110KV創利變電站自動化系統工程設計與體會論文

摘要：根據創利變電站的設計工作實踐，筆者介紹了無人值守110kV變電站自動化系統的結構、佈置及功能特點。並闡述了在設計綜合變電站自動化系統工程中，監控系統的選用、組網結構的確定、間隔單元性能的選擇以及與電氣一次設計的配合方面應考慮的問題及要求。

關鍵詞：變電站；間隔保護；無人值守；組網結構

一、引言

110千伏創利變電站建設規模爲2臺5萬千伏安三相雙卷變壓器，同時裝設相應容量的無功補償電容器及其它附屬設備，110kV出線2回，10kV出線20回，創利變電站110千伏母線採用單母分段接線型式；10千伏母線採用單母分段四段接線型式。採用戶外常規設備全站利用了目前國內較成熟、先進的變、配電設備及變電站自動化技術成果，在設備先進與佔地少、投資省、運行費用低和可靠性高之間取得較滿意的平衡和統一。110千伏創利變電站建成後將是江門市新會區一座較爲先進的110kV無人值守變電站。

二、自動化系統

(一)系統結構

創利變電站自動化系統初步選用的是南京南瑞繼保電氣有限公司的110kV變龜站自動化系統解決方案。該系統採用三層結構兩層網模式，屬分層分佈式系統。三層結構即站控層、通訊層和間隔層：站控層由監控工作站、繼保工作站組成，完成變電站的監視、操作、控制及變電管理功能：通訊層採用RCS-9794系列通信管理裝置，它具有多個通信口與遠方調度控制中心、站控層、間隔層及GPS連接，建立起一套完整的通信網從而實現數據共享；間隔層即繼電保護、智能測控裝置層，它獨立完成間隔層的保護、測量、控制和通信等功能。通訊層分別與站控層、間隔層組成的以太網現場總線通信網，全冗餘配置，A、B雙網結構，雙網互爲備用。

(二)系統組屏及佈置

創利變電站綜合自動化系統採用分散與集中相結合的佈置方式，主變及110kV線路的保護和測控裝置以及公共設備集中佈置在變電站主控室；10kV部分的保護及測控裝置、電能表分散安裝於各間隔開關櫃，在高壓室隔出一間繼保小室佈置一面交換機屏和一面10kV公共測控屏，專門組成10kV裝置以太網通信網絡和採集10kY間隔的測控及遙信信號，這種分散與集中相結合的佈置方式，既減少了主控室的屏位。又節省了控制電纜和通信線纜。

考慮到主變保護及測控裝置的複雜性，每臺主變保護及測控裝置需各組一屏，每回110kV線路保護與測控共組一屏，全站公共設備的測量及信號採集插箱組一面公共測控屏，通訊控制工作站及遙控輸出插箱組一面遠動通信屏，雙以太網通信網絡需要組一面通信(交換機)屏，交、直流系統和自動跟蹤補償消弧線圈控制櫃也佈置於主控室，另外，監控工作站及繼保工作站置於專用工作臺。

(三)系統主要功能特點

1、通信控制工作站

通信控制工作站是綜合自動化系統通信層的核心，它由嵌入式PCI04、網卡、智能通訊卡、調制解調器、GPS及接口、電源模塊等組成。它完成常規電氣量、非常規電氣量及微機保護信號的採集與處理；傳輸與修改保護裝置工作狀態及定值；接收遙控命令，實施控制操作；接收對時命令進行對時；向調度控制中心傳送所採集的各種信息；與通信控制單元RC8--9794、直流系統、小電流接地選線裝置、多功能電能表等接口通訊等。工作站還具有必須的人機聯繫及維護手段。

變電站的遠動信息經一路光纖通信通道和一路複用通道傳送至江門地調及新會區調控制中心，通信規約爲IEC60870-5-103。

2、監控工作站

監控工作站採用一臺最新的DELL計算機構成，監控軟件基於Windows操作系統平臺，用戶界面友好，使用方便。它替代了傳統變電站控制屏的信號、表計及操作等功能。由它實現的SCADA功能包括實時數據採集、安全監視、數據處理、報警處理、控制操作(包括VQC功能)、運行記錄、人機聯繫、製表及打印、設各自診斷及自動恢復、數據庫維護等。

3、主變保護及測控

主變保護爲RCS—900系列微機變壓器保護裝置，各裝置通過RCS—9794通信控制單元與通訊控制工作站通信。RCS—9794的功能是完成通信轉接和規約轉換。保護裝置動作信號經通信口上送，也可以在保護工作站對保護裝置進行管理。考慮到保護裝置直流電源掉電後，裝置的`通信功能將不能正常工作，故將能反映直流電源消失的控制迴路斷線信號接點用電纜引至主變綜合採集插箱，作爲遙信點之一。

主變本體及高低壓側間隔的測控功能，除了本體信號經主變保護轉發至系統通信網外，其餘測量、信號及控制功能由主變綜合採集插箱及線路測控插箱實現。

4、iOkV間隔保護及測控

10kV間隔的保護及測控裝置選用南瑞繼保公司的RCS—9000系列分散式保護測控裝置。該裝置是具有保護、遙測、遙控、遙信功能的“四合一”裝置，但其保護功能仍具有獨立性，這體現在硬件上所具有的獨立的輸入輸出迴路及操作迴路，軟件上保護模塊與其他模塊完全分開，且程序安排先啓動後測量。此外保護功能也完全不依賴通信網，網絡工作正常與否不影響保護正常運行。

