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摘要：本文從變電站整體出發(fā)，統(tǒng)一考慮保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、遠(yuǎn)動(dòng)、直流和五防功能，提出保護(hù)、監(jiān)控、遠(yuǎn)動(dòng)一體化的設(shè)計(jì)原則，從而避免功能裝置的重復(fù)配置等弊病，減少投資，有利于變電站運(yùn)行管理和維護(hù)。...

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

施  輝

(陜西省建筑設(shè)計(jì)研究院710003  西安)

    傳統(tǒng)的變電站供配電系統(tǒng)大多采用相電式繼電保護(hù)、儀表、操作及中央信號(hào)系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、信號(hào)采樣重復(fù)、資源不能共享、維護(hù)工作量大，更不便于聯(lián)網(wǎng)、通信，使變配電所的自動(dòng)化程度受損，而變配電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)集變電站保護(hù)、測(cè)量、監(jiān)視、遠(yuǎn)方控制于一體，通過(guò)變電站各種設(shè)備間相互交換信息、數(shù)據(jù)共享，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行自動(dòng)監(jiān)視、管理、協(xié)調(diào)和控制，大大提高了變電站的保護(hù)、控制性能和可靠性，從而改善和提高了電網(wǎng)的控制水平。

1、變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

    變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)從變電站整體出發(fā)，統(tǒng)一考慮保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、遠(yuǎn)動(dòng)、直流和五防功能，其結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示：

    目前，1lOkV及以下變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大多數(shù)是以單元分散型嵌入模式為指導(dǎo)思想，系統(tǒng)裝置中的每個(gè)單元的結(jié)構(gòu)和外觀及尺寸基本一致，用戶可以把各個(gè)單元分散安裝在一次設(shè)備上，或集中組屏安裝(常規(guī)中采用分散安置和組屏安置的結(jié)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(yōu)點(diǎn)：可以大大減少連接開(kāi)關(guān)柜控制屏及控制室的各種電纜，減小控制面積，從而節(jié)省了變電站綜合造價(jià)，簡(jiǎn)化了施工，方便了維護(hù)，并且提高了變電站的可控性。

2、變配電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

    變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的。系統(tǒng)中每一種單元都是面向變電站內(nèi)的各種一次設(shè)備。站級(jí)測(cè)控主單元是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)裝置的核心，它一方面可實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)搜集，并向上一級(jí)調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)也對(duì)各單元的運(yùn)行情況監(jiān)視，包括各種故障與及時(shí)報(bào)警。為實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化，變電站一次元件要符合相應(yīng)要求：如斷路器的操作機(jī)構(gòu)必須是彈簧儲(chǔ)能或直流電磁型；斷路器就地分合閘的主令開(kāi)關(guān)必須是自復(fù)式；變壓器必須是有載調(diào)壓型。在無(wú)人值班的變電所為安全計(jì)，斷路器宜為SF6或真空斷路器，并應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及氣體滅火系統(tǒng)。變電所綜合自動(dòng)化管理系統(tǒng)應(yīng)按變電所規(guī)模、安全程度、投資的可能性有選擇性考慮。

    2.1線路保護(hù)單元的功能設(shè)計(jì)原則

    2.1.1保護(hù)功能

    保護(hù)功能需實(shí)現(xiàn)帶方向(不帶方向)的速斷保護(hù)，帶方向(不帶方向)的過(guò)流保護(hù)，低壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)，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(hù)種類(lèi)可根據(jù)實(shí)際情況方便地取舍，定值也能夠根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行修改。

    2.1.2測(cè)量功能

    電量的測(cè)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(fù)載小，可以測(cè)量回路的電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因  數(shù)、頻率，直接漢字顯示一次的實(shí)際值。

    2.1.3負(fù)荷監(jiān)控功能

    通過(guò)負(fù)荷定值，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷監(jiān)控。如遇到過(guò)負(fù)荷，裝置應(yīng)首先報(bào)警，報(bào)警時(shí)間大約為跳閘時(shí)間的1／12左右，報(bào)警后提醒值班人員減負(fù)荷，否則自動(dòng)跳閘。

    2.1.4控制功能

    斷路器分合控制應(yīng)設(shè)計(jì)有就地分合按鈕和站級(jí)測(cè)控主單元遙控按鈕，另外還應(yīng)該有指示斷路器分合狀態(tài)的標(biāo)志。

    2.2變壓器成套保護(hù)單元的功能設(shè)計(jì)原則

    2.2.1變壓器主保護(hù)功能設(shè)計(jì)

    ①差動(dòng)保護(hù)功能的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

    差動(dòng)速斷保護(hù)、比率差動(dòng)保護(hù)及二次諧波制動(dòng)保護(hù)，二次諧波制動(dòng)保護(hù)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到變壓器各側(cè)電流互感器變比不同，一般在軟件設(shè)計(jì)中考慮調(diào)整平衡的措施。

    ②瓦斯保護(hù)功能的設(shè)計(jì)

    瓦斯保護(hù)包括主變重瓦斯、主變輕瓦斯、調(diào)壓重瓦斯、調(diào)壓輕瓦斯保護(hù)。對(duì)于保護(hù)跳閘，應(yīng)采取強(qiáng)電直接跳閘，同時(shí)將信號(hào)采入CPU進(jìn)行處理，以便保護(hù)就地顯示及向監(jiān)控系統(tǒng)傳送。采用強(qiáng)電跳閘可以減少中間環(huán)節(jié)，確保非電量保護(hù)可靠跳閘。

    ③控制功能的設(shè)計(jì)

