变电站综合自动化系统的问题分析

目前变电站综合自动化得到了迅速的发展，尤其是随着电力系统“达标创一流”的实施，全国已经有许多变电站实现了综合自动化，其中一些220 kV变电站、110 kV变电站的设备已经具备了无人值守的条件。 　　下面对变电站综合自动化系统的具体内容作以介绍；对建设综合自动化变电站存在的问题加以分析；对下一步的继续发展进行探讨。 1　变电站综合自动化系统的基本内容 　　变电站综合自动化系统的基本内容包括：继电保护、故障录波、“五防”闭锁、测控系统、通信系统五部分组成。 　　继电保护包括线路保护、变压器保护、电容器保护等。线路保护部分设有启动元件、零序电流元件、零序方向元件、距离元件、振荡闭锁元件、TV断线报警、 TA断线报警、控制回路断线报警及自动重合闸；变压器保护由差动保护、复合电压闭锁过流保护、零序过电流保护、零序过电压保护、过负荷保护及TV断线保护几部分组成；电容器保护由过电流保护、不平衡电流保护、过电压保护、低电压保护及不平衡电压保护几部分组成。 　　故障录波主要是记录故障前后的电压、电流的动态变化过程及开关量的状态。在管理计算机系统中，设有专家系统，可提供标准的操作票，利用计算机进行操作的硬闭锁。还可以利用专家系统方便、直观地进行反事故演习，而不会影响其他功能的正常运行。综合自动化的变电站除了实现就地测控外，还设有比较完备的远动系统。远动系统的“四遥”要求在综合自动化的变电站中得到具体体现，无人值守的变电站更是如此。测控系统的主要内容是开关控制、变压器调压、补偿电容器调压、低频减载、变电站的参数采集。经过通信联网使变电站 实现了与调度系统的信息传递，从而完成“四遥”功能。 2　变电站继电保护与综合自动化 　　变电站继电保护的安装位置与以往相比发生了很大的变化，基本上考虑2种方式：①就地安装；②集中安装。有的变电站只考虑一种方式，有的则2种方式全用。作为一般的设计，10 kV线路保护安装到开关柜上，变压器以及高压线路保护则集中于控制室，继电保护装置经过通信线路与管理计算机联网。这种考虑主要是由于10 kV开关柜一般为户内安装，变压器以及高压线路开关为户外安装的缘故。微机技术的发展，即单片机技术的应用使保护独立于管理机之外，并与管理机建立通信联系成为可能，如此，继电保护并没有成为以大型计算机为中心的内部的一部分。继电保护作为综合自动化系统的一部分，在结构、功能上相互独立，在管理上相互通信的模式为人们所接受。继电保护不仅是综合自动化系统的一部分，而且是 独立于综合自动化系统的一部分，这种设计对整个系统的可靠性无疑是非常必要的。 3　综合自动化变电站采用的新成果 　　一些新技术、新工艺、新设备以及新的科研成果，已经陆续应用到变电站综合自动化系统中。 　　3.1　小电流接地选线 　　由于微机型小电流接地选线装置陆续投入使用，这些产品因为在硬件上进行了严格的筛选，在结构上采取了一系列的抗干扰措施，在软件上设置了自检程序，设置了防止误动的检测环节等，使小电流接地故障选线保护基本达到了动作无误的程度。 　　3.2　机卡保护 　　机卡保护是防止开关拒动时烧毁继电器触点的一种保护。据统计，在低压系统中由于开关机构的质量问题，烧毁跳闸继电器触点的事情是常见的，引用了机卡保护后，彻底解决了继电器被烧毁的问题。 　　3.3　直流接地选线装置 　　由于变电站直流系统的接线很复杂，运行中的直流系统接地现象时有发生，近几年有比较成功的直流接地选线装置投入运行，基本上实现了不拉路选线的愿望，提高了变电站运行的可靠性。 　　3.4　时钟校对系统 　　变电站的微机型保护及自动装置中均设有事件的记录功能，并利用装置内部的时钟来记录故障等事件相关的参数，以便按顺序进行追忆，记录的时间分年、月、日、时、分、秒、毫秒、微秒，作为一套装置如此设置是无可挑剔的，但是对于变电站与调度管理系统，由于各自内部时钟误差的存在，日积月累，偏差难免会过大，采用了时钟校对措施以后，事件的时间就会彻底统一起来。 