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兩改后帶來的新問題及對(duì)策
兩改后帶來的新問題及對(duì)策 摘 要 介紹了220 kV長(zhǎng)安變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，分散式測(cè)控單元的組屏方式，自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，控制方式以及VQC調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式。最后指出了該自動(dòng)化系統(tǒng)值得磋商與改進(jìn)的方面。 關(guān)鍵詞 變電站 自動(dòng)化系統(tǒng) 構(gòu)成特點(diǎn) 隨著數(shù)字式微機(jī)保護(hù)、監(jiān)控技術(shù)和遠(yuǎn)動(dòng)通訊技術(shù)的廣泛普及應(yīng)用，電力系統(tǒng)變電站的自動(dòng)化水平發(fā)生了根本性變革。變電站綜合自動(dòng)化作為一種新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)階段已被國內(nèi)110 kV電壓等級(jí)新建變電站廣泛采用，并在實(shí)踐中不斷改進(jìn)，已發(fā)展成為一種成熟的技術(shù)。220 kV東莞長(zhǎng)安變電站正是在這種技術(shù)背景的支持下采用了變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)而取代常規(guī)變電站二次系統(tǒng)。 1 工程概況 220 kV東莞長(zhǎng)安變電站(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)安站)，遠(yuǎn)景共6回220 kV線路，8回110 kV線路，3臺(tái)180 MVA三卷變壓器，24回10 kV線路，12組10 kV補(bǔ)償電容器。 本期規(guī)模為4回220 kV線路，2回至沙角電廠，另2回分別至深圳的西鄉(xiāng)站，公明站。6回110 kV出線，2臺(tái)180 MVA三卷變壓器，220 kV、110 kV均采用雙母線帶旁路主接線。 無論從其規(guī)模，還是系統(tǒng)中的位置看，長(zhǎng)安站均屬于220 kV大型樞紐變電站，在系統(tǒng)中具有十分重要的地位。 2 自動(dòng)化系統(tǒng)配置的重要原則 由于長(zhǎng)安站處于系統(tǒng)主電源(沙角電廠)與重負(fù)荷區(qū)域之間，而長(zhǎng)安站自身就處于用電負(fù)荷中心，因此，本站二次自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須保證的首要目標(biāo)就是系統(tǒng)的安全可靠性。任何在系統(tǒng)的安全可靠性設(shè)計(jì)方面的疏忽、不足、給系統(tǒng)帶來的潛在隱患都可能對(duì)供電造成重大損失。為有效提高自動(dòng)化系統(tǒng)的安全可靠性而從以下幾方面給予保證。 2.1 保證保護(hù)裝置的完全獨(dú)立性 保護(hù)配置按保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)程配置要求面向?qū)ο螵?dú)立設(shè)置，所有間隔單元保護(hù)完全獨(dú)立，互不牽連。保護(hù)裝置的動(dòng)作條件僅由保護(hù)裝置自身判斷，而不依賴于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在任何時(shí)候的物理狀態(tài)。簡(jiǎn)而言之，即使監(jiān)控計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完全癱瘓，也不致影響保護(hù)裝置正確動(dòng)作。保護(hù)與監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)系僅是在保護(hù)動(dòng)作后向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送保護(hù)動(dòng)作信息。 2.2 面向?qū)ο蟮姆稚⒎植际綔y(cè)控單元 盡管監(jiān)控系統(tǒng)在二次系統(tǒng)中的重要性次于保護(hù)裝置，但監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性仍對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行具有極重要的意義。因此，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性亦提出了極高的要求。 