變電站綜合自動化系統的設計原則

施  輝

(陜西省建筑設計研究院710003  西安)

    傳統的變電站供配電系統大多采用相電式繼電保護、儀表、操作及中央信號系統。結構復雜、信號采樣重復、資源不能共享、維護工作量大，更不便于聯網、通信，使變配電所的自動化程度受損，而變配電站的綜合自動化系統集變電站保護、測量、監視、遠方控制于一體，通過變電站各種設備間相互交換信息、數據共享，實現對變電站運行自動監視、管理、協調和控制，大大提高了變電站的保護、控制性能和可靠性，從而改善和提高了電網的控制水平。

1、變電站綜合自動化系統的結構

    變電站綜合自動化系統應從變電站整體出發，統一考慮保護、監測、控制、遠動、直流和五防功能，其結構框圖如圖l所示：

    目前，1lOkV及以下變電站綜合自動化系統總體結構設計大多數是以單元分散型嵌入模式為指導思想，系統裝置中的每個單元的結構和外觀及尺寸基本一致，用戶可以把各個單元分散安裝在一次設備上，或集中組屏安裝(常規中采用分散安置和組屏安置的結合方式)。單元分散型嵌入模式的示意圖如圖2所示：

    分散安裝與集中組屏安裝相比具有明顯的優點：可以大大減少連接開關柜控制屏及控制室的各種電纜，減小控制面積，從而節省了變電站綜合造價，簡化了施工，方便了維護，并且提高了變電站的可控性。

2、變配電站綜合自動化系統的設計原則

    變電站綜合自動化系統是面向對象設計的。系統中每一種單元都是面向變電站內的各種一次設備。站級測控主單元是變電站綜合自動化系統裝置的核心，它一方面可實現對各設備的實時數據搜集，并向上一級調度轉發，同時也對各單元的運行情況監視，包括各種故障與及時報警。為實現綜合自動化，變電站一次元件要符合相應要求：如斷路器的操作機構必須是彈簧儲能或直流電磁型；斷路器就地分合閘的主令開關必須是自復式；變壓器必須是有載調壓型。在無人值班的變電所為安全計，斷路器宜為SF6或真空斷路器，并應設置火災自動報警及氣體滅火系統。變電所綜合自動化管理系統應按變電所規模、安全程度、投資的可能性有選擇性考慮。

    2.1線路保護單元的功能設計原則

    2.1.1保護功能

    保護功能需實現帶方向(不帶方向)的速斷保護，帶方向(不帶方向)的過流保護，低壓起動的過電流保護，低電壓和滑差閉鎖的低頻減載，檢元壓、檢同期、  三相一次重合閘、重合閘后加速、手合前加速。所有保護種類可根據實際情況方便地取舍，定值也能夠根據實際要求進行修改。

    2.1.2測量功能

    電量的測量最好采用交流采樣獲得，采樣單元采用精密電壓電流傳感器，要求體積小，重量輕，負載小，可以測量回路的電壓、電流、有功、無功、功率因  數、頻率，直接漢字顯示一次的實際值。

    2.1.3負荷監控功能

    通過負荷定值，實現負荷監控。如遇到過負荷，裝置應首先報警，報警時間大約為跳閘時間的1／12左右，報警后提醒值班人員減負荷，否則自動跳閘。

    2.1.4控制功能

    斷路器分合控制應設計有就地分合按鈕和站級測控主單元遙控按鈕，另外還應該有指示斷路器分合狀態的標志。

    2.2變壓器成套保護單元的功能設計原則

    2.2.1變壓器主保護功能設計

    ①差動保護功能的設計應考慮以下內容：

    差動速斷保護、比率差動保護及二次諧波制動保護，二次諧波制動保護的設計應考慮到變壓器各側電流互感器變比不同，一般在軟件設計中考慮調整平衡的措施。

    ②瓦斯保護功能的設計

    瓦斯保護包括主變重瓦斯、主變輕瓦斯、調壓重瓦斯、調壓輕瓦斯保護。對于保護跳閘，應采取強電直接跳閘，同時將信號采入CPU進行處理，以便保護就地顯示及向監控系統傳送。采用強電跳閘可以減少中間環節，確保非電量保護可靠跳閘。

