變電站安全運行監控系統設計研究

鄭丹

摘 要：隨著智能電網的廣泛應用，變電站的智能化、數字化是未來發展的必然趨勢，尤其是無人值守變電站的運行，對變電站的安全可靠運行提出更高要求，對變電站安全運行狀況進行監控十分必要。文章首先闡述了變電站安全運行監控系統設計的基本要求、功能要求，其次研究了變電站安全運行監控系統的總體設計，以提高變電站的安全運行。

關鍵詞：變電站；安全運行；監控系統

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）32-0013-02

變電站作為配電網的重要組成部分，具有轉換、調節電壓、控制電能流動等功能，其能否安全、可靠的運行直接決定著配電網的供電質量與可靠性，然而變電站在運行過程中由于受到多種因素的影響，也可能發生故障。為了盡量減少或避免發生故障，對變電站運行進行監控是必不可少的，這個過程要由監控系統提供，內容對變電站安全運行監控系統的設計進行研究。

1 變電站安全運行監控系統設計的基本要求

為了更好的研究變電站安全監控系統，使其能高效、安全的服務于變電站，安全運行監控自動化系統必須滿足下述幾方面要求：

①安全運行監控系統要具有替代性，能將變電站的繼電保護、測量、監視、運行控制和通信集中到同一個系統中，全方位實現對設備的監控，同時該監控系統的所有性能和配置必須有一個終端，以便促進無人值班變電站的實現。

②安全運行監控系統和微機保護系統要相互獨立、相互兼容。變電站在運行過程中，繼電保護系統僅與保護裝置有關，獨立于監控系統存在，以確保變電站能穩定、可靠的運行，微機保護和監控系統要保持密切聯系。

③安全運行監控系統要具有高可靠性、抗干擾能力強的特性。在設計監控系統時要區分主次，子系統要彼此獨立，不同的子系統要能獨立的對變電站發生的故障進行分析、處理和恢復。一旦變電站在運行過程中發生故障，監控系統要能及時將故障數據信息傳輸給監控中心，并對故障類型以代碼形式進行說明。

④安全運行監控系統要具有通信功能，要能夠充分利用網絡技術將變電站運行過程中的各種數據信息及時傳輸給控制中心。

⑤安全運行監控系統要具有容易操作的界面，工作人員能夠通過直觀的界面對變電站運行狀況進行觀察，一旦出現異常情況能及時進行處理。同時，系統還要具有延伸性和協調性，能實現對不同類型的包容和兼容，確保在不同情況下能夠穩定運行。

2 變電站安全運行監控系統設計的功能要求

具體來說，變電站安全運行監控系統設計的功能如下。

2.1 數據采集和處理功能

數據采集包括對變電站運行過程中的開關量、模擬量及電能量等數據信息的采集，開關量是指變電站電力設備的狀態，保護動作及報警信號等；模擬量是指變電站各段母線的電壓、回路的電流值、功率、頻率等電量參數及非電量參數等；電能量是指有功、無功電度量等。

2.2 控制操作、報警及處理功能

變電站安全運行監控系統要能夠實現對變電站的電力設備進行各種操作的功能，如斷路器、隔離開關的分、合操作，電容器組件切換等。

當變電站運行出現故障時，微機保護設備應立即啟動報警并顯示故障信息。

2.3 遠動及其他設備接口功能

安全運行監控系統要與遠方調度中心實現通信，既要實現常規的遙信、遙測及遙控，還要將系統采集到的各種數據信息實時傳輸到調度中心，并接受上級調動中心的控制進行操作。若運行過程中發生故障，要及時向調度中心發生報警，還要將相關數據傳輸到調度中心，并按照調度中心的要求進行各項操作。同時安全運行監控系統還應該具有與其他智能設備的接口功能，如微機、變電站直流系統、小電流接地選線及智能電表等。

3 變電站安全運行監控系統的總體設計

3.1 結構模式

變電站綜合自動化的配置模式主要包括下述三種：集控中心模式、三層傳統模式和兩層直聯模式。

3.1.1 集控中心模式

110 kV變電站由于有多個分站系統需要監控，因此對此類變電站通常是采用集控中心模式，這種監控模式的每個功能模塊都針對分站系統獨立完成，每個分站系統都配置獨立的主備前置機，通過光纖連接到安全監控系統的監控主網，同時安全運行監控系統的所有設備都直接或者間接連入監控網。

