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【摘要】介绍了甘肃省55kv农网变电站综合自动化系统的应用现状,对于存在一些的问题进行了分析,对于变电站综合自动化系统的发展思路提出了自己的观点。
【关键词】变电站综合自动化系统 继电保护 运行现状分析 发展思路
1 变电站自动化系统的优越性
变电站综合自动化广泛采用微机保护和微机远动技术,对于变电站的模拟量、脉冲量、开关状态及部分非电量信号进行采集,经过功能的重新组合,并且按照预定的程序和要求对变电站实行自动化监控、测量、协调和控制的集合体和全过程。
变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段外,其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备,监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班之需要。
近几年来,甘肃省对于部分35kV常规变电站进行了自动化系统改造,使农网35kV变电站自动化水平上了一个新台阶。由于变电站综合自动化系统能够实现五遥功能:遥测、遥控、遥调(有载调压)、遥信、遥脉(脉冲电度表信息),从而实现了变电站无人值守或少人值守的目的,电网运行的安全性和经济性明显增强。
2 甘肃省35kV变电站自动化现状
2.1 传统模式
传统模式即目前国内应用最为普遍的远方终端装置(RTU)加上当地监控监视系统(又称当地功能),再配上变送器(当采用交流采样RTU时,可省去变送器屏柜)、遥信转接、遥控执行、UPS等屏柜。站内保护装置的重要信号通过硬接点方式输入RTU,其中微机型保护装置亦可通过串行口按约定的规约与RTU进行通讯。较为典型的产品有NARI系统公司的DISA—1、RD800系列等。
2.2 集中式
系统采用模块化、集中式立柜结构,各控制保护功能均集中在专用的采集、控制保护柜,所有的控制、保护、测量、报警等信号均在采集、控制保护柜内处理成数据信号后,经光纤总线传输至主控室的监控计算机。
目前大多数厂家的产品均属此类,在各地35kV无人值班变电站中应用也最广。与传统模式相比,最大的改进在于将RTU的遥控、信号、测量、电能计费、通信等功能分别组屏,并由1个或2个总控单元通过串行通信口(RS232,RS422,RS485)与各功能单元屏柜以及微机保护、故障录波、上位机(可选)等进行通讯。比较典型的产品有NARI系统公司的DISA-3型、BJ-1型等。
2.3 分布式
系统采用模块化、分布式开放结构,各控制保护功能均分布在开关柜或尽量靠近开关的控制保护柜上的控制保护单元,所有的控制、保护、测量、报警等信号均在就地单元内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机,各就地单元相互独立,不相互影响。
(1)分散式(保护相对独立,控制和测量合一)
该模式主要特点是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装对象,将控制、I/O、闭锁、保护等单元分散,就地安装在一次主设备(屏柜)上。站控单元(在主控制室内)通过串行口(光纤通信)与各一次设备屏柜(在现场)相连,并与上位机(可选)和远方调度中心通信。较为典型的产品有NARI公司的BJ—F3A系列和甘肃银河电力自动化有限责任公司的YH—B2000系列产品。
(2)集中式(保护、控制和测量合一)
较为典型的产品有北京四方公司的CSC2000系列、NARI公司的DISA--2等。
(3)局部分散式
此模式综合了集中式与分散式的特点,采用了分散式的系统结构,而控制和保护仍集中配屏。较为典型的产品有DISA—3、FDK系列等。
3 35kV变电站自动化系统存在的问题
3.1 “四遥”远动设备误报、误跳
某些型号的自动化系统问题比较严重,这也是许多35kV自动化变电所长期不能正常运行的主要原因。究其原因,一方面与某些变电站自动化系统投运较早,自动化装置在技术和工艺上不成熟有关,另一方面,与设备的选型和厂家的安装调试水平及售后服务有较大关系。
3.2 10kV单相接地信号正确率低
小电流接地系统信号检测装置是根据单相接地故障特点进行设计和判别的,主要有反应工频电容电流大小和方向、零序电流有功分量、5次谐波分量以及故障电流暂态分量首个半波等几种。目前生产厂家采用较多的是接地时5次谐波分量。从已投运的自动化变电站的运行情况看,10kV单相接地故障发信正确率普遍较低。在配电网事故中,单相接地故障率很高,据有关资料统计约占80%,可见10kV单相接地故障发信正确率同变电站的安全运行关系极大。
3.3 防误操作装置的改造问题
