分散式综合自动化系统在常规站二次改造中的应用

一、前言
　　我局电力系统始建于七十年代末，由于当时技术条件的限制，陆续建起的变电站二次设备继电器均为电磁式的。部分投运较早、运行时间较长的变电站二次设备老化严重，尤其是控保继电器的快速性、可靠性、灵敏性受到严重的影响，导致变电站运行时常出现断路器拒动甚至误动现象，给变电站的安全、可靠运行带来了严重的威胁。随着电子技术、计算机技术和可靠性技术的发展，给计算机测控系统在电力系统实时控制、继电保护中的应用提供了可能，也使得变电站综合自动化系统这项新技术的应用愈来愈成熟，从而为常规变电站二次设备的改造提供了技术基础。变电站综合自动化是以全微机化的新型二次设备代替常规的电磁式设备，并尽可能做到硬件资源共享，以不同的软件模块实现常规的硬件才能完成的功能，用计算机局部通信网络代替大量的信号电缆的连接，不仅减少了设计、维护工作量，而且也使得改造后的变电站自动化程度及安全、运行的可靠性得到提高，这对保证生产的连续性有着极其重要的意义。

二、变电站综合自动化系统的布置方式
目前微机变电站布置方式一般有:
　　1、集中式: 即将变电站微机监控系统及微机继电保护装置等设备集中布置在主控制室内，集中控制、操作和管理。其优点是设备集中安装在控制室内，可以有较好的运行环境; 不足之处是要敷设多条信号电缆等，连接点多，故障几率高，并且发生故障时影响范围大，因此可靠性较差。
　　2、分散式: 即将一体化的微机监控保护设备采用分散分布结构及就地分散安装方式。一般是按回路设计，将数据采集、控制单元与微机保护单元就地安装在开关柜上或其它一次设备附近，相互之间通过网络电缆，构成分散式的综合自动化系统。由于其所用电缆少、连接点少、故障几率低、可靠性高，因此是微机变电站的发展方向，易于推广应用。
　　根据我局变电站的规模、特点等具体情况，为切实保证二次设备改造后变电站供电的可靠性及施工方便，最大限度地减少施工停电时间，减少对生产的影响，经过我们认真调查和充分论证，认为分散式布置应当作为常规变电站二次设备改造的首选方案。目前利用这一布置方式我们已成功地改造了濮一、中心等几座35kV变电站，其效果较好。下面结合我局濮一变的具体改造情况对分散式的结构与配置、功能等进行说明。

三、分散式变电站综合自动化系统的结构、配置及功能
　　我局濮一变是1980年6月份建成投产的，主变安装容量为2×8000kVA。35kV、6kV侧均为单母线分段，其中35kV进出线4回、6kV配出25回(包括线路、电动机、电容器等)。该变电站主要担负着我局濮城油田的原油生产(日产原油1300吨)供电任务，其供电的可靠性显而易见。经过20多年的运行，其二次设备老化严重，1998年曾因保护误动作，造成1#主变跳闸，致使油区部分供电线路供电中断，经济损失较为严重，因此该变电站的二次设备改造势在必行。为尽量缩短施工停电时间，减少对油气生产的影响，我们采用了DMP分散式综合自动化系统，即把所有的6kV微机保护设备分散安装在高压开关柜上，35kV一次设备和主变的微机保护与监控分散式单元机箱集中组屏后仍布置在主控制内(因35kV部分及主变均为户外设备)。该型自动化装置是针对变电站设计生产的新一代全分散式微机系统，它由若干套微机保护、测量、远动单元组成，若干单元组合后安装在高压柜上，通过通讯电缆与监控主机系统通讯，并通过主机下发四遥命令，实现远方的遥测、遥信、遥控、遥调功能，从而实现综合自动化。
1、 系统结构
　　该系统设计为分层管理模式。底层是分布式单元机箱，包括单元保护与监控模拟量、单元开关量采集、操作回路、就地汉字显示功能。
上层为当地监控，采用高档586工控微机，以中文Windows95&98为软件平台，主要完成对各单元装置实时数据的采集、实时数据的加工和管理及实现系统管理站功能。其分散式变电站综合自动化系统结构框图如图1所示。

图1 分散式变电站综合自动化系统结构框图

2、 系统硬件配置
　　本系统各单元箱是由以下模块构成: 电源模块、交流采样模块、CPU主模块、出口操作模块、键盘液晶显示模块、屏蔽隔离板等组成。箱体为全金属封闭结构，通过屏蔽隔离板，将微机部分与出口继电器执行部分完全屏蔽隔离，提高微机系统的抗干扰能力。在80196KC微处理器系统中采用了外部硬件“看门狗”和内部软件“看门狗”双重手段，确保微机系统正常工作中，因意外情况异常而自动复位。内部出口操作模板上还设有手动跳合闸按钮供就地跳合闸使用。

