变电站综合自动化技术

hansenyao

近几年来，随着计算机技术、通讯技术、控制技术以及系统集成技术的迅速发展，铁路监控系统也得到迅速发展。对于铁路监控系统，技术上发展有两大趋势：一是调度端（控制中心）实现综合监控，即调度综合自动化；二是变电所实现自动化。这里我们讨论变电站综 合自动化技术。

一、概述
变电站综合自动化技术的研究和应用，首先是在电力系统中。随着电气化铁路的发展，对牵引变电站的综合自动化也提出了迫切的需求并逐步开始得到应用，并发展成为必然趋势。
变电站综合自动化之所以成为研究热点，引起了电力、电牵行业各有关部门，如设计、研究、运行、基建等单位的注意，其主要原因有：
（1） 随着电网复杂程度的增加，各级调度中心要求更多的信息，以便及时掌握电
网及变电站的运行情况；
（2） 提高变电站的可控性要求更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等； （3） 采用无人值班管理模式，提高劳动生产率，减少人为误操作的可能，提高运
行可靠性；
（4） 利用当代计算机技术，通信技术等提供的先进技术装备，改变传统二次设备
模式，简化系统，信息共享，减少电缆，减少占地面积，减少施工难度和工程造价，使变电站面貌得到全新改变。
采用常规控制设备加上完备的四遥远动装置，也可实现上面前三项的要求，但要全面满足上述要求，则必须采用变电站综合自动化技术。
国外从20世纪80年代开始进行研究开发，到目前为止，各大电力设备公司都陆续推出了系列化的变电站综合自动化系统产品。20 世纪90年代以来世界各国新建变电站大部分采用了全数字化的二次设备。
我国开展变电站综合自动化的研究与开发，有两个方面的内容：其一，中低压变电站采用自动化系统，以便更好地实施无人值班，达到减耗增效的目的；其二，对高压变电站（220kv及以上）的建设和设计来说，要采用新的控制方式，解决各专业在技术上保持相对独立而造成的各行其是，重复投资，甚至影响运行可靠性的弊端。这些问题主要是：
（1） 计量、远动和当地监测系统所用的变送器各自设置，加大了CT和PT的负担，
投资增加，还造成数据测量的不一致性；
（2） 远动装置和微机监测系统功能重复，一个是受制于调度所，一个是服务于当地
监测，没有做到资源共享，增加了投资且使现场接线复杂化，影响可靠性；
（3） 传统二次控制系统和当地微机监测系统功能重复，在某种程度上影响了运行人
员对当地微机监测系统的重视程度，认为可有可无，造成监控系统在变电站投入率不高。
因此，开展电力系统变电站综合自动化技术的研究开发势在必行。
对于电气化铁道牵引供电系统，由于其是电力系统的一个特殊用户，因此，电力牵引变电站采用在；综合自动化技术，同样具有电力系统变电所综合自动化的优点，且由于牵引供电的特殊性，还必需对一些具体问题进行特殊考虑。

二、牵引变电站综合自动化的必要性
随着我国电气化铁路的发展，尤其是快速/高速铁路的发展，使得牵引变电站的综合自动化显得更加必要和紧迫。
1.高/快速电力牵引供电系统与牵引变电站的特点
高/快速电力牵引是铁路现代化得发展方向，由于其客、货流量大且为复线，行车速度高达140-250km/h或以上，电力机车（动车组）功率近万千瓦，致使牵引变电站容量相对增大（国外多在60MV*A以上），其特点主要可概括为：
（1） 对供电可靠性要求高，应有相应高可靠性的控制保护系统协调保障与配合； （2） 控制、保护功能应增强，以适应机车、变电所设备各种运行工况与故障情况
需要；
（3） 对当地监控、保护系统的自动化水平要求增高，以保证高压设备较大操作动
作时的安全操作以及人员与设备的安全；
（4） 变电站与检修站、调度中心的信息通讯功能应增强，以便执行统一调度管理
与维护；
（5） 一次设备多，控制对象增多，增加了运行管理工作量。 2.目前我国电力牵引变电站控制保护系统的现状
二次线系统几乎全部由传统模拟式设备和电磁仪表执行测量、显示，依靠值班员视觉进行监视（仪表和中央信号），继电保护则采用晶体管或电磁式元件等构成。系统的主要缺陷是：
（1） 信息变换、监测依靠传统电磁器件和仪表、继电器，误差大，控制信号盘占
地面积大，不易观察。
（2） 信息处理依靠人的判断，视觉等人的因素和人员的文化素质有关。
（3） 二次系统无自检和存储记忆、复读功能，元器件及仪表本身损坏不能及时发
觉和报警（对继电保护更不利），影响了系统可靠性；更不能进行画面显示和监视。
（4） 控制、保护盘多，设备复杂，二次系统间通讯功能差，值班员难以处理发生
的误操作。
从上述可知，沿用传统控制、保护设备，难以满足高可靠性、功能增强、自动化程度要求高的现代化高（快）速电力牵引供电变电站的需要。  3.牵引变电站综合自动化的必要性  牵引变电站当地信息量大，包括各种模拟量、开关量信息、远动信息以及保护的动作信息等。采用分层结构的分布式多微机构成监控保护综合自动化系统，可充分利用当地信息资源，做到资源共享（含RTU），提高设备利用率和整体监控功能，增强控制保护系统可靠性，具有一系列技术优势。另一方面，变电站监控、保护综合自动化是进一步实现无人值班的必然途径，对提高供电系统运行管理水平、促进技术进步和科学管理有重大意义，也是技术发展的必然趋势。