常规变电站改为自动化变电站,原来的“三防”,“五防”装置失去了作用,如何进行防误改造,确保“五防”功能是一个问题。
“五防”功能可以由远动主站实现,也可由就地自动化装置完成。分散式就地安装于一次主设备(屏柜)上的综合自动化系统装置,在抗震、抗电磁干扰等方面的性能还有待进一步提高。震动源主要来自断路器的分、合操作带来的机械振动,对自动化装置的危害主要表现为节点接触不良及装置频繁死机。
电磁干扰源则主要是线路和电容器的断路器开关投、切以及雷电的冲击,产生的瞬时暂态过电压所引起的含多种频率分量的衰减振荡波,严重时会造成装置的误动、误报和拒动,酿成严重后果。根据国内外的一些资料来看,国外厂家在这方面做得比较充分,电磁兼容性在他们的产品中得到了足够的重视。而国内厂家则基本上都还没有明确提出其设备为满足电磁兼容性规定,仍然执行着比传统集控方式要求更高的技术标准。
3.4 设备安全隐患问题
随着越来越多的农村35kV变电站采用无人值班模式,这个问题也变得越来越突出和迫切。防火、防盗、防水以及一次设备故障(如变压器渗油、瓷瓶开裂、局部放电等)都需要能及早发现和处理,以免故障扩大变成事故。在这方面,工程设计人员已经进行了有益的尝试,即在一些变电站试点通过安装数字视屏监控系统实现对该变电站的遥视监控,并取得了较好的实际效果,有效地解决了这个问题。
与传统的模拟式图象监控系统不同,数字式视频监控以计算机技术、网络技术和视频压缩技术为核心,具有诸多模拟式图象技术所不具备的优点,并且与基于微机技术的变电站自动化系统接口良好,是未来视频技术发展的方向。
4 甘肃省35kV变电站自动化系统发展思路
4.1 配置和运行方式将趋于一致
随着计算机技术的快速发展和生产厂家的不断努力,变电站综合自动化系统的性能越来越高,可靠性也大大增强,价格却越来越低。因此近年来低电压等级变电站自动化系统配置有逐步向高电压等级变电站靠拢的趋势。不仅35kV和110kV变电站是如此,220kV和500kV变电站也是如此。
4.2 保护与控制、测量合二为一
虽然从目前的运行体制、人员配备、专业分工来看,保护与测控各自独立的自动化系统占了绝大多数,但从发展趋势、技术合理性及减少设备重复配置、简化维护工作量等方面考虑,保护、测控合一的模式具有很大的优越性。
4.3 农网35kV变电站将普遍应用数字式远程图像监控系统
事实上,远程图像监控系统在电力系统早有应用,譬如水力发电厂,但是以前由于价格昂贵,一直无法大规模推广和普及。随着数字图象技术的兴起和数字视频系统价格的大幅降低,将使农网35kV变电站普遍应用数字式远程图像监控系统成为可能。
【关键词】变电站综合自动化系统 继电保护 运行现状分析 发展思路
1 变电站自动化系统的优越性
变电站综合自动化广泛采用微机保护和微机远动技术,对于变电站的模拟量、脉冲量、开关状态及部分非电量信号进行采集,经过功能的重新组合,并且按照预定的程序和要求对变电站实行自动化监控、测量、协调和控制的集合体和全过程。
变电站综合自动化系统除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸的手段外,其余的全部控制、监视、测量和报警功能均可通过计算机监控系统来完成。变电站无需另设远动设备,监控系统完全满足遥信、遥测、遥控、遥调的功能以及无人值班之需要。
近几年来,甘肃省对于部分35kV常规变电站进行了自动化系统改造,使农网35kV变电站自动化水平上了一个新台阶。由于变电站综合自动化系统能够实现五遥功能:遥测、遥控、遥调(有载调压)、遥信、遥脉(脉冲电度表信息),从而实现了变电站无人值守或少人值守的目的,电网运行的安全性和经济性明显增强。
2 甘肃省35kV变电站自动化现状
2.1 传统模式
传统模式即目前国内应用最为普遍的远方终端装置(RTU)加上当地监控监视系统(又称当地功能),再配上变送器(当采用交流采样RTU时,可省去变送器屏柜)、遥信转接、遥控执行、UPS等屏柜。站内保护装置的重要信号通过硬接点方式输入RTU,其中微机型保护装置亦可通过串行口按约定的规约与RTU进行通讯。较为典型的产品有NARI系统公司的DISA—1、RD800系列等。
2.2 集中式
系统采用模块化、集中式立柜结构,各控制保护功能均集中在专用的采集、控制保护柜,所有的控制、保护、测量、报警等信号均在采集、控制保护柜内处理成数据信号后,经光纤总线传输至主控室的监控计算机。
目前大多数厂家的产品均属此类,在各地35kV无人值班变电站中应用也最广。与传统模式相比,最大的改进在于将RTU的遥控、信号、测量、电能计费、通信等功能分别组屏,并由1个或2个总控单元通过串行通信口(RS232,RS422,RS485)与各功能单元屏柜以及微机保护、故障录波、上位机(可选)等进行通讯。比较典型的产品有NARI系统公司的DISA-3型、BJ-1型等。