眾所周知，任何一個(gè)裝置，其功能集成化程度越高，硬件相對(duì)功能成本越低，但其一旦故障所帶來的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)卻越大。為有效降低系統(tǒng)中某元件故障給系統(tǒng)帶來的影響，而采用分散分布式測(cè)控單元。從10 kV饋線至220 kV線路間隔，每一個(gè)間隔配置1個(gè)測(cè)控單元，該測(cè)控單元僅完成本間隔的遙測(cè)、遙信、遙控功能，各測(cè)控單元通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系。任一個(gè)測(cè)控單元故障或異常僅影響本間隔的數(shù)據(jù)采集與信息傳輸，而不影響其它單元和整個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的正常工作，從而將硬件故障的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)化解到最小。 同時(shí)，由于采用面向?qū)ο蟮姆稚⒎植寂渲玫臏y(cè)控單元，亦增加了系統(tǒng)硬件配置的靈活性。當(dāng)變電站一次系統(tǒng)擴(kuò)建時(shí)，僅需增加相應(yīng)的測(cè)控單元，擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫即可，而不影響已在線運(yùn)行的監(jiān)控系統(tǒng)正常工作。 3 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 本站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)基本型式為分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從層次結(jié)構(gòu)看，基本有3層：間隔層、網(wǎng)絡(luò)通訊管理層、站級(jí)層。 間隔層由所有分散式測(cè)控單元、保護(hù)裝置通訊接口以及保護(hù)通訊管理機(jī)、電度表通訊接口以及電度表通訊管理機(jī)和上述設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)通訊線組成。間隔層面向控制對(duì)象，起數(shù)據(jù)采集、處理、控制輸出等作用。事實(shí)上，間隔層可視作監(jiān)控系統(tǒng)與監(jiān)控對(duì)象的界面接口。 通訊管理層由裝于總控柜上的2臺(tái)通訊管理單元構(gòu)成，起著全站自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊樞紐作用，接收各子網(wǎng)送來的信息，并根據(jù)后臺(tái)當(dāng)?shù)刂髡�、五防工作站、繼保工程師站、以及遠(yuǎn)動(dòng)接口的要求發(fā)送信息，接收上述各工作站和遠(yuǎn)方調(diào)度中心下達(dá)的控制指令至指定的受控單元。由于該通訊管理單元起著承上啟下，管理全站信息通訊的作用，在監(jiān)控系統(tǒng)中的地位顯然至關(guān)重要，其故障或異常將導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)通訊的癱瘓。因此，該通訊管理單元成為監(jiān)控系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)最集中的環(huán)節(jié)，任何其它環(huán)節(jié)故障的影響都是局部的、有限的，而通訊管理單元的影響卻是整體的、全面的。任何一個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不論元器件的篩選如何嚴(yán)格，均必須考慮到任一元件均有故障或異常的可能性。我們必須考慮到一旦當(dāng)這種可能性成為現(xiàn)實(shí)時(shí)，系統(tǒng)的應(yīng)變措施以及該影響帶來的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的可接受程度。 顯然，通訊管理單元故障帶來的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)如無法及時(shí)消除，則該風(fēng)險(xiǎn)是不可接受的。為此，本自動(dòng)化系統(tǒng)配置2臺(tái)通訊管理單元，采用雙機(jī)互為熱備用自動(dòng)切換的工作方式。正常運(yùn)行時(shí)A機(jī)工作，B機(jī)備用，當(dāng)A機(jī)故障，B機(jī)自動(dòng)切換為工作狀態(tài)，而一旦A機(jī)恢復(fù)正常，又切換到A機(jī)工作，B機(jī)恢復(fù)熱備用。