創利變電站RCS—9000系列保護測控裝置與繼保小室的通信屏的RCS—9882交換機經其通信口組成現場總線型通信網，再與主控室RCS—9794通信管理裝置通信。通過所形成的通信網實現保護及測控信息的傳遞，簡化了二次電纜，減輕了CT、PT的負荷及施工難度。此外採用現場總線型通信網絡，簡化了組傑、設計和安裝，提高了系統性能。

5、控制和閉鎖

創利變電站的斷路器、主變OLTC及中性點地刀的人工控制可在遠方調度控制中心、站內監控主站、保護屏或間隔戶外端子箱(開關櫃)執行控制操作，但同一時間內只允許其中一種方式有效。監控主站實現的VQC自動控制和人工控制在同一時間內也只能設定其中一種方式有效。監控主站軟硬件具有閉鎖邏輯判斷和操作權限管理，防止誤操作斷路器事故的發生。至於全站所有隔離刀閘、接地刀閘的防誤操作閉鎖，則採用簡單可靠的電氣聯鎖和微機五防相結合的閉鎖措施。

三、幾點設計體會

(一)監控系統的選用

成熟可靠的後臺監控系統是綜合自動化系統成功的關鍵。隨着自動控制技術、通信技術、多媒體技術的不斷髮展，性能越來越高和多樣化的系統層出不窮。選擇時要注意考慮以下幾方面：

1、先進性與可靠性。在變電站自動化技術日新月異的今天，仍應把系統的穩定性、可靠性放在第一位。儘量選用經過鑑定的、有成熟運行經驗的適用產品和技術。創利站採用了交流採樣技術，大大簡化了二次設備配置，減輕了CT、PT負載，消除了零漂；

2、完整性和開放性。系統功能的完整性及數據庫的開放性都是重要的選擇條件。在功能完整性方面，除實現“四遙”功能和變電管理功能外，要注意考慮系統是否利用了實時數據實現電壓無功控制(VQc)、小電流接地選線、防誤操作、合閘同期檢測、設備壽命管理等功能。數據庫的開放性則便於日後升級擴容、修改運行數據及二次開發等，而使原有軟硬件資源得到保護；

3、人機界面。系統軟件平臺設計的界面是否簡單、直觀、易操作也是考察系統的重要方面。

(二)系統組網結構的確定

在變電站自動化系統中常用的串行通信接口RS—232C、RS—422／485具有接口標準化、規範化和方便衆多智能設備接口的優點，不足之處是Rs—232C通信有效距離短，而Rs—485總線爲主從結構，主站點工作繁忙時影響系統性能。隨着分散分佈式系統的發展，在計算機網絡通用的以太網現場總線通信方式得到越來越多的應用。現場總線網是一種多點共享的廣播通信信道網，較點對點通信信道網爲優。當然總線型網需要有控制單元解決兩個以上結點同時發送信息的衝突。創利站自動化系統是分散與集中佈置相結合的分層分佈式系統，通信網絡結構採用了現場總線型與一對一串行通信共存的模式，有效地保障了通信速率和資源共享。

(三)間隔單元功能與性能選擇

按一次設備爲單位分散佈置的保護及監控單元裝置有兩種模式：保護獨立而控制、測量、信號合一模式和保護、控制、測量、信號“四合一”模式，兩種模式下保護功能都要求能獨立完成。對於安裝於開關櫃的10kV保護及監控單元宜選擇“四合一”模式，但電能計量需另設專用表計。集中佈置的保護及測控裝置(如主變間隔)可選擇保護、測控裝置分開的模式，因爲可選擇的現有裝置較成熟可靠。

保護單元的功能要滿足間隔的保護功能配置要求，並能接收與執行上位機下發的保護定值修改，發送保護裝置的工作臺信息、告警信息、動作信息及自檢信息，與上級對時，裝置復歸，當地顯示等。監控單元的基本功能爲遙測量採集及計算，遙信採集及處理，遙控命令接收與執行，與保護單元通信(當與保護單元相對獨立時)，定時自檢及當地顯示。

分散佈置的保護及監控單元裝置要注意是否適合安裝現場的環境條件，包括溫度、溼度、電磁感應、雷電流、振動等因素。

(四)與電氣一次設計的配合

無人值守變電站自動化系統的成功實施，很大程度上依賴電氣一次設備的可靠性，在可能的條件下應選用可靠的一次設各和儘量簡化主接線的設計。主接線應在滿足供電規劃的條件下減少電壓層次和簡化，並有利於遠方控制要求。一次設備除主變外宜採用無油防爆和免維護或少維護量的設各(如GIS、SF6系列、免維護蓄電池組)。主變中性點地刀應採用電動刀閘以滿足遠方投退主變的要求。站用電源系統應完善可靠，雙電源應互爲自動備用投入。此外，電氣佈置應在滿足有關規程要求的基礎上，儘量減少佔地面積和建築面積，市區變電站更是如此。而分散式綜合自動化系統的應用，爲減少佔用面積創造了一定的有利條件。

四、結語

本地區的110kV變電站基本已經實現綜合自動化系統的無人值守，工程的實踐表明，該站採用分散與集中佈置相結合的分層分佈式綜合自動化系統是可行的，並且必將能取得令人滿意的系統整體性能及總體佈置效果。本文介紹的該站自動化系統的結構、佈置、功能特點以及幾點工程設計體會，供同行參考與商榷，不足之處懇請同行和專家批評指正。