三、牵引变电站综合自动化基本特点与结构模式  1. 牵引变电站综合自动化基本特点
变电站综合自动化是指监控与中央信号、保护、通讯、管理等多种功能全面协调、综合利用，充分发挥当地信息资源、硬件资源优势的自动化系统，它采用分层控制原则，由多微机分布式结构组成。其基本特性可概括为：
（1） 变电站综合自动化系统是现代微机与电子技术、数据通信技术、应用软件技
术的基础上建立和发展起来的。综合系统的信息流是数字量的数据信息，取代了二次系统的模拟量信息。
（2） 在当地信息资源（模拟量、开关量、脉冲量等）综合利用，减少并优化监控、
保护系统硬件设备的前提下，综合自动化系统除了取代传统的全部二次设备和功能外，还提供了人机对话、操作画面监视、智能化运行管理RTU等多种功能，并增强了变电站整体功能。
（3） 设备操作、故障状态采用屏幕监视，值班人员面对大屏幕显示器进行变电站
所有设备的全面监视与操作。例如用CRT画面实时显示主接线运行状况；  由CRT光标操作来完成断路器跳合闸操作；采用CRT画面闪烁、文字提示和报警音响取代常规中央信号盘、控制盘的有关设备等，为值班人员提供了方便直观的监控条件。
（4） 运行管理智能化、自动化。智能化自动化功能一方面表现在事件顺序记录、
自动报表、自动录波、事故判别与处理等诸多方面，进一步的智能化则可构造各种专家系统，执行故障诊断、防误操作、报警信号处理等专门任务。这些为无人值班创造了良好条件。
（5） 综合自动化系统工作的可靠性、精确性大大提高，依靠各种抗干扰和数字滤
波技术、冗余技术，特别是在线自检、自诊断技术，能及时诊断发现系统各组成单元硬件或软件的故障并向主控端报警，使可靠性比常规二次线系统大为提高，数字量控制和保护动作值计算严格按数字模型进行，较大的提高了控制、保护、检测的精确度。
2.牵引变电站综合自动化结构模式
根据牵引变电站综合自动化在整个供电系统调度监控分层结构中的作用与地位以及它对营运管理组织的依存关系的不同，综合自动化结构模式可分为以下几种：
（1）        分布式、分层结构的变电站综合自动化系统
按分层控制原则，整个系统分为三层，第一层是模拟量、开关量与脉冲量数据采集处理，控制操作出口，以及各种微机保护子系统；第二层是通信处理单元，它与上述第一层各种处理机通信，通过Modem与调度中心通信以及与上层监控主机通信，第一、二层都挂在总线上，其间可用光缆连接，第三层为变电站监控主机（可为双机），具有CRT、打印机等人机对话设备。
（2）具有局部网和管理（保护整定、检验）终端的分布式综合自动化系统，其结构硬件基本与图1相同，仅总线采用带有驱动器的Bitbus（位总线），从而可在Bitbus上连接管理终端和继电保护终端，如图1虚线部分所示，以适应附近供电部门（供电段）进行技术管理、监视以及保护技术人员改变保护定值、进行检验、调整等工作需要。
（3）无人值班变电站综合自动化系统
无人值班变电站综合自动化系统一般应包括直流绝缘监视与接地选择、自动灭火与报警装置接入图1总线，系统总结构其它部分与图1相同。对于无人值班（或减员）变电站，为便于发挥基层供电管理部门（供电段）的作用和技术优势，集中进行变电站设备的调度控制和维护检修，并管理站场接触开关RTU和自动换相开关RTU
基地调度控制站执行全部或部分四遥功能，应由全系统进行协调，并向调度中心转发执行后信息，基地调度控制主要任务是对无人值班变电站进行集中管理、巡视、保护定值改变、报表统计、设备检修、安排调度等。并积累一、二次设备运行、检修与故障状态及记录等全部资料。

四、牵引变电站综合自动化主要功能
现从主要构成模块简要说明其主要功能和整体综合功能，包括监控与中央信号、微机保护、故障点自动测距与录波、开关投切、无功自动控制、远动，以及自检、自诊断等功能。  1.监控主机系统功能
主要完成实时数据（模拟量）与设备运行状态（开关量）采集；画面显示设备和主接线运行状态；监视量的越限报警（设备异常状态时），事件顺序记录，分辨率小于5ms；带有防误逻辑的开关设备控制操作，开关变位的处理及告警，故障跳闸或光标控制操作时的对象闪光（中央信号），以及与微机保护装置通信、交换数据等功能。  2.微机保护、故障点测距与录波
包括高压线路、牵引变压器、无功综合补偿装置（视电力机车类型确定是否设置）、牵引馈线的成套微机保护以及故障（负荷）录波装置等。均单独或组合配盘，装在主控室内，其中牵引馈线微机保护可兼具故障点测距功能，对复杂牵引系统（如AT供电）或对故障测距精度要求高的情况下，则需单独配置故障点微机测距装置，这些装置都挂在综合自动化系统总线上，设有串口与监控主机通信。  3.远动功能
变电站综合自动化系统的远动功能是在不增加硬件情况下实现的，不仅包括四遥（遥控、遥测、遥信、遥调）和事件记录远传功能，还包括微机保护定值远方监视、修改、录波与测距数据远传以及其它数据通信功能，相对于全系统调度中心来说，变电站综合自动化系统除具备了标准RTU全部功能外，由于整体功能增强使远方能有很大增强。
4.无功综合补偿自动控制与自动调压
交--直电力机车牵引或交--直机车与交--直--交机车混合运输情况下，为改善无功、谐波、负序的综合补偿装置电容器组的自动调节控制以及单相牵引网网压自动调压控制，可由控制处理机执行，它也挂在综合系统总线上，并有串口与监控主机通信。

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