對(duì)切換過程中通訊的短時(shí)(約10 s)中斷，由于不致影響到一次系統(tǒng)的安全運(yùn)行，不影響所有繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行，故這種監(jiān)控系統(tǒng)的短時(shí)中斷的風(fēng)險(xiǎn)是可以接受的。而對(duì)于2臺(tái)通訊管理單元同時(shí)故障的可能性不予考慮。 站級(jí)層由2臺(tái)監(jiān)控主站和1臺(tái)繼保工程師站組成，各工作站直接接于通訊管理單元。監(jiān)控主站除具有取代常規(guī)控制、信號(hào)屏的作用外，還具有VQC——電壓無功、主變有載調(diào)壓開關(guān)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制功能，微機(jī)五防功能。正常運(yùn)行時(shí)，1臺(tái)置為后臺(tái)監(jiān)控主站，1臺(tái)置為專用五防工作站——專門作為全站隔離開關(guān)、接地刀防誤操作用。當(dāng)一臺(tái)監(jiān)控工作站異常退出運(yùn)行，另一臺(tái)監(jiān)控工作站則同時(shí)完成兩臺(tái)監(jiān)控主站的任務(wù)。 由于繼保管理工作較之常規(guī)監(jiān)控功能在技術(shù)管理方面具有明確的分工與獨(dú)立性，故對(duì)全站的繼電保護(hù)裝置的管理設(shè)置1臺(tái)獨(dú)立的保護(hù)工程師站。該工作站記錄全站所有數(shù)字式保護(hù)的動(dòng)作行為，結(jié)合專用分析軟件對(duì)繼電保護(hù)和電網(wǎng)故障進(jìn)行故障分析，對(duì)各保護(hù)裝置進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，定值修改。更具實(shí)用意義的是該繼保工程師站接入1個(gè)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器，使該繼保工程師站延伸到任何有電話的地方。 110 kV、220 kV以及主變測(cè)控單元采用DISA-910S測(cè)控裝置，分散裝于與操作箱同屏的保護(hù)屏上。各DISA-910S同時(shí)還具備同期合閘功能，省去了專用的集中同期裝置，減化了二次接線。所有DISA-910S通過雙CAN BUS網(wǎng)接入總控柜通訊管理單元，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線。 10 kV部分采用DISA-920測(cè)控單元，因10 kV開關(guān)柜距總控柜通訊管理機(jī)較遠(yuǎn)，其通訊介質(zhì)采用光纖一對(duì)一星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)直接接入總控柜上光纖管理單元再與通訊管理單元連接，該測(cè)控單元同保護(hù)裝置并排裝于10 kV開關(guān)柜上。 110 kV、220 kV線路保護(hù)，主變壓器保護(hù)采用南瑞保護(hù)公司產(chǎn)品，其所有保護(hù)裝置通過其串行接口接入CM-90保護(hù)通訊管理機(jī)，CM-90再以串口接入總控柜通訊管理單元。 而10 kV線路、電容器保護(hù)以及110 kV、220 kV母差保護(hù)采用南瑞深圳公司產(chǎn)品。10 kV線路、電容器保護(hù)信息采用屏蔽雙絞線CAN BUS網(wǎng)接入與之配套的ISA-100保護(hù)通訊管理機(jī)，110 kV、220 kV母差保護(hù)則通過串口接入ISA-100保護(hù)通訊管理機(jī)，ISA-100再通過串口接入總控柜通訊管理單元。 本站所有電度表采用數(shù)字式電度表，這些數(shù)字式電度表通過其自身RS-485接口連接接入與之配套的電能計(jì)量通訊管理機(jī)，再以串口接入總控柜通訊管理單元，傳送相應(yīng)的電度信息，以取代傳統(tǒng)的電度脈沖采集方式。 綜上所述，由于本站采用二次設(shè)備廠家種類較多，因此整個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較龐雜，每一廠家的數(shù)字設(shè)備的通訊均通過其自己開發(fā)的通訊管理機(jī)再與主網(wǎng)(通訊管理單元)相連。 4 遠(yuǎn)動(dòng)接口 4個(gè)遠(yuǎn)動(dòng)接口，2個(gè)對(duì)省中調(diào)，2個(gè)對(duì)市地調(diào)，同時(shí)發(fā)送各自所需之遠(yuǎn)動(dòng)信息。為提高信息傳輸可靠性，采取在調(diào)度端進(jìn)行通道切換，選取工作通道。對(duì)省中調(diào)僅發(fā)送其所需的遙測(cè)、遙信信號(hào)，省中調(diào)不對(duì)站內(nèi)設(shè)備進(jìn)行遙控操作。