电力系统变电站自动化调试策略的研究与应用

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　　摘要:通过对变电站综合自动化系统的介绍,分析了变电站自动化系统的主要功能,以及变电站自动化系统中常用的通讯方式,提出了变电站自动化调试的目的、内容以及常见的故障,并对变电站自动化调试策略进行了分析,分析了远程电能量数据终端(ERTU)调试策略以及电压无功综合自动控粼系统调试策略,最后提出了自动化调试策略的应用。对实际调试工作有很强的指导作用。
　　关键词:变电站 自动化调试 策略
　　
　　1. 绪论
　　根据变电站自动化监测系统特点,变电站自动化的调试一般都要和对应的服务对象中的调试安装的工作协同起来开展。自动化中的监控系统服务对象往往与变电站内所有一、二次设备有联系;例如互感器、隔离开关、断路器、变压器等一次设备,小电流接地系统、所用交/直流系统、电度表、继电保护装置等二次设备。所以变电站的自动化的监控系统的调试工作经常被称为变电站系统的调试工作。站中设备异常情况会被自动化监控系统所反映出来,所以应保证变电站的自动化系统调试安装工作的顺利进行,这对保证电网的安全尤其是对新建的变电站的安全运行有重要的意义,其调试的结果会对投运后的安全经济运行产生直接的影响。可是,新建的变电站其自动化工程一般都人员配备紧张、工期短,并且自动化的调试过程也十分复杂,VQC策略及辅助上下限、通讯的稳定可靠性、遥控的成功率、遥信遥测的正确性及实时性等都需要实现在调试的过程当中,因而,有效性的调试策略应用非常的重要。
　　2.变电站综合自动化系统介绍
　　自从结构模式提出来之后,变电站综合自动化系统两大瓶颈的问题得到了解决(开放式变电站的综合信息的管理与不同协议IED并网),可以根据具体情况灵活配置自动化系统,来满足不同的类型变电站需求。如对于不同信息管理层中的网络操作系统,可以选择Novell网、UMX网和NT网,而且IBM05/2系统有可能经过网管设备来实现战备的多网并存。例如对信息管理层现场总线来说,可以选择ProFxaus、BITBus、LoNwoRKs、eAN、MooBus/Rtu等。另外,对于二次设备的控制层既可以选用基于单片机中的专用的保护设备,又可以选择通用可编程程序逻辑控制器(ProgramableLogicController,PLC)设备。
　　对变电站的综合系统的标准4层结构的划分,实际上是采用一种模块化功能设计的思想,软件和硬件都可做到通用化以及模块化。并且设计的思想分工明确、网络信息交换合理、设计思想结构简明清晰,根据各种类别的变电站中的一次接线,可以实现各种系统的配置,这是一种以信息管理与智能设备为核心的变电站的二次回路的优化整体设计方法。所要求的是对整个系统各设备遵循IS0、IEEE与IEC等有关的国际标准。二次设备的控制层通过接入全开放式总线网络,可以增减硬件、方便更换,还可以加强各个节点的独立性与自治性;信息管理层是通过工程师工作站、服务器等计算机来组成LAN,这方便和其它网络系统进行网络互联。由此可知,系统可靠性越高,开放性与可维护性就越好。
　　2.1变电站自动化系统主要功能
　　变电站自动化系统主要的功能有:
　　(1)微机的保护功能
　　包括母线保护、一次或多次重合闸功能、电容器保护、变压器保护、低周减载、备用电源自投等
　　(2)数据的采集
　　模拟量与采集状态量。
　　①模拟量的采集
　　采样各个进出线回路功率与电流值、各段的母线电压;电网相位和频率等电量的参数以及变压器的压力、瓦斯值以及温度等非电量的参数。目前多数电量的参数普遍采用交流采样在自动化系统当中,对电压互感器以及电流互感器所提供的参数进行直接的采集,常规的变送器的A/D变换的方式仅用于对非电量的参数进行采集。
　　②状态量的采集