3.1.2 三層模式

對110 kV以下的變電站，全站間隔電力設備的間隔沒有超過300 m，這種情況下采用三層傳統模式，其組成特點為：變電站安全運行監控系統的功能模塊大多數都集成在監控主機、操作站上，交換機和遠東工作站兩個互為備用，主要作用是確保變電站系統的安全、穩定運行及檢修方便。

3.1.3 兩層直聯模式

對110 kV電壓等級的變電站一般采用兩層直聯模式，其系統整體規模相對比較大，同時還具有多個工作人員同時工作的功能，其組成特點為：保護、測控裝置通過兩種方式接入監控網，其一是前置機方式接入，其二是通過以太網直接接入。遠方工作站通過專線連接到不同級別的調度，如省級調度、地級調度和縣級調度，目前常用的專線連接方式是通過防火墻接入路由器再通過網絡與各級調度實現連接。

3.2 總體實現框架

綜合上述幾種結構模式并結合目前變電站的實際運行狀況，變電站安全運行監控系統設計通常為分層分布式結構，采用站控層和間隔層兩層組成。這種系統是以操作便捷、設備簡化、成本低作為設計的基本思想，是以變電站的線路及設備作為目標，將變電站設備運行過程中的測量、保護和控制等功能結合起來，在確保系統安全、穩定運行的前提下，將其設計在統一的裝置中，這種設計模式不僅能有效的降低投入成本，還與目前倡導的節能減排目標相符合。目前變電站安全運行監控系統的主控室都安裝空調，以便能及時調節系統運行過程中的環境的溫度，確保整個系統能夠出來良好的運行環境中，避免由于溫度過高或過低導致系統發生故障。變電站分層分布式安全運行監控系統結構，如圖1所示。

根據上面結構圖可知，變電站層包括有打印機、適配器等元件，間隔層包括線路、主變、主變后備、電容器監控等多個單元，系統采用CAN總線實現了將變電站層和間隔層的數據信息傳輸和通訊。

3.3 變電站底層通訊網絡接口、上位機系統的實現

變電站使用CAN總線實現變電站層和間隔層的連接，接口使用要嚴格遵守《基于CAN網絡的保護和控制通信協議V3.02》通訊規約，這種規約能實現多種類型電壓等級下各種不同類型數據信息的傳輸和通信，其現場布線在多個領域都得到廣泛使用，具有下述特點：

第一，各類數據信息的采集是以每個單元為基礎；

第二，調動中心能實現對各個設備的控制；

第三，監控中心能自動實現對單元數據信息的采集和訪問，無需中轉裝置；

第四，變電站運行過程中的各類數據信息的采集同時進行，不存在優先等級。變電站層由多個組成單元，不同單元具有不一樣的功能，前置機通信的功能是確保系統網絡的穩定運行，同時能實現將保護、測控裝置分開組網。

3.4 安全運行監控分層分布式結構的優勢

與其他結構相比，安全運行監控分布具有下述優勢：

第一，主控室占地面積減少，系統的保護裝置都集中安裝在進線柜中，有效實現降低成本，簡化設備，有利于變電站系統的安全、可靠運行；

第二，控制、保護裝置集中在一起，能簡化系統相關設備的連通，便于運行中異常狀況的查詢；

第三，不同單元能獨立進行監測與保護，即便運行過程中通信網絡發生故障，間隔層的下位基本不受影響，仍能執行相關功能，提升了可靠性；

第四，主機與相關模式通過光纖連接，各種類型數據信息在傳輸時相互獨立，互補干預，抗干擾能力強。

4 結 語

總之，變電站安全運行監控系統是確保變電站安全、可靠運行的基礎，不僅能極大的提升變電站的管理水平，還能降低事故發生率。本文介紹了變電站安全運行監控系統設計的基本要求、功能及總體設計，以期能為變電站安全運行監控系統設計提供幫助。

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