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无人值班变电所的监控方式与效果电力工业部西北电力设计院邢若海【关镇词】变电所无人值班综合自动化SCADARTU微机保护1改革变电所值班及其监控方式的必要性我国新建的变电所每年以成百上千的数量递增，如果仍按常规方式建设和运行，各变电所的占地与建筑物面积较大、配套设施较多，从而增大了变电所的建设投资和运行费用，还要为每座变电所配备一整套值班与维护人员，由此而增大了人员工资、福利与培训等项开支，但变电所并不因有人而提高了安全经济的运行水平。鉴于上述原因，国外许多国家早在50年代就开始推广无人值班变电所或将有值班人员的变电所改造为无人值班，尽管当时监控自动化技术水平还不高，但通过完善变电所的一次及二次设施、消除主设备缺陷，并由调度所或集控站对变电所实施遥控及组织集中维护检修等措施达到了无人值班的目的。例如美国、德国的一些电力公司的变电所早已全部无人值班，意大利、法国等国也有90％以上的变电所实现了无人值班，其中包括22kV至154kV电压的供电与配电变电所，以及220kV、380kV、500kV甚至更高等级电压的枢纽变电所与穿越变电所。在这些变电所中，普遍实现了自动化及远动，有一些还采用了综合自动化技术。我国从60年代开始就陆续做过一些试点，以80年代为新的起点，积极推广了无人值班变电所，从建设到运行都取得了可喜的成果。2变电所无人值班的主要措施2．l简化电气主结线（1）在高压侧（35kV－110kV）可广泛采用线路——变压器组结线；由两条或三条输电线引出的分支线接入变电所时，可采用双T或三T接线、内（外）桥接线，以及人工接地刀闸的接线方式，只在进线更多的情况下才使用单母线分段。（2）在低压侧（35kV－10kV）由于馈线较多，因此一般采用单母线分段。2．2采用新型电器减少占地采用气体断路器、真空断路器、组合式开关柜、密封式变压器，在条件许可的情况下，使用干式变压器，甚至箱式变电所，减少占地并提高变电所运行的安全可靠性。2．3选用先进的电源设施选用免维护的密封蓄电池组或镍镉电池以及UPS装置，以减小蓄电池室，不建调酸及通风室，提高操作及监控电源的可靠性。2．4简化变电所建筑物（1）不设专门的主控制室，在配电屏室或综合自动化设备室内只留出临时来站人员工作的场地。（2）不建修配间、器材贮藏室、宿舍、警卫室、食堂及浴室，可建临时来站人员的休息小间。（3）简化上下水系统，排水沟可兼作事故排油。（4）不设专用的集油器，集油可用空油桶代替。（5）不设永久性水消防建筑设施，根据变电所的实际需要建全水喷洒灭火系统、气体灭火与报警系统，采取防火隔墙及分体变压器等措施来改善消防条件。2．5确定监控方式（1）集控站派员去所完成定期或不定期的操作及维护检修，在非正常情况下，无人值班变电所只向集控站发一个故障召唤总信号，通知集控站或值班人员，一般采用常规二次线及继电保护装置，在这类变电所中操作不频繁，负荷稳定正常时很少倒闸操作任务。（2）集控站或相应调度所实现遥控及集中维护管理，变电所内通常亦采用常规的二次线及继电保护。按集控站或调度所要求实现遥控、遥调及发送遥测遥信等各项，远动功能则通过RTU实现。（3）相应调度所或集控站实现遥控，但变电所内采用包括远动、微机监控及微机保护在内的综合自动化系统。由于配套使用了交流来样微机变送器，不再为远动或当地设置专用的变送器，因而可节省一大笔投资。对于新建的110kV及35kV变电所，一般皆应按无人值班方式建设，并优先采用综合自动化系统；对新建的220kV及以上电压等级的变电所则无论其有无人值班，皆宜采用综合自动化系统。对于已有的110kV及35kV变电所，在改造为无人值班运行方式时，主要采用常规保护及二次线并实现各项运动功能，即实现无人值班遥控；对于部分操作不频繁、设备少容量小以及许多供农业用电的变电所，可以投无人值班遥控的方式实施，也可按只向集控站发送召唤总信号的方式；已有的200kV及以上的变电所则主要采用常规保护及二次线加远动的方式，有条件的变电所，可以采用微机保护、微机监控及微机远动组成的所谓“微”方式，但这类已有的变电所，尤其大容量、多级电压、多回出线的变电所，完整地按照综合自动化系统来进行改造，困难则是较多的。