組合能夠節(jié)約數據處理時間，提高系統整體的效率。
同時，數據庫管理、報表功能、數據存儲功能、遠動功能等功能之間數據聯系較少，獨立性較強，可以實行分散，盡可能使其與應用數據發(fā)生聯系，形成以數據為中心的功能結構，便于系統操作和維護。
值得注意的是，在變電站巡檢操作人員操作設備過程中，在主控室操作后，又必須到現場查看并驗證一次設備的實際位置，如果操作項目多的話，過程反復又浪費時間，自動化的程度還有待提高。
假如操作人員在主控室或調度室就能查看一次設備的運行工況，則會大大減少操作人員的勞動量和時間。
所以，未來的趨向將是在一次設備附近裝設視頻和聲控系統，通過遠動和通信系統進行數據采樣和傳輸，運行操作人員在遠方就能對設備的運行工況及狀態(tài)變化情況了如指掌，同時又減少與高壓設備危險接觸的不定因素。
但就目前而言，大部分人員計算機技術能力有待提高，只能進行簡單分合閘操作以及線路改命名等簡單的數據庫編譯工作等，遇到復雜問題仍需向廠家求助，這一問題需要后續(xù)解決。
5 總結
通過上述分析可知，隨著社會經濟快速發(fā)展，電力事業(yè)改革工作正如火如荼地進行中，各行各業(yè)對電能的需求量不斷提升，給電力系統運行的質量提出了更高的要求。
變電站是電力系統中關鍵的組成部分，是輸電系統中關鍵環(huán)節(jié)，在信息技術、通信技術、計算機技術等的發(fā)展過程中，我們要通過合理的設計，建立變電站自動化監(jiān)控系統，對其運行進行有效的監(jiān)控，保證變電站運行的安全與穩(wěn)定。
參考文獻
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