    ③控制功能的設計

    變壓器控制單元應能夠實現主變高壓側開關的手分手合，遙分遙合。

    2.2.2主變壓器后備保護功能的設計應考慮以下內容：

    ①二段復合電壓啟動的過電流保護、低電壓啟動的過流保護、過負荷保護及過負荷信號、過負荷閉鎖調壓、零序過流保護、零序過壓保護、零序電壓閉鎖零序電流、方向過電流保護和PT斷線閉鎖功能。

    ②變壓器后備單元的控制功能設計：應完成主變壓器低壓側開關的手分手合，遙分遙合。

    2.2.3變壓器測控功能的設計

    ①測量功能的設計應測量出以下信息：

    電壓：Ua，Ub，uc，uab，Ubc，Uca，3U0；

    電流：Ia，Ib，Ic；

    功率：P(有功)，Q(無功)，功率因數；

    頻率：f；主變壓器分接頭位置。

    ②變壓器成套保護單元的控制功能應設計有以下功能：

    i)有載調壓自動(手動)、就地(遠方)控制。一般還應設計有載調壓故障報警功能，當主變過負荷時可閉鎖調壓。站級測控單元可對變壓器分接頭進行遙調。

    ii)主變壓器風扇控制  風扇啟動命令發出數秒后，若風扇拒動則發通風故障信號。

    2.3電容器保護遠動單元的設計

    2.3.1保護功能的設計應考慮以下內容：

    速斷保護、定時限過流保護、不平衡電流保護、不平衡電壓保護、低電壓保護及過電壓保護。

    2.3.2電容器測控功能的設計原則

    ①測量功能應測量出以下輸入量：

    母線電壓、三相電流、無功功率和開關量的開合狀態。上述測量均應設計直接顯示單元，并能夠傳給遠方監控單元進行顯示。

    ②控制功能

    該單元應設計有就地分合按鈕或接受站級測控單元遙控命令控制斷路器分合，及在站級控制單元的控制下完成變電站電壓無功綜合控制功能。

    2.4備用電源自投單元的功能設計

    2.4.1備自投功能的設計原則

    ①投入原則：可采用一主一備方式或進線變壓器組方式進行投入。但投入前都應首先確認不是PT斷線造成，經延時后，檢查備用電源是否正常或另一回路是否正常，分段是否在分位置。

    ②應設計有PT斷線閉鎖判據。若為PT斷線，可提供通過延時躲開故障。

    ③測量功能設計原則要求能夠測量：

    電流：ia，ib，ic；

    電壓：輸入ua，ub，Uc,經計算得到ua， ub，uc，un，uab，ubc，Uac，3U0以及P，Q，COSφ；各有關斷路器的分合狀態。

    ④控制功能應實現手分手合、遙分遙合本進線斷路器。

    2.4.2每個備投單元只完成本線路的測量，控制及備投邏輯功能，系統的備投功能的實現需在每一進線裝備一備投單元，并要與分段單元通過聯動完成。

    2.5分段保護控制單元功能設計原則

    2.5.1過流保護功能：當A，B，c三相中任一相電流幅值大于整定值時，相應定時器啟動，保護動作。

    2.5.2測量功能：能夠測量Ia，lb，lc及各有關斷路器的分合狀態。

    2.5.3控制功能：可手分手合，遙分遙合分段斷路器。

    2.6小電流接地選線單元的設計原則

    規程規定小電流系統當單相接地后允許2h帶故障運行，2h后要立即切除故障線路。本單元應具有監視每段母線的零序電壓u。和每路出線的零序電流Ic的功能。當故障發生時，立即對uo、lo及其增量進行分析判斷，并報出故障信息，同時將此信息傳給中央總控單元。

3、結論

    在變電站綜合自動化系統的設計中，應嚴格地按照完整的技術規范向廠家提出要求，并應盡量選擇在國內有經驗的裝置及設備。努力實現產品的“四統一”功能，即統一設計思想、統一設計模式、統一功能要求、統一通信規約，是目前變電站綜合自動化系統工程設計的發展方向。

參考文獻：

1.商國才《電力系統自動化[M】》天津，天津大學出版社，1999．267～275

2.李亞波《變電站綜合自動化系統上位機監控功能實現探討[J]】》微計算機信息，l999，15(4)：50~52

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)