3无人值班变电所的综合自动化监控系统在上述的几种监控方式中，为保证新建无人值班变电所的安全经济运行，无疑采用综合自动化系统，其性能价格比最高、可用性最好，和常规变电所中RTU及二次线监控设施不同之处，在于综合自动化系统是在全面采用微机技术的基础上，对变电所内分散的所有二次设备，即包括各种继电保护装置，控制与信号、测量与记录、远动与变送器等装置实现统一设计。将其中除继电保护以外的二次设备改由所内SCADA系统来取代，而继电保护则全部微机化并和所内SCADA系统统一接口设计，RTU的功能当然也包括在SCADA系统之中，从而形成了一种完全可以取代传统二次设备的变电所综合自动化监控系统。由于所内SCADA系统中保存了变电所电气结线全部历史与实时信息，因此可以校核由集控站或调度中心发送来的操作命令的正确性，有效地保证了遥控或遥调操作的可靠执行，并可将变电所的继电保护与安全自动装置的运行工况及其动作信息，由变电所SCADA采集后传送至主站，使集控站或调度中心能即时得到更多和更需要的历史与实时数据信息。3．l综合自动化系统的基本结构特点随着网络技术与单片微机技术以及位总线技术的迅速发展，变电所综合自动化系统采用分布式系统结构变成了现实。分布式结构的综合自动化系统的特点是采用多个单片机形成各功能单元，按分布式智能模块结构组成一个统一的、集变电所的测控、保护、远动、通信等功能于一体的、硬软件资源共享的综合自动化系统。针对不同的变电所、新建或改建的变电所，按照变电所设备组成单元（例如出线回路、母线、主变等）的方式，可以在分布式结构的基本前提下采取不同措施。（1）分布式电缆连网结构这种方式的特点是将数据采集测控单元和保护单元就地装在主变及断路器等主设备柜内或其它一次设备附近，将他们通过电缆成光缆连入主机网络，从而形成一个综合自动化监控系统。其结构示意图见图1。这种方式的优点是测控与保护对象各单元直接与主机网络连接，因此节省了电缆，避免了传送信息时的电磁干扰；又由于除了主机网络需用的柜（屏）外，不再增设专用的柜（屏）。这种方式比较适合已有的变电所，尤其适用于220kV及以上电压已有待改建的变电所，这是由于他们的高压高设备单元较多、较分散，已有主控制室空余地位也不多；对于未采用组合与密封设备的变电所，包括110kV及以下的这类大型变电所，在改建或新建时也都可以考虑采用这种方式，为提高可靠性，主机可以配置双机并按双工方式运行。（2）分布式集中屏（柜）结构本方式的特点是将数据采集测控单元、继电保护安全自动装置单元和主机网络单元全部集中装在一起（变电所的主控室或配电屏室），但与各被测、被控、被保护单元的当地接口（如PT、CT开关接点等）间，需用电缆连接，因此电缆的使用量相对于上述方案要多一些，在防止电磁干扰方面需要采取可靠措施，这种方式的优点在于主机及各功能员（柜）集中安装，便于设计与维护管理，对于35kV及110kV电压级的中小型变电所，尤其选用组合设备的无人值班变电所，高压设备比较集中、变电所占用的场地不大，各单元至集中配电屏室的距离相对较短，增多的电缆量也有限，因此新建和改建的这类变电所可以彩这种方式来构成综合自动化系统。系统结构示意图见图2。主机亦可使用双机双工方式配置。在上述两种结构方式中，由于技术和专业管理上的要求，继电保护在系统中保持相对的独立，但统一按系统设计的要求使用微机保护的装置或模块，在相应安装单元中与SCADA系统可靠接口通信，重要的保护实现双重化，并在实施中尽量减少信息电缆及信号转接。3．2综合自动化系统的功能变电所综合自动化系统的主要功能包括：变电所的安全监控、远动、微机保护、故障动态记录、电压及无功控制、低频减载及自诊断等。3．2．