试谈综合自动化技术在牵引变电所的应用

试谈综合自动化技术在牵引变电所的应用

郑州供电段 蒲宥伯

摘 要 本文基于对目前牵引变电所逐步实现综合自动化改造的现状，从设计原则、特点、系统配置及结构、功能、技术指标等方面着手，对综合自动化技术进行分析和描述，具体到分散分层分布式系统的应用，并且对管理维护中存在的问题进行探讨，为今后牵引变电所综合自动化技术的发展提出建议。

关键词 牵引变电所 综合自动化 远动技术

在电力系统中，电力设备继电保护主要经历了电磁式、晶体管式、集成电路式、微机保护式4个阶段。牵引变电所综合自动化，就是广泛采用微机保护和微机远动技术，分别采集牵引变电所的模拟量、脉冲量、开关状态量及一些非电量信号，经过功能的重新组合，按照预定的程序和要求实现对牵引变电所的监视、测量、协调和控制，进而实现数据共享和资源共享，提高变电所的运行效益。近年来，随着智能化开关、一次运行设备在线检测、牵引变电所运行操作仿真、远程监控等技术的日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用和无人值守牵引变电所的进一步发展，对牵引变电所综合自动化系统也提出了高效运行、实时可靠的新要求。

新的牵引变电所综合自动化系统，利用组屏取代了常规的仪表屏柜以及一些中央信号装置，经过优化组合成为系统，节省了牵引变电所、控制室和配电室的占地面积，缩短了建设工期，提高了牵引变电所的自动化水平，减少了人为事故，保证了供电质量，有利于电网安全稳定运行，提高了企业的劳动生产率和经济效益。

本文主要对南自NDT 650牵引变电所综合自动化系统在110 kV/27.5 kV牵引变电所的应用情况进行分析。针对牵引变电所综合自动化系统的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面的技术要求，展开论述。 1 综合自动化技术应用 1.1 设计原则和特点

牵引变电所一期工程包括：牵引变压器2台，绕组电压等级为110 kV /27.5kV；27.5kV馈线4回；电容器组2 组；0.4 kV所用变2台。

在综合自动化系统设计过程中始终贯穿着充分保证可靠性这一原则，采用分散分层分布式模块化结构，保护、测量、控制、通信等各个模块之间既相互独立又相互联系。 1.2 系统结构

NDT 650牵引变电所综合自动化系统按功能由以下四个子系统构成：保护测控子系统，通信子系统，当地监控子系统，维护分析子系统。牵引变电所运行管理为无人值守方式。

变电所内局域网分层分布式系统(如附图所示)。

各装置优化组合：WBZ－65主变保护及测控装置、WXB－65馈线保护测控装置、WRZ－65电容保护及测控装置采用分别组屏方式，布置在二次设备室，其他智能设备可通过通信口接入监控系统。微机监控系统分为所内控制层和间隔级控制层，网络按双网配置。间隔级控制层设备配置双以太网接口，采集和处理后的数据信号，经双绞线传输到所内控制层。所内网络采用基于TCP/IP协议的自适应10/100 Mbit/s双以太网结构(A、B网)，应用层协议使用DL/T 667—1999标准。

系统通信能力：综合自动化系统具备双串口、双网络通信能力，系统配备相关通信接口及通信设备。监控系统与调度SCADA 系统能同时实现以串口方式及网络方式进行通信，选用的通信规约为DL/T634—5—101—2002、DL/T 634—5—104—2002。远动通道具备2路数字串口通信、2路数字模拟通信、2路网络通信。通道具有防雷、过压保护装置。同步方式为同步或异步可设置，与调度端通信方式为异步方式。 1.3 硬件配置

监控主机：用标准的、网络的、分布功能和系统化的开放式的硬件结构。测控装置面向对象设计，采用统一的硬件平台、统一的软件平台、统一的数据库管理。装置采用32位CPU和

