某变电站综合自动化系统设计研究

[摘 要]随着计算机技术的迅速发展,变电站的计算机化进程越来越快,变电站计算机监控已成为当今电气自动化领域的发展趋势,其发展势头方兴未艾。本文探讨了某变电站综合自动化系统设计,通过实际工程案例,实现了变电站综合自动化系统的工程应用,取得了较好的应用效果。

[关键词]变电站;综合自动化系统;设计

[中图分类号]TM63 [文献标识码]A [文章编号]1005-6432(2010)28-0068-02

1 变电站综合自动化的目标

变电站综合自动化系统的目的是满足企业生产用电的可靠性。控制水平的目标是采用变电站综合自动化系统,实现变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置采用微机保护装置,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,通过网络实现数据共享、资源共享。变电站运行管理实现自动化,包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化,变电站发生故障时能即时提供故障分析报告等,达到国内较先进的控制水平。

2 综合自动化设备清单

采用某电网自动化公司的DSA系列保护监控产品。在变电站控制室内安装3面控制屏,屏内设备为35kV系统的进线、变压器、母联设备的保护、监控设备以及总控单元。6kV系统的线路、电动机等回路的监控设备安装在开关柜仪表室内,通信网选用的是CAN网。

DSA系列变电站保护监控一体化系统是南瑞集团针对中低压变电站,推出的一套技术性能适合中低压变电站建设与改造的变电站综合自动化系统。该系统在硬件设计、软件设计、用户接口、变电站信息共享、通信接口等方面作了一些优化处理,在技术经济综合指标方面具有极强的竞争力。

DSA系列变电站保护监控一体化系统采用分层分布式结构设计,支持集中配置,分散配置,局部分散配置三种不同的配置方案。

DSA系列变电站保护监控一体化系统分为三个层次:间隔层,完成对现场一次设备采集及控制;通信层,完成对整个变电站智能设备的互联;当地管理层,完成对整个变电站的信息分类、管理、存储。

DSA系列变电站保护监控一体化系统严格考虑电磁兼容性及抗干扰措施,增强了系统的可靠性;CAN网络的应用,保证了分布式多CPU系统在数据传输时的实时性,具有双机冗余配置的通信单元,设有多个标准接口,通信规约可在线配置,实现和多个智能设备的连接;完善的综合自动化监控系统使调度端可对变电站进行远方监控,对微机保护装置进行修改定值、投入或闭锁保护功能、信号复归等操作。

间隔层的保护测控一体化装置采用可编程逻辑电路和Intel 80296为主CPU,通信可以采用单以太网、双以太网或双CAN现场总线的方式,在网络结构、通信、数据库和软件二次开发等方面具有良好的开放性;通信层使用标准的接口和协议,并支持多种通信规约,便于第三方智能电气设备的接入。

硬件结构单元化,全密封,单元内各模件安装在独立的金属腔体内,自检和冗余措施完善,抗干扰性能好;14位AD模数转换,24点/周波采样,提高了保护精度、灵敏度;人机接口由大屏幕液晶显示器和按键组成,信息显示汉化。

软件面向控制对象开放式设计,实现了模块化,可查询CPU状态及保护的中间过程;保护动作信息及预告信息可由单元遥信上送,提高动作及返回信息的实时性,交流量、开关量录波功能,录波波形就地显示及后台软件分析相结合:保护定值在多区域相对独立的E2PROM/DSRAM中存放,自动互相校验,自行修复,避免运行中定值缺损或丢失。

装置的保护功能全面,满足电力系统不同设备保护测控要求,主要有分段保护测控装置,馈线保护测控装置,接地变、所用变保护测控装置,旁路保护测控装置,线路保护测控装置,电容器保护测控装置,电动机保护测控装置,变压器差动保护装置,主变后备保护装置,变压器本体保护操作装置,接地选线及电压并列装置,进线及桥自适应备自投装置,分段备自投装置等。

装置的电磁兼容性能满足:

