【传统变电所自动化系统改造】电气自动化的考研科目

时间：2019-05-01 03:30:30　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：目前，传统变电所仍使用老式设备，这些设备普遍采用电磁型机构，继电器采样精度差，功能匮乏，动作可靠性、灵敏性都相对较低。文章重点从变电所自动系统的现状着手进行了分析，阐述了系统改造的必要性，并给出了系统改造技术方案。
　　关键词：变电站；自动化系统；二次控制设备；标准协议
　　中图分类号：TM764 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）13-0103-03
　　1变电所自动化系统改造的必要性
　　1.1传统变电所的弊端
　　目前企业中仍旧存在大量使用老式设备的传统变电所，这些变电所内的设备无论一次还是二次设备，普遍采用的还是电磁型机构，继电器采样精度差，功能匮乏，动作可靠性、灵敏性都相对较低。这些因素直接或者间接地导致整个变电所运行可靠性下降，企业生产能力增强，必然增加负荷用电量，传统变电所的工作模式，早已不能适应生产运行的需求。问题归纳如下：
　　第一，变电所一次、二次设备为传统机械式、电磁式机构，功能简单，可靠性、灵敏性差，不具备微机运算功能。
　　第二，传统变电所由于设备功能局限，无法对设备运行的遥测、遥信、遥控等信息实时采集，更谈不上通过微机运算处理，对系统运行做出实时、准确的自动调节，只能依靠人工巡检、抄表、分析做出决定，工作效率低下。
　　第三，企业为了适应市场需求，必须不断地发展壮大自己，这必然导致企业电力系统不断扩大，电网结构也更加复杂，面对如此庞大、复杂的用电系统，传统变电所的运行控制模式根本无法满足要求，结果必然导致系统故障频发，对企业生产造成严重的安全威胁。
　　第四，传统设备材料技术工艺差，多数已经超年限使用，老化严重，各部件易受到周围环境的影响，出现误差，造成设备精度下降，从而增加故障几率和人员工作量。
　　1.2变电站实现自动化系统的优点
　　第一，设备具备微机运算、处理功能，能够对采集的遥测、遥信、遥控等参数按照系统运行要求自动进行运算、处理、存储、传输等工作，从本质上改变传统变电所设备简单、原始的工作模式。
　　第二，由于采用先进的计算机控制系统，关键部件采用技术先进的大型集成电路模块，设备采集精度、运算速度、可靠性、灵敏性等都非常高，提高了设备运行的可靠性。
　　第三，采用微机控制系统后，通过编程，可以实现各种复杂的控制、保护功能，这有利于运行人员采用灵活多样的方式来解决各种实际问题。而这种功能对于传统变电所来说是难以实现的。
　　第四，实现无人值守变电所。
　　1.3变电所自动化系统的发展前景
　　目前变电所自动化系统发展并非完全实现“数字化”，同时按照IEC61850的设计构想，变电所自动化结构应严格按照中央控制层、网络层、间隔层来划分，技术还不够成熟，间隔层设备还不能达到IEC61850标准的要求，普遍存在一侧设备不具备间隔层控制功能的现象。具体包括以下几点：
　　（1）设备的控制模式由集中控制向分散控制过度；（2）微机运算功能更加强大；（3）实现网络化，数据共享；（4）各国各类标准趋于统一。
　　2变电所自动化系统的改造
　　在分析了传统变电所存在的种种弊端后，为了提高变电所综合运行管理水平，目前传统变电所进行全面升级改造势在必行，要从软件、硬件等方面全面提升变电所的自动化监控能力，只有变电所的运行、控制水平才能和企业生产发展相匹配，才不会成为制约企业发展的瓶颈。
　　2.1升级改造应遵循的原则
　　第一，二次控制设备，在改造后，原有的传统电磁式、磁电式继电器应能够被具有运算、处理功能的微机综合保护控制继电器所取代。
　　第二，按照IEC61850标准，改造后的变电所应具备三层控制系统，间隔层设备的功能应具备独立性，必要时可以和中央控制层完全脱离。
　　第三，间隔层设备应具备向中央控制层传输遥测、遥信、遥控信息的功能，必要时，能够通过网络实时对保护各项参数进行修改。
　　第四，改造后的变电所完全实现无人值守。
　　第五，变电所往往处于电磁干扰大、灰尘大、温差大的恶劣环境，自动化设备必须能够适应现场环境，具有良好的抗干扰能力。