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DSP 硬件平台，14 位以上高精度模数转换器，采用嵌入式实时操作系统。利用冗余硬件、自诊断和抗干扰等措施达到高可靠性。

操作员工作站、继保工程师工作站：系统配置一台操作员工作站兼作继保工程师站，能在正常和故障时，采集、处理各种二次装置信息，并充分利用这些信息为继电保护运行、管理服务，为分析、处理故障提供支持。

电源：系统所内控制层交流电源由在线式UPS 供电，其他交流电源由所用变交流系统提供，二次设备室的设备由牵引变电所直流系统110 V电源供电。

2 系统功能介绍 2.1 系统功能

系统具备较强的故障软化与容错能力，具有系统动态重构能力和一定的冗余措施，在任一单个硬件或软件失效时，能防止系统信息的丢失而影响系统主要功能。 2.2 微机保护及自动装置

WXB－65馈线保护测控装置：包括电流速断保护、谐波闭锁的过电流保护及后加速保护、过负荷保护、过热保护、失压保护、谐波闭锁的三段式阻抗保护、一次自动重合闸、PT断线闭锁、故障测距、故障再现等。能够上传保护定值、故障报告、动作信息、采样数据等，能够在线修改定值。

WRZ－65电容保护及测控装置：包括装设带有时限电流速断保护、定时限过流保护、零序过流、过压和欠压保护、不平衡电压保护、不平衡电流保护、温度保护、远方管理等功能。 WBZ－65主变保护及测控装置：主变压器保护装置由主保护、后备保护和本体非电量保护构成。主保护装置与后备保护装置相互独立，硬件上完全分开。主保护装设一套二次谐波制动原理的纵联差动保护；后备保护包括复合电压起动的过流保护、零序过流保护、间隙零序过流保护、零序过压保护、过负荷保护、主变有载调压控制系统、主变风扇控制系统；非电量保护包括重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油温超高保护。 2.3 微机监控系统的功能

（1）实时数据采集及处理功能

通过间隔层I/O单元进行实时数据的采集和处理。模拟量信息的采集采用交流采样方式，输入回路采用隔离变压器进行隔离。模拟量数据处理包括模拟数据的滤波、数据合理性检查、工程单位变换、数据变化及越限检测、精度及线性度测试、零漂校正、极性判别等。微机监控系统根据CT、PT的采集信号，计算每一个电气单元的电流、电压、有功、无功和功率因数及电度量等。

（2）限值监视和报警处理功能

多种限值、多种报警级别、多种告警方式(声响、语音)、告警闭锁和解除, 遥信变位次数统计、变位告警。报警处理分两种方式：一种是事故报警，包括非操作引起的开关跳闸和保护装置动作信号；另一种是预告报警，包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量越限／复限、间隔层单元的状态异常等。

（3）事件顺序记录和事故追忆功能

开关和保护信号的动作顺序以毫秒级进行记录，SOE 分辨率为2 ms。事故追忆能记录事故前1 min至事故后2 min全所的模拟量。

（4）控制功能

能通过当地或调度端微机的键盘、鼠标输入操作命令，对牵引变电所的控制对象进行操作，包括断路器和隔离开关的分合、PT并列信号复归等。为了防止误操作，在任何控制方式下都必须采用分步操作，即选择、校核、执行，并设置操作员口令。

（5）在线统计计算功能

具有统计计算和报表统计功能、用户自定义报表工具。根据采样的CT、PT实时数据计算每一电气单元的有功、无功功率，各相电流、电压，功率因数，变压器负荷率及损耗，所用电率，

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开关正常及事故跳闸次数，变压器的停用时间及次数等。

（6）与远方调度的信息交换功能

能正确接收、处理、执行牵引变电所SCADA 或供电调度的遥控命令，但同一时刻只能执行一个主站的控制命令。厂站号标志位不对应时不允许遥控。采用全双工通信方式，遥测越死区传送、遥信变位传送，电源定时冻结传送，遥控按“选择——返送——校核——执行”的程序运行，结构组态和处理参数由调度端下装。传送速率为300～9600 bit/s，可调，能传送模拟量、开关量和各种信号。