    變壓器控制單元應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)的手分手合，遙分遙合。

    2.2.2主變壓器后備保護(hù)功能的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

    ①二段復(fù)合電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)電流保護(hù)、低電壓?jiǎn)��?dòng)的過(guò)流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)及過(guò)負(fù)荷信號(hào)、過(guò)負(fù)荷閉鎖調(diào)壓、零序過(guò)流保護(hù)、零序過(guò)壓保護(hù)、零序電壓閉鎖零序電流、方向過(guò)電流保護(hù)和PT斷線閉鎖功能。

    ②變壓器后備單元的控制功能設(shè)計(jì)：應(yīng)完成主變壓器低壓側(cè)開(kāi)關(guān)的手分手合，遙分遙合。

    2.2.3變壓器測(cè)控功能的設(shè)計(jì)

    ①測(cè)量功能的設(shè)計(jì)應(yīng)測(cè)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(wú)功)，功率因數(shù)；

    頻率：f；主變壓器分接頭位置。

    ②變壓器成套保護(hù)單元的控制功能應(yīng)設(shè)計(jì)有以下功能：

    i)有載調(diào)壓自動(dòng)(手動(dòng))、就地(遠(yuǎn)方)控制。一般還應(yīng)設(shè)計(jì)有載調(diào)壓故障報(bào)警功能，當(dāng)主變過(guò)負(fù)荷時(shí)可閉鎖調(diào)壓。站級(jí)測(cè)控單元可對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行遙調(diào)。

    ii)主變壓器風(fēng)扇控制  風(fēng)扇啟動(dòng)命令發(fā)出數(shù)秒后，若風(fēng)扇拒動(dòng)則發(fā)通風(fēng)故障信號(hào)。

    2.3電容器保護(hù)遠(yuǎn)動(dòng)單元的設(shè)計(jì)

    2.3.1保護(hù)功能的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下內(nèi)容：

    速斷保護(hù)、定時(shí)限過(guò)流保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)及過(guò)電壓保護(hù)。

    2.3.2電容器測(cè)控功能的設(shè)計(jì)原則

    ①測(cè)量功能應(yīng)測(cè)量出以下輸入量：

    母線電壓、三相電流、無(wú)功功率和開(kāi)關(guān)量的開(kāi)合狀態(tài)。上述測(cè)量均應(yīng)設(shè)計(jì)直接顯示單元，并能夠傳給遠(yuǎn)方監(jiān)控單元進(jìn)行顯示。

    ②控制功能

    該單元應(yīng)設(shè)計(jì)有就地分合按鈕或接受站級(jí)測(cè)控單元遙控命令控制斷路器分合，及在站級(jí)控制單元的控制下完成變電站電壓無(wú)功綜合控制功能。

    2.4備用電源自投單元的功能設(shè)計(jì)

    2.4.1備自投功能的設(shè)計(jì)原則

    ①投入原則：可采用一主一備方式或進(jìn)線變壓器組方式進(jìn)行投入。但投入前都應(yīng)首先確認(rèn)不是PT斷線造成，經(jīng)延時(shí)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(yīng)設(shè)計(jì)有PT斷線閉鎖判據(jù)。若為PT斷線，可提供通過(guò)延時(shí)躲開(kāi)故障。

    ③測(cè)量功能設(shè)計(jì)原則要求能夠測(cè)量：

    電流：ia，ib，ic；

    電壓：輸入ua，ub，Uc,經(jīng)計(jì)算得到ua， ub，uc，un，uab，ubc，Uac，3U0以及P，Q，COSφ；各有關(guān)斷路器的分合狀態(tài)。

    ④控制功能應(yīng)實(shí)現(xiàn)手分手合、遙分遙合本進(jìn)線斷路器。

    2.4.2每個(gè)備投單元只完成本線路的測(cè)量，控制及備投邏輯功能，系統(tǒng)的備投功能的實(shí)現(xiàn)需在每一進(jìn)線裝備一備投單元，并要與分段單元通過(guò)聯(lián)動(dòng)完成。

    2.5分段保護(hù)控制單元功能設(shè)計(jì)原則

    2.5.1過(guò)流保護(hù)功能：當(dāng)A，B，c三相中任一相電流幅值大于整定值時(shí)，相應(yīng)定時(shí)器啟動(dòng)，保護(hù)動(dòng)作。

    2.5.2測(cè)量功能：能夠測(cè)量Ia，lb，lc及各有關(guān)斷路器的分合狀態(tài)。

    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(shè)計(jì)原則

    規(guī)程規(guī)定小電流系統(tǒng)當(dāng)單相接地后允許2h帶故障運(yùn)行，2h后要立即切除故障線路。本單元應(yīng)具有監(jiān)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(dāng)故障發(fā)生時(shí)，立即對(duì)uo、lo及其增量進(jìn)行分析判斷，并報(bào)出故障信息，同時(shí)將此信息傳給中央總控單元。

3、結(jié)論

    在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)嚴(yán)格地按照完整的技術(shù)規(guī)范向廠家提出要求，并應(yīng)盡量選擇在國(guó)內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的裝置及設(shè)備。努力實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的“四統(tǒng)一”功能，即統(tǒng)一設(shè)計(jì)思想、統(tǒng)一設(shè)計(jì)模式、統(tǒng)一功能要求、統(tǒng)一通信規(guī)約，是目前變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

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2.李亞波《變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)控功能實(shí)現(xiàn)探討[J]】》微計(jì)算機(jī)信息，l999，15(4)：50~52

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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