　　包括变压器分接头位置、接地刀闸状态、隔离开关状态、断路器状态等,此类信号多数采用光电隔离的方式中的开关量中断的输入。采用双位置节点进行的采集对于一些关键的状态量,用00、11来表示两个状态,确保能准确的来反映短路器的位置,可以防止继电器的触点的抖动和失效所引发的状态的错误报告。
　　(3)对时间的记录以及故障的录波
　　事件的记录包括保护性的动作序列的记录,以及开关的跳合的记录,事件的分辨率一般为1――3ms,可以存放100个时间的记录顺序。一旦出现故障,像短路的故障,可以把故障的前100ms与故障后的波形,便于事故的分析。
　　(4)设置一些远方的整定的保定值
　　对于一些保护装置,可以设置一些保护的定值,可以方便的显示并能根据需要实时进行切换。
　　(5)操作与控制
　　可以对变压器进行分接头的调控,对隔离的开关的合与分进行实时控制,还可对断路器以及电容器组进行调换。
　　通过一些后台的监控系统发出的命令进行远程的控制,这些可以在变电站内或者远方的调控中心来实现,还可在操作面板上进行控制,确保系统能高效灵活的工作。对于一些复杂的变电站,操作与控制还需包含防误与闭锁的功能。
　　(6)电容器的自动调控、电压的自动调控以及备用电源的自动投入
　　电容器可以自动的切换通过电压和功率因子的自控变压器。如果主电源失效,可以自动投入备用的电源。
　　(7)和远程调控中心互相通信
　　可以将采集的状态量实时送往远程调控中心,方便装置的远程调控,接受远程调控中心所发来的一些指令。一旦有紧急情况,可以时刻向调控中心汇报。还能将其他的继电保护信息送往调控中心,从而方便的接收一些修改指令。
　　一些专用的通道、光纤、微波以及电力载波都可以作为传送的通道。由通信的方式和通信的通道来决定通信的波特率。
　　(8)数据统计以及记录
　　整点数据日报表、每日峰值以及谷值、输电线的功率、电压等数据被系统所采集,主要是一些脉冲量、状态量以及数字量等,对这些进行一些处理,并送往监控系统的调控中心,对这些数据进行操作控制以及进行修改和对记录的归档等操作。需要对所监控的一些数据进行一段时间的保存在后台机上面。
　　(9)人机通信功能
　　无论变电站有无人值班,都可以对系统进行实时的监控,有人时可以在当地的后台机上进行操作,无人时可以砸远方的调控中心进行远程的调控,通信界面主要是屏幕以及键盘和鼠标等,能实现如下功能:
　　可以通过屏幕上面所显示的信息把画面中的一些表格通过打印的方式记录下来。屏幕上面所显示的数据主要有:日运行报表、保护整定值、系统的配置和工作情况、负荷曲线、报警画面、潮流信息、开关状态、主接线图以及一些其它的表格和画面等。不但能保护断路器和隔离开关的操作、变压器的分接头的位置控制,还能进行远程调控。
　　2.2变电站自动化常见的通信方式
　　变电站的自动化系统通常采用的接口有以太网数据以及串行数据的接口等。
　　串行数据的接口:标准RS232/ RS422/ RS485接口,采用的波特率是19.2kbp或者以下,能支持多种软件解码、开放的以及通用的协议,一旦发现现场有变化,接口上面的数据能在半秒钟内进行修改,通常所采用的方式是事件触发方式。
　　以太网数据的接口:100Mbps/10Mbps自适应IE802.3以太网的接口,支持TCP/IP的接口,支持软件解码、开放的以及通用的协议,一旦发现现场有变化,接口上面的数据能在本秒钟内节能型修改,通常采用事件或查询触发的方式进行通信,互联系统接口协议转换必须的软件以及硬件设备功能。
　　(1)RS485串行接口优缺点:
　　优点:成本低、技术过关、接线方便,比较常用的一种连接方式,协议可以由双方根据需要协商制定,大多基于MODBusRTU协议,采用逐个扫描的方式对底层子设备进行扫描,通常是500ms的查询周期,可以满足多数通讯的需求。