（7）系统的自诊断和自恢复功能

微机监控系统能够在线诊断系统的软件、硬件运行情况，一旦发现异常能发出报警信号。在微机监控系统诊断到软件运行出格时，能自动发出报警信号，并自动恢复正常运行，不丢失重要的数据，任何插件可带电插拔，而不会导致误动。

（8）管理和维护功能

维护人员可以通过工作站对该系统进行诊断、管理、维护、扩充等工作，能够用交互方式在线对数据库中的各个数据项进行修改和增删。还可以对计算机站控系统的各个设备进行状态检查。

（9）GPS同步对时功能

在牵引变电所内采用一套标准同步钟本体，在主控室集中组屏，天线安装在主控室屋顶。有与GPS的对时接口，GPS的对时精度为1 ms，其与系统内各装置的对时采用硬对时。

3 系统主要技术参数 频率:50 ±0.5 Hz

直流电压：110 V，允许偏差 ：－20%～+20%，波纹系数不大于5%

交流电压：220 V，允许偏差 ：－15%～+10%，波形畸变系数不大于5% 电流、电压误差：小于±0.2%

有功、无功计量误差：小于±0.5% 遥控准确率：100%

微机保护正确投入率：100%

4 存在问题

牵引变电所综合自动化显现出其优越性的同时，也有以下几个缺点： (1)在牵引变电所巡检操作人员操作设备过程中，在主控室操作后，又必须到现场查看并验证一次设备的实际位置，如果操作项目多的话，过程反复又浪费时间，自动化的程度还有待提高。假如操作人员在主控室或调度室就能查看一次设备的运行工况，则可减少操作人员的劳动力和时间。所以，未来的趋向将是在一次设备附近装设视频和声控系统，通过远动和通信系统进行数据采样和传输，运行操作人员在远方就能对设备的运行状况及状态变化情况了如指掌，同时又减少与高压设备危险接触的不定因素。

(2)微机保护装置插件容易损坏，比较典型的有电源板插件发热损坏导致保护失去作用，或通信监控主插件通信模块坏导致通信连接不上等，必须保证充足的维护抢修人员进行紧急抢修。

(3)该系统增加了继保工作人员作业量，继保工作人员作保护调试时，不仅要对保护核对信号，还要对后台、调度核对信号，大量繁杂的信号对点工作增加了巨大的作业量，而且只能在检修试验时可以核对信号，否则不会准确。

(4)运行维护人员技术培训不能及时跟上，部分人员计算机技术能力有待提高，只能进行简单分合闸操作，以及线路改命名等简单的数据库编译工作，遇到复杂问题仍需向厂家求助。

(5)未能引入先进的Web Server技术和防火墙技术，运行管理人员还不能通过Internet实现远程访问和维护。这项依托通信工程，综合考虑牵引变电所的调度通道问题，为运行和维护

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带来更大方便的技术，将是未来综合自动化系统的发展方向。

5 结束语

本文论述了牵引变电所综合自动化系统的特征、结构及其发展情况，接着论述了自动化技术应用、系统功能介绍、技术参数等情况，对存在的问题进行了探讨，对今后的发展趋势作了总结。牵引变电所综合自动化是一个系统工程，要实现全部数字化、自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，相信牵引变电所综合自动化系统在今后将会有进一步的发展。

参考文献：

[1]钱清泉.电气化铁道微机监控技术[M]. 北京：中国铁道出版社，2000. [2]张惠刚.变电站综合自动化原理与系统[M].北京：中国电力出版社，2004. [3]朱子坤.数字化变电站自动化系统[J].西北水电,2005(3).

二〇〇八年十月二十日

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