2.3 分布式
系统采用模块化、分布式开放结构,各控制保护功能均分布在开关柜或尽量靠近开关的控制保护柜上的控制保护单元,所有的控制、保护、测量、报警等信号均在就地单元内处理成数据信号后经光纤总线传输至主控室的监控计算机,各就地单元相互独立,不相互影响。
(1)分散式(保护相对独立,控制和测量合一)
该模式主要特点是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装对象,将控制、I/O、闭锁、保护等单元分散,就地安装在一次主设备(屏柜)上。站控单元(在主控制室内)通过串行口(光纤通信)与各一次设备屏柜(在现场)相连,并与上位机(可选)和远方调度中心通信。较为典型的产品有NARI公司的BJ—F3A系列和甘肃银河电力自动化有限责任公司的YH—B2000系列产品。
(2)集中式(保护、控制和测量合一)
较为典型的产品有北京四方公司的CSC2000系列、NARI公司的DISA--2等。
(3)局部分散式
此模式综合了集中式与分散式的特点,采用了分散式的系统结构,而控制和保护仍集中配屏。较为典型的产品有DISA—3、FDK系列等。
3 35kV变电站自动化系统存在的问题
3.1 “四遥”远动设备误报、误跳
某些型号的自动化系统问题比较严重,这也是许多35kV自动化变电所长期不能正常运行的主要原因。究其原因,一方面与某些变电站自动化系统投运较早,自动化装置在技术和工艺上不成熟有关,另一方面,与设备的选型和厂家的安装调试水平及售后服务有较大关系。
3.2 10kV单相接地信号正确率低
小电流接地系统信号检测装置是根据单相接地故障特点进行设计和判别的,主要有反应工频电容电流大小和方向、零序电流有功分量、5次谐波分量以及故障电流暂态分量首个半波等几种。目前生产厂家采用较多的是接地时5次谐波分量。从已投运的自动化变电站的运行情况看,10kV单相接地故障发信正确率普遍较低。在配电网事故中,单相接地故障率很高,据有关资料统计约占80%,可见10kV单相接地故障发信正确率同变电站的安全运行关系极大。
3.3 防误操作装置的改造问题
常规变电站改为自动化变电站,原来的“三防”,“五防”装置失去了作用,如何进行防误改造,确保“五防”功能是一个问题。
“五防”功能可以由远动主站实现,也可由就地自动化装置完成。分散式就地安装于一次主设备(屏柜)上的综合自动化系统装置,在抗震、抗电磁干扰等方面的性能还有待进一步提高。震动源主要来自断路器的分、合操作带来的机械振动,对自动化装置的危害主要表现为节点接触不良及装置频繁死机。
电磁干扰源则主要是线路和电容器的断路器开关投、切以及雷电的冲击,产生的瞬时暂态过电压所引起的含多种频率分量的衰减振荡波,严重时会造成装置的误动、误报和拒动,酿成严重后果。根据国内外的一些资料来看,国外厂家在这方面做得比较充分,电磁兼容性在他们的产品中得到了足够的重视。而国内厂家则基本上都还没有明确提出其设备为满足电磁兼容性规定,仍然执行着比传统集控方式要求更高的技术标准。
3.4 设备安全隐患问题
随着越来越多的农村35kV变电站采用无人值班模式,这个问题也变得越来越突出和迫切。防火、防盗、防水以及一次设备故障(如变压器渗油、瓷瓶开裂、局部放电等)都需要能及早发现和处理,以免故障扩大变成事故。在这方面,工程设计人员已经进行了有益的尝试,即在一些变电站试点通过安装数字视屏监控系统实现对该变电站的遥视监控,并取得了较好的实际效果,有效地解决了这个问题。
与传统的模拟式图象监控系统不同,数字式视频监控以计算机技术、网络技术和视频压缩技术为核心,具有诸多模拟式图象技术所不具备的优点,并且与基于微机技术的变电站自动化系统接口良好,是未来视频技术发展的方向。
4 甘肃省35kV变电站自动化系统发展思路
4.1 配置和运行方式将趋于一致
随着计算机技术的快速发展和生产厂家的不断努力,变电站综合自动化系统的性能越来越高,可靠性也大大增强,价格却越来越低。因此近年来低电压等级变电站自动化系统配置有逐步向高电压等级变电站靠拢的趋势。不仅35kV和110kV变电站是如此,220kV和500kV变电站也是如此。
4.2 保护与控制、测量合二为一
虽然从目前的运行体制、人员配备、专业分工来看,保护与测控各自独立的自动化系统占了绝大多数,但从发展趋势、技术合理性及减少设备重复配置、简化维护工作量等方面考虑,保护、测控合一的模式具有很大的优越性。
4.3 农网35kV变电站将普遍应用数字式远程图像监控系统
事实上,远程图像监控系统在电力系统早有应用,譬如水力发电厂,但是以前由于价格昂贵,一直无法大规模推广和普及。随着数字图象技术的兴起和数字视频系统价格的大幅降低,将使农网35kV变电站普遍应用数字式远程图像监控系统成为可能。