图2 保护测控单元原理框图
　　如图2所示，保护TA，测量TA及TV等电量均经过彼此独立的小TA和小TV模块进入微处理系统，经过滤波之后，将所有交流电气信号转换成0~5V的微机标准接收信号，通过多路转换开关，由微机进行交流采样，每个周期采样12点，经过傅立叶算法之后，可得到所需的基波及其它谐波值的分量，因而可以方便地计算出每条线路的U、I、P、Q、COSφ等值。通过将正弦波处理成方波，利用高速输入通道HSI，可以方便地计算出线路的频率，各类电量值的精度不低于0.5级。有功电度和无功电度数既可采集脉冲电度表脉冲数，也可以通过本身PQ值累积得到。其保护功能，通过保护级TA及TV将信号采集之后可得到相关实际值，并利用这些实际值进行不同的组合运算，将结果与给定值比较，判断是否应该报警或保护动作完成报警保护功能。
　　键盘液晶显示面板供保护动作定值修改和电量参数就地显示功能用，键盘板上共配置9个按键，三个指示灯，可以指示本条线路断路器的位置状态和单元箱工作状态。键盘液晶显示共有两种工作状态: 一般工作状态和编程工作状态。一般工作状态下可查看各类电量参数。编程工作状态可以方便地修改各类保护定值。
　　保护测控单元箱可通过配置不同的软件功能模块实现多种不同的保护功能: 如主变压器保护、馈线保护、电容器保护、电动机保护、母线保护等。它可以自动记录8条事故类型，时间及动作值，供上级微机系统调用。通过后台管理机，输入操作密码，经通讯口可将断路器分合闸命令传送至某一测控保护单元，执行对应断路器分合闸操作功能。

3、 系统功能
除具有微机保护功能外，还具有以下功能：
3.1、数据采集和处理
　　实时采集全站运行过程的输入信号(包括模拟量、开关量、脉冲量)，经滤波，检出事故、故障、状态变位信号和模拟量参数变化，实时地更新数据，为微机保护和监控系统提供运行状态的数据。
3.2、越限报警
　　电气和非电气模拟量设上限、下限、梯度变化值等限值，当测量值越限时发出报警，并作相应处理。
3.3、事件顺序记录
　　将继电保护、自动装置的动作和断路器的跳、合闸按动作顺序记录下来，事件分辨率为5ms。
3.4、电度量的累计
　　接收脉冲电度表输出的脉冲信号，进行电度量累计，还可进行峰、平、谷时段累计。
3.5、控制操作
　　各单元机箱上安装有手动分/合闸操作按钮，可就地操作。也可经后台机键盘执行对站内断路器、电容器及主变分接头的控制。执行某单元断路器的送/停电，倒闸操作等各种顺序操作。在控制操作中实现安全操作闭锁功能。
3.6、人机接口
　　人机接口监视器、鼠标和功能键提供灵活的人机交换联系，能提供正常的运行显示、调用各种数据、报表及运行状态图、参数图等画面。
3.7、事件报警
　　在系统发生事件或运行设备工作异常时，自动投入音响报警，推出事故画面，画面上相应块闪光报警，指出事件的性质和异常参数值。
3.8、系统自诊断
　　分布式单元机箱和计算机监控系统具有在线自诊断功能，并能报警。保护单元自诊断出错时闭锁保护，同时报警。上层单元对下层单元通过通讯进行互检。
3.9、与调度通讯、对时
　　该变电站的计算机能与调度系统计算机进行对时、通讯、完成站端事件顺序记录、遥测、遥信、遥控、遥调等功能。可以与多级调度进行远动通信。
3.10、自动电压无功调节
　　按给定的电压无功关系自动投切电容器、调整变压器的分接头。
3.11、技术统计与制表打印
　　根据运行要求进行电流、电压、功率、电度量的整点抄表、累计，设备的运行工况、时间统计及特征值、合格率、负荷率等技术统计。并能定时自动或召唤制表打印输出。

四、 应用情况
　　2001年4月份濮一变自改造投运以来，未发生过保护误动和拒动现象，而且正确的保护动作避免了事故的扩大。如2001年8月18日发生612柜的C相过流故障，过流保护正确动作; 2002年2月发生616柜短路故障，电流速断保护正确动作。此外该系统还具有如下显著优点:
　　1. 分散式安装系统，与以往我们所建的集中式安装系统变电站相比，能够节省约80%的电缆费用和安装工作量，不仅降低了投资费用，而且缩短了施工停电时间。
　　2. 系统的保护、控制、监测功能集成一体化，且内外层采用光电耦合，抗干扰能力强。
　　3. 每个单元机箱分散安装在开关柜上，彼此独立，并由一根屏蔽(RS-232)双绞线与主机系统通讯，走线简单，维护方便。由于基本功能在每一控制单元内，即使通讯网络损坏也不会影响正常的监控和保护功能。
　　4. 输入交流采样，用单片机进行计算替代模拟变送器，即可省去相当大数量的投资，同时又提高了系统测量精度和可靠性，另外装置的电度计算是每个控制单元的脉冲电度表接入相应的DMP单元，可以显示和打印各种时限的电度报表，减少了很多计算量，值班人员不用每小时抄表，节省了人力。
　　5. 监测功能完整，除常规电气量量测外，还具有温度量测、顺序事件记录等功能。
　　6. 系统每一回路的保护、测量自成体系，互不干扰，互相独立，并具有全系统软硬件自检功能，系统可靠性高。

五、结论
　　濮一变改造投运一年多来，微机控保系统运行安全可靠。改造后不但提高了该变电站的自动化水平，而且也为油气的生产及其它负荷提供了可靠的电力保障，具有显著的经济效益。因此为了节省改造投资，方便施工，并尽量缩短施工停电时间，建议常规变电站二次设备的改造最好采用分散式综合自动化系统。

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