4　综合自动化变电站的运行与管理的特点 　　综合自动化变电站的管理与常规变电站管理相比有许多特点，分析如下。 　　4.1　网络管理系统 　　变电站的网络管理系统简图见图1。变电站利用管理单元完成数据的传送，完成变电站内有关单元的管理、检测，完成有关操作、查询，当变电站内的有关单元出现异常后自动报警，当被保护的设备出现故障后完成故障前后的录波打印。管理单元在很大程度上代替了运行过程中的巡回检查，只是比人工检查更及时、迅速、准确，但是对于某些特殊的情况尚不能代替人工检查，至于有关单元的异常处理仍然需要人来完成。 　　　4.2　实现了与调度自动化系统的联网 　　常用的变电站与调度自动化系统的联网方式见图2。变电站实现了与调度自动化系统的联网以后，为变电站实现遥测、遥调、遥信、遥控提供了条件，为无人值守提供了条件。调度部 门可以通过调度自动化系统对各变电站进行监视或操作。 　　4.3　操作特点 　　综合自动化变电站正常的断路器、隔离开关操作采用手动或自动方式均可实现，对于无人值守的变电站的倒闸操作则以远方为主，这主要看设备的配置，例如负荷开关若能实现远方操作的，一般情况下无须到就地操作，但是诸如接地开关的操作只能到就地进行。只能在就地进行的操作，综合自动化也无能为力，一般的配置仍须操作人员到现场，对停电后所做的验电、挂接地线等措施也不是综合自动化所能代替的。在这种情况下，对于有人值班的变电站由值班人员办理，对于无人值班的变电站则需派操作队前往办理。 　　4.4　设备异常及事故的特点 　　与一般的变电站相比综合自动化变电站由于自动化系统、远动系统的设备庞大、机构复杂，设备的异常及事故所带来的麻烦明显增多，据某些供电局统计约占 30%以上，因此在同样的情况下，综合自动化变电站的问题要比一般的变电站多。无人值班变电站的事故处理显然要比有人值班的变电站更加繁琐。 　　 5　变电站综合自动化发展的趋势 　　5.1　变电站综合自动化的优点 　　综合自动化变电站有许多优越性，它的出现加强了信息的传递，方便了许多方面的工作。例如MPS—4000变电站综合自动化系统有如下优点： 　　（1）简化了二次设备的硬件配置。由于二次设备所采集的数据可以通过通信总线使各部分共享，如此其采样部分、数据处理部分对于每一个参量来说，只需要采集一次就可以满足不同功能的数据要求。综合自动化变电站可以省去专用的故障录波器、专用的控制信号屏以及专用的中央信号屏。 　　（2）简化了二次设备的连线。将变电站的线路、变压器、电容器等一次设备的所有的二次功能集中到一个或几个机箱内部，不同的二次设备之间的联系可用总线来实现，从而省去了二次设备之间的电缆连接。 　　（3）简化了设备的调试。由于硬件的模块化、采样值的数字化，使得出厂调试及运行维护调试简单了许多。 　　（4）方便了一次事故处理。设备的自检功能使设备本身出现异常时能够及时报警；设备的故障录波功能使系统出现故障时能够记录故障时的参数及事件，以便分析处理。 　　5.2　变电站综合自动化尚存在的问题 　　（1）设计的规范很难统一。尽管国家电力公司、各省电力部门对变电站综合自动化系统的设计、设备的性能指标等都做了统一的规定，但是设备生产厂家的元件筛选、硬件配置、电路结构、制造工艺、软件程序却差别很大，这些差别导致了设备的寿命、性能、抗干扰能力以及管理与维护等相差甚远。 　　（2）设备的一次性投资太高。虽然综合自动化变电站节省了连线，方便了安装施工，简化了调试，但是继电保护、通信系统、集中控制、远动系统等现代化设备产品的造价都比较高，因此，综合自动化变电站设备的一次性投资高于常规的变电站。例如一个变电容量相同的110 kV综合自动化变电站，自动化设备部分的投资比常规变电站设备的一次投资高1倍多；通常，一个一般的220 kV变电站的自动化部分大约是150万元以上。 　　（3）设备依然需要定期维护。