　　第六，按照IEC61850标准的要求，三层设备必须具备可扩展的能力。
　　2.2系统改造方案
　　2.2.1自动化系统结构
　　IEC61850标准时时目前最为先进、完整的变电所自动化标准，其功能非常强大，涉及的面也很广，但由于其过于复杂，且使用时间较短，造成很多变电所自动化设备生产厂家的设备不完全支持该标准，其统一性还没有得到全面的执行，各个厂家多仍按照自己的标准研发、生产设备，如果在变电所自动化系统改造过程中，选用IEC61850标准，那么设备之间的通信就必须通过加装专门的协议转换设备才能完成，这不仅增加了成本，还加大了故障隐患几率，不便于维护管理，因此，在改造的过程中，不采用IEC61850标准，而使用目前在变电所自动化系统中使用较为成熟的IEC103标准。IEC103标准是国际通用标准，运行时间长，使用技术成熟，各类设备厂家设备均支持该标准，使用维护都极为方便。因此，决定选用IEC103标准作为变电所自动化系统改造的标准协议。
　　选定IEC103标准作为系统改造的标准协议，那么按照标准要求，变电所内的设备必须按照站控层、间隔层、过程层三层模式进行构建。站控层相当于中央控制层，由数据服务器、通信服务器、数据发布服务器等设备组成，具体负责按照程序设计要求，对现场设备的遥测、遥信、遥控信息进行运算、处理，做出反馈应答，并按照事先编制好的程序进行命令的下达，从而实现优化系统运行结构、排除系统故障点的功能。间隔层由微机综合保护控制继电器、可变程序控制器、变频器等组成，负责对底层设备的事实遥测、遥信信息进行采集、汇总，同时，间隔层设备也具备对这些信息进行运算、处理的能力，要求能够独立控制保护底层设备，在脱离站空层的情况下，也能独立完成各项控制、保护功能。过程层由各类传感器、变换器组成，诸如电子式互感器、电磁式互感器、光纤传感装置以及现场的底层一侧设备。
　　总体的结构确定后，为了保证系统在运行过程中安全可靠，将站控层、间隔层设备尽可能地采用双机双网冗余的模式构成。而各层之间的通信，为了减小现场各种干扰源的干扰，采用光缆作为通信介质。系统的具体结构图1所示：
　　2.2.2多个变电所整体网络结构
　　企业中的变电所一般有多座，中央变电所、分变电所按照生产装置的分布而分布在不同的地点，虽然地域有差异，但变电所之间存在电气负荷的联系，变电所自身出现的问题不仅仅影响变电所内部设备，还会波及到相关的其他变电所，因此，变电站自动化系统是一个全局整体的系统，将中央变电所、分变电所运行的实时数据共享、汇总后进行统一的运算、处理，只有这样，变电所自动化系统才能算完善，因此，有必要对整体进行变电所自动化系统改造。图2是构建多座变电所自动化系统网络结构图，图中采用三层网络交换机实现虚拟局域网（VLAN）技术对整体网络进行优化配置，以实现系统整体管理。具体结构如图2所示：
　　3结论
　　通过对传统变电所进行自动化系统改造后，从根本上改变了变电所的运行、控制方式，由原来的人工手动机械式控制，改变为无人值守微机自动控制，实现了本质的飞跃，从整体上提高了变电所的安全供电可靠性，大幅度提高了供电质量，提高人员工作效率，为企业的不断发展壮大提供强有力的动力保障。
　　
　　参考文献
　　[1]张惠刚．变电站综合自动化原理与系统[M]．中国电力出版社，2004．
　　[2]光纤传感技术．上海华魏光纤传感技术有限公司技术介绍资料，2009．
　　[3]张晋宝．电力系统中的光缆线路自动监测技术[J]．电力建设，2005，（5）．
　　[4]吴功宜．计算机网络[M]．清华大学出版社，2003．
　　
　　作者简介：张宁（1984-），男，甘肃兰州人，中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司助理工程师，研究方向：继电保护；夏豫泉（1983-），男（回族），北京人，中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司继电保护电工中级工，研究方向：继电保护。
　　
　　（责任编辑：刘艳）

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