　　缺点:速率比较普通,通常为9.6kbps,随着子站的设备增加,会影响实时性,最多不要超过32个。
　　本系统比较适合在要求较低成本的变电站自动化场合,并会持续很长一段时间。
　　(2)以太网接口的优点以及缺点
　　优点:成本低、技术过关、接线方便,比较常用的一种连接方式,协议可以由双方根据需要协商制定,大多基于MODBusRTU协议,采用逐个扫描的方式对底层子设备进行扫描,通常是500ms的查询周期,可以满足多数通讯的需求。
　　缺点:硬件的成本比较高,如果各个节点都自持以太网,可能需要对网络的地址进行适当的分配,技术上实现起来比较麻烦,如果子站节点不知处以太网,则将需要一个网关。
　　3.变电站自动化的调试的内容、目的与常见的故障
　　3.1调试的目的
　　变电站的自动化调试的目的是检验各变电站无人值班自动化系统的各部分(信息传输系统、调控信息处理系统以及自动化中断装置),包括各部分控制对象的计量及其控制、各种参数的测量、自动装置动作的信号、继电保护以及位置状态信号灯有关信息是否正确,运行是否能正常,规约是否能一直,设备间的连接是否是正确的,以及各功能能否达到技术指标的具体要求。加入不能满足要求,应该找出问题出在哪里,并进行即使得故障排除,最终需要让系统达到正常的工作状态,满足技术的要求。
　　3.2调试的内容
　　变电站自动化系统调试的内容主要是指针对系统所包含的设备进行的安装调试的工作,包括GPS卫星时钟、网络交换机、网络设备、后台计算机、以及二次电缆和通讯线等的调试安装工作,哈包括装置参数的设置以及数据库和内部的监控系统软件等方面工作。
　　调试的内容主要有调度的联调和本体的调试。
　　本体的调试包括电压的无功综合控制系统调试、电量的采集系统调试、遥控的调试、遥测数据的调试、遥信信息的调试、测控通讯的调试等。
　　与调度的联调包括调度遥控功能调试、上传遥测数据的调试、上传遥信信息的调试以及通道的调试等。
　　3.3经常性的调试困难与故障
　　由于多方面的原因,像厂家过多,中间的环节比较多,调试的内容比较复杂,在安装变电站调试过程当中会造成如下的困难:
　　(1)在本体的调试当中,由于中间的环节多,出现遥测、遥信等故障之后,找到故障的点比较困难,这样就把很多的时间和精力都花费在故障的排除上面在调试的过程中。
　　(2)变电站与调度是联系密切的,变电站需要变电站与调度端之间相互配合才能顺利进各项数据的采集,上报,调度等各项命令工作。因而,在联调的过程当中会出现很多问题(上传遥测的故障,上传遥信的故障),这些需要双方相互的配合,才能解决缺一不可。如果主站与厂站人员都认为自己系统没问题,互相让对方检查问题的所在,这样会浪费很多的精力与时间。
　　(3)小电流和直流等设备厂家比较多,并且多数有自己的通讯的规约,不同的规约各式带来了通讯的调试相当困难。这些自动化的厂家针对这些智能的装置通常都用编程的方式实现各自的通讯,此种做法非常浪费精力与浪费时间。
　　(4)电压无功自动控制系统调试的结果对整个变电站稳定运行及其重要。如果调试结果不对,就会引发电容器的反复投切,档位的重复性升降以及异常的区域会出现不动作等缺陷,电力系统的安全运行会受到严重的影响。影响调试结果的主要受辅助上下限的影响,调试的难点在于设置辅助的上下限。
　　4.自动化调试的策略
　　4.1 远程数据调试策略
　　作为计费计量自动化系统重要组成之一的电能的数据终端,是一种中间设备,介于费率装置以及计量主站当中,主要用来完成数据的采集与处理以及存储和转发功能。
　　4.2 电压综合自动控制系统的调试策略
　　后台VQC能对系统的运行模式以及一次接线的方式进行自动的识别,且根据系统工况和运行方式,采取相应优化措施,满足无功电压的制定范围,另外其闭锁的功能,能够保证系统的安全运行,用户能根据需要配置相应的信号,还可以对电容器进行投切顺序的控制。