高频电气干扰:通过IEC255-22-IMHz脉冲群干扰试验及GB6162 100kHz脉冲干扰试验。

静电放电:通过IEC255-22-2中严酷等级为III级的静电放电试验。

辐射电磁场干扰:通过GB/T14598-1996规定的严酷等级为III级的辐射电磁场干扰试验。

快速瞬变干扰:通过IEC255-22-4标准规定的Ⅳ级(4kV±10%)快速瞬变干扰试验。

3 系统结构设计

综合自动化系统采用分散(层)分布式结构,见图1所示。以电气单元为配置对象。各装置相对独立,某一装置故障不影响其他装置运行,测控及通信网故障不影响保护功能运行。6kV间隔层设备布置在开关柜仪表室内。35kV间隔层设备、主变压器保护控制、所级监控设备集中组屏,布置在控制室内。

4 通信总线的选择

分散(层)分布式布置变电站自动化系统是由测量、控制和保护等智能单元构成的一个有机整体,在整个变电站中分散安装,需要现场设备和后台监控系统的通信能力较强,又能在强电磁干扰环境中可靠的工作。

4.1 变电站内的信息传输内容

分层分布式结构的变电站综合自动化系统,需要传输的信息有:

(1)现场一次设备与间隔层间的信息。间隔层设备需要从现场一次设备的电压和电流互感器采集正常和事故情况下的电压和电流值;采集设备的状态信息和故障诊断信息,主要有:断路器、隔离开关、变压器的分接头位置、断路器操作信息等。

(2)间隔层的信息交换。在一个间隔层内部相关的功能模块间,有继电保护和控制、监视、测量之间的数据交换。不同间隔层之间的数据交换,有主、后备继电保护工作状态、相关保护动作闭锁等信息的交换。

(3)间隔层与变电站的信息。变电站综合自动化监控系统的信息全部由间隔层采集,发送到监控管理机,这些信息包括:正常及事故情况下的测量值和计算值,断路器状态,保护操作等测量和状态信息;断路器的分、合闸命令,自动装置的投入与退出等操作信息;微机保护和自动装置的参数信息等。

4.2 通信总线的选用

本工程采用了CAN(Controller Area Network)总线。CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络,通信速率可达1 Mb/s的多主总线。具有优先抢占方式进行总线仲裁的作用机理,错误帧可自动重发,永久故障可自动隔离,不影响整个网络正常工作,可靠性高,而且协议简单,开放性强,组网灵活,成本较低,能为电力自动化提供开放的、全分布及可互操作的通信平台的优势。

CAN总线主要特点

①良好的实时性

CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点都可根据总线访问优先权(取决于报文标识符)采用无损结构的逐位仲裁的竞争方式向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进行编码,这可使不同的节点同时接收到相同的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余结构,提高系统的可靠性和灵活性。

②良好的传输防错能力

CAN采用短帧结构,数据帧中的数据最多为8个字节,这样不仅满足了控制领域中传送控制命令、工作状态和测量数据的一般要求,而且保证了通信的实时性。CAN网络上的节点信息分为不同等级,可满足不同的实时要求。高优先级的数据可在134us内得到传输。

③非破坏性总线仲裁技术

CAN总线采用非破坏性总线仲裁技术,当多个节点同时发送信息时,优先级较低的节点会主动退出发送,而高优先级的节点可不受影响地传输数据。CAN的直接通信距离最远可达10 km(速率5 Kb/s以下);通信速率最高可达1Mb/s(通信距离40 m以下)。

CAN节点在自身发生严重错误的情况下具有自动关闭功能,从而保证网络上其他节点的操作不受影响。

CAN总线用在间隔层到变电站层的数据通信,见图2所示通信总线网络图。间隔层的测控设备留有485口,既可以保证数据通信的质量和距离,又方便于测控设备微控制器的开发。在微控制器中加载适当的数据收发和转化程序,实现RS—485/CAN的转换。所内共有2个CAN总线,分别为6kV配电系统I段和Ⅱ段,每个CAN总线的通信节点数为25个。

5 抗电磁干扰的措施

变电站内的电磁兼容是指电气、电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能,它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备的正常工作,在共同的电磁环境下执行各自功能。