到目前为止，几乎所有的变电站综合自动化系统，没有一家产品是免维护的，在现场对设备异常的处理也只有针对情况更换插件或更换元件，更进一步的分析及更深入的检查处理往往是请厂家帮助解决。 　　（4）误动的问题依然存在。有一个110 kV变电站的一条35 kV线路在一天内曾经误动跳闸24次，最后检查原因是保护元件的温度特性变坏，电流采样值在运行过程中向高处漂移，直到达到过流保护的定值后过流保护动作跳闸为止。虽然这种现象并不多见，但如此的可靠性仍是令人担忧的。 　　（5）设备的操作与事故处理比较烦琐。有些地区对于无人值守变电站的一般操作仍然由“操作队”到就地进行，以避免远方操作出现异常时不能及时处理。另外变电站综合自动化设备一旦出现了故障，即使是微小的故障也必须派人到现场。 　　（6）设备的寿命有限。变电站综合自动化设备的寿命一般只有15年左右，运行寿命到期以后只能更换新的产品。 　　（7）远动设备监视不足。目前，变电站综合自动化主要在处理速度、容量、精度以及事件记录的分辨率等方面得到了提高，但是远动终端、变电站综合自动化本身的自检及输入输出板的运行状态监视却没有得到发展，例如UPS电源的检测，远动终端自检信息的检测等功能并没有完善。这些功能的完善尚需认识与实践的过程，涉及到生产厂家改进设备、增加远动设备的自检信息及电力系统远动规约的修订。 　　5.3　变电站综合自动化得以发展的因素 　　近十几年来电力系统的自动化程度发展很快，从调度自动化、变电站自动化、配电自动化、城网自动化到农网自动化等，众多的自动化纷纷涌现出来。变电站综合自动化的发展也有它的历史原因，分析如下： 　　（1）电网发展的需要。变电站综合自动化有一定的优势，为了电网整体自动化水平的提高，为了与电网调度自动化的配套等应该发展一定规模的变电站综合自动化系统。 　　（2）创一流工作的需要。国家电力公司在一流的企业标准中，明确规定了综合自动化变电站的比例，因此那些争创一流的企业必须按规定完成综合自动化变电站的指标。 　　（3）减人增效的需要。据统计，有的地区供电局在不到10年的时间内变电站的数量增加了一倍，变电容量翻了一翻，但是生产管理人员不但没有增加，反而有所减少，在这种情况下要完成年度的生产任务，要完成检修任务必须大力发展高度自动化系统，以减少设备维护、调试的工作量，同时减轻工作人员的负担。 　　由此可见，变电站综合自动化的发展既有主观上的愿望，又有客观上的需求。值得重视的是 生产部门应该充实一线的力量，减轻生产人员的劳动强度，提高工作效率，保证工作质量。 　　5.4　必须控制变电站综合自动化的发展规模 　　高度综合自动化的变电站、无人值守的变电站的数量必须控制在一定的比例以内，使其既满足主网综合自动化的需求，又考虑到中国的国情，考虑到国家整体的经济实力，考虑到国家的人口因素。中国的人口问题极为突出，电力作为国民经济一大支柱的部门不可能回避，各部门应该适量地吸收人员，以减轻社会的就业压力。一方面综合自动化变电站的建设投资费用太高，同时自动化设备的平均寿命太短，另一方面高度发达的自动化设备与人争饭碗的问题，在发达国家的发展过程中曾经出现过，作为宏观调控的部门应该把好第一关，以免重蹈覆辙。　变电站综合自动化的发展应统筹考虑，区别对待，宏观上解决好以下问题。 （1）偏远地区。对于值班人员的生存、生活有困难的变电站，可以考虑变电站综合自动化的问题，若条件允许可以做到无人值守的程度。 　　（2）枢纽变电站。对于枢纽变电站应考虑比较先进的综合自动化配置，但是枢纽变电站应该是有人值班的管理，无人值守不可取。 　　（3）一般变电站。对于一般变电站，应该根据设计的原则，根据实际的情况适当考虑保护 、自动、远动、通信等，即达到所谓的半自动化水平或半自动化以下水平。 　　只要在宏观上解决好上述问题，变电站综合自动化系统的发展是会令人满意的。这样既 能看到现代水平的象征，又能顾全大局，考虑到与其他行业的配套发展。 6　参考文献 　　1　赵钦增.关于增加远动及相关设备信息的建议.电网技术，2001（3）