　　通常采用十七域图的控制策略来对电压进行无功的控制,也就是一无功作为横轴,电压作为纵轴来构建平面直角坐标系,且对每一个象限进行不同的控制,这些是对110kv的变电站来说的,这就是所说的十七区图。相对于九区图来说,添加了八个辅助的区块,主要是清除震荡控制的情形。在系统的调控当中,都有标准的策略可以参考,加入上下限设置不合理,即便用十七域图控制策略,照样会出现震荡控制的现象,所以,最关键的一部是要先对辅助的上下限进行合理的设置在调试的过程当中。
　　5.调试策略的应用
　　变电站中自动装置以及智能装置安装完毕,参数的设置完毕,终端装置的通信规约的选定,调控数据库以及自动化控制系统的建立,等设置都已完毕之后,就能通过自动变电站系统进行联调和系统的无人值班调试工作。
　　通过在实践中应用自动化的调试策略,可以很快发现故障并进行排除,并可以为一些调试人员提供良好的比较可行且有效的方法指导。
　　5.1 调试策略在变电站中应用的效果
　　(1)本体的调试过程:
　　①当只进行调档的控制时,主变既发生急停的动作又发生调档的动作。可以采用本体的调试中的遥控的故障调试的策略,能够先排除二次回路故障的可能性,并发现装置收到的只是自动化系统的调档的命令,不用急停,说明数据库是正确的,问题在于装置的测控上面,此时可以检查参数的设置,可以发现时间的判断设置比较短,从而导致了测控装置在调档是提前判断主变滑档,所以本身发出急停的命令。随着延时判断的时间的延长,故障就得到了排除
　　②当监控装置的装置告警的信号不能被系统及时收到时,可以采用本体调试当中遥信故障调试的策略,就能马上发现总控上面还没收到遥信位报文,说明测控装置存在问题,把测控装置的CPU板重新换上一个之后,故障就被排除了。
　　(2)调度联调的过程
　　①当调度端开关的位置不对时,通常采用调度联调的上送遥信的调试策略,通过检测上传的报文,可以很快发现远动的总控早就发出遥信上传报文,所以问题确定故障出现在调度端,可以明确的告知变电站端已经正确的上传,可以开始调度端的检查。假如不采用此调试的策略,就很难得知变电站端有无问题所存在,从而会浪费大量的时间来检查变电站端,这些都是一些无用的工作。
　　②当SOE信息错误,而调度端事故总信号COS信息却没有错误时,可以采用调度的联调上送遥信过的故障调试的策略,通过检查上传的报文,可以发现变电站远动总控的确只是发送COS变位报文给了调度端,而没有发送SOE报文,所以可以判断问题是在变电站端出现的,通过检查上传的数据库发现没有选中事故总信号中的SOE是否上传,所以在选中后,故障就被排除了。
　　③当在区调系统的通讯不能正常进行时,通过采用调度的联调的上传通讯的故障调试的策略,能够很快发现调度两台前置机的控制权问题,自动化系统的不稳定,所以就会出现此故障。
　　在自动化调试的策略当中,vQc系统调试的策略、ERTu调试的策略以及遥控故障调试的策略在本体的调试中相当的重要。之所以如此重要,是因为VQC、遥控以及ERTU在系统中地位非常重要,还因为此三者如果没采用以上的调试策略,故障的排除就会很难排除。
　　6.结语
　　通过提出的地理系统变电站的自动化的调试的策略,并对调试过程中容易出现的一些故障进行排除,调试主要分为调度联调和本体的调试阶段两个阶段,并进行了进一步的细分,
　　并对细分之后工作中所发生的故障进行了相应的调试的策略,有很强的学习指导的作用。此自动调试策略如果应用到新建110kv的变电站自动化工程当中,就会取得很好的效果,此调试的策略对110kv变电站来说相当的适合,对220kv及其以上的变电站来讲,策略尚不齐全。
　　
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