1安全监控变电所的安全监控功能就是通常所说的SCADA功能，主要包括数据采集、安全监视、事件顺序记录、电能量计算、开关操作、微机保护的接口通信等。（l）数据的采集、处理与显示采集实时数据和设备状态，并通过当地及在调度主站的显示器显示数据及画面。使用微机交流采样采集工频模拟量；用继电器接点方式采集各类开关状态量。（2）安全监视被采集的模拟量、状态量、继电保护、信息中的被测量越限、被监控对象随机状态变化、保护装置动作、设备运行异常时，能及时在当地和调度主站产生音响或语音报警、推出报警画面、显示异常区域，为当地及主站调度人员提供处理故障所需的全部信息。（3）事件顺序记录当变电所发生故障时，即对被监控对象状态变化的时间按顺序进行记录、存贮，并向主站传送，事件顺序记录分辨率一般小于5ms，电网中的高压大型变电所，由于其设备较多，影响面广，因此其事件分辨率要求达到1ms或更小的水平。（4）电能量计算实现以进线及馈线采集的电能量实现分时统计，在旁路代送时，可自动实现电能量的累加。（5）开关操作可实现对断路器、隔离开关跳台闸的当地操作和遥控操作；对变压器调压分接头的当地控制和遥调控制。对这些操作控制告应采取防误措施，因检修需要，应保留手动直接跳合闸的手段。（6）微机保护的接口通信由变电所SCADA系统向微机保护装置发出对时、召唤数据等命令，传送新的保护整定值；微机保护装置向SCADA系统报告保护动作的有关数据（例如动作时间、动作性质、实际的保护定值和动作项目等），微机保护响应召唤命令返回实时整定值及修改整定值后的返回信息等。3．2．2远动已往远动作为调度自动化的组成部分，在变电所内装设RTU远动终端及其配套的变送器等远动设施，用以实现各项远动功能。在变电所建立综合自动化系统后，实际上增强了远动功能，即不仅能实现通常有遥测、遥信、遥控、遥调、事件记录远传等功能，还具有对继电保护定值实现主站远方监视、切换或修改、故障动态记录与故障测距远传等功能。综合自动化系统具有多个远方接口功能必要时可按主站通信规约实现非常规的数据通信，总之，变电所综合自动化系统对调度自动化系统，就象系统中一台高性能的RTU一样。3．2．3微机保护现代的微机保护几乎可以满足变电所运行中所有继电保护的要求，即微机保护可以实现以下功能。（1）线路保护：符合通用标准并满足用户要求，对220kV以上线路只负责跳闸、不设重合闸，由断路器控制单元独立实现自动重合闸；对220kV线路保护按规定和要求实现双重化；对110kV线路保护，一般为相间和零序定时限与反时限电流保护，亦可按要求同时配置相间及接地距离保护，第一段带可调时延；对10kV、35kV线路保护，除设相间定时限与反时限过流保护外，还要配置灵敏的选择性接地保护，其中零序突变量有功功率继电器用于消弧线圈接地系统；零序突变量无功功率继电器则用于不接地系统。对于35kV至220kV线路按规定和要求实现三相或按相自动重合闸。（2）母线保护：符合通用标准并满足用户要求，对各级电压母线，一般实现母线差动保护，现阶段一般采用常规母差保护装置。（3）主变压器保护：通常主变保护要求实现气体保护、差动保护和各电压侧后备保护。一般采用利用二次谐波制动的电流差动保护。（4）电容器保护：一般实现过压与欠压保护，过流保护及电流差动保护。（5）其它保护；例如实现针对同期调相机的保护、电气化铁道的谐波保护等。3．2．4故障动态记录故障动态记录用以对变电所的线路、主变、母线等运行设备在电网发生故障时，实现对有关参数及状态的故障动态录波及数据记录，供变电所当地及主站存档调用，并能发出异常警报信号。对于220kV的运行单元应设置双重化的两套故障动态记录设备；对110kV、35kV及10kV则由微机保护兼作故障动态记录，只完成短期暂存，不取出时，则在存满后，按先进先出原则继续实现暂存。3．2．5电压及无功功率的自动控制为提高供电质量和节能节电，自动统计电压合格率，按照电压水平及变压器功率因素所确定的系统高峰与低谷水平的要求，实现对有载调压变压器分接头和并联补偿电容器组的综合调节和控制，保证电压合格率和优化无