市地調(diào)不僅接受變電站發(fā)送的遙測(cè)、遙信信息，而且在變電站控制方式置于遙控操作時(shí)，由地調(diào)中心對(duì)變電站10 kV以上斷路器、主變壓器中性點(diǎn)地刀、主變壓器有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行遙控操作。 5 控制方式 所有10 kV以上電壓等級(jí)斷路器和主變中性點(diǎn)地刀均可實(shí)現(xiàn)遙控操作和在站內(nèi)監(jiān)控主站上鍵盤操作，由于本站將全面按無人值班方式運(yùn)行，因此將以地調(diào)遙控操作作為正常運(yùn)行時(shí)的控制方式。考慮到極端情況下全站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)全面癱瘓，無法在地調(diào)中心或監(jiān)控主站上進(jìn)行控制操作，而在保護(hù)屏上設(shè)置了跳合閘操作方式選擇開關(guān)和控制按鈕�？稍诒Ｗo(hù)屏上選擇就地操作功能，通過DISA-910S(110 kV以上電壓等級(jí)斷路器)實(shí)現(xiàn)同期合閘，當(dāng)DISA-910S故障不能工作時(shí)，可選擇就地操作中的非同期合閘功能，直接通過按鈕對(duì)斷路器分、合閘操作。 10 kV開關(guān)柜上保護(hù)裝置亦有實(shí)現(xiàn)就地分、合閘操作的按鈕。 6 VQC的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)方式 常規(guī)220 kV變電站VQC調(diào)節(jié)采用1套專用的VQC調(diào)節(jié)裝置，對(duì)于1個(gè)有3臺(tái)主變的220 kV變電站，為判斷各主變間同步并列運(yùn)行在不同運(yùn)行方式下的同步并列條件，將需采集大量與之相關(guān)的開關(guān)、隔離刀位置信號(hào)予以判斷。如果采用專用裝置，這些信號(hào)必將重復(fù)采集，致使二次回路接線復(fù)雜，調(diào)節(jié)軟件的修改也有一定的局限性。鑒于這些因素，我們要求采用后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)來完成VQC調(diào)節(jié)，不僅簡(jiǎn)化了二次接線，而且軟件修改亦極為方便。 7 值得磋商與改進(jìn)的方面 盡管長(zhǎng)安站設(shè)計(jì)與設(shè)備選型是先進(jìn)的、合理的，所有的設(shè)備與集成方式代表了目前國內(nèi)先進(jìn)水平，但以發(fā)展的眼光看仍有不少值得磋商與改進(jìn)的方面。 7.1 在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面 正如前面提到的，本站所有的信息通訊均由處于中樞地位的通訊管理機(jī)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)通訊管理機(jī)還要完成部分?jǐn)?shù)據(jù)處理功能。一旦通訊管理機(jī)故障，所有信息傳送將會(huì)中斷，盡管采用了雙機(jī)熱備用的切換方式來保證通訊的可靠性，但這種方式仍顯不足。也許取消通訊管理單元層，直接采用局域網(wǎng)的通訊方式，增設(shè)直接接于局域網(wǎng)的遠(yuǎn)動(dòng)工作站將有助于網(wǎng)絡(luò)可靠性的提高。 7.2 110 kV線路保護(hù)增設(shè)按周減載功能 對(duì)于常規(guī)220 kV變電站，110 kV線路、10 kV線路均可能被設(shè)置為按周減載解除點(diǎn)，一般數(shù)字式10 kV饋線保護(hù)均具有按周減載功能。本站選用ISA系列10 kV饋線保護(hù)亦有此功能，但110 kV線路保護(hù)卻無按周減載功能，為此增加了1面按周減載屏，專用于110 kV線路按周減載，這不僅增加了投資，也增加了二次接線的復(fù)雜性�，F(xiàn)部分廠家生產(chǎn)的110 kV微機(jī)保護(hù)已具有按周減載功能。 7.3 故障錄波功能 現(xiàn)有110 kV、220 kV微機(jī)線路保護(hù)具有簡(jiǎn)單的故障錄波功能，但由于硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)方面的原因，仍不能達(dá)到專用故障錄波器的性能指標(biāo)和功能要求。故此，本站專門配置了3臺(tái)專用故障錄波屏，同樣增加了投資和二次接線的復(fù)雜化。隨著變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)在220 kV等級(jí)變電站的不斷應(yīng)用和行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)，此問題必將引起制造廠的足夠重視。
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