變電站自動化調試驗收系統設計

李 俊

國網寧夏電力有限公司超高壓公司，寧夏 銀川 750000

0 引言

為了提升電力企業整體運行的穩定性，在驗收階段，需要針對每一項業務進行數據上的核對，并根據核對結果進行調試[1]。

在核對的過程中，需要在變電站的二次設備側采用測試儀加量的方式調試，還需要將調試的數據與主站的數據進行實時比較。當前，由于變電站的建設規模和覆蓋范圍不斷擴大，每一個變電站都需要與主站建立十幾個甚至數十個業務通道，運行數據的核對難度和復雜度都受到了極大的影響。同時，由于這一過程需要大量人力和物力的支撐，也造成了資源的嚴重消耗，最終得到的核對結果精度也無法滿足變電站穩定運行的標準要求[2]。需要在確保調試驗收質量的同時，提升調試與驗收的效率，該系統可以為變電站的可持續發展提供支持。

針對這一問題，文章從硬件、軟件兩方面開展對變電站自動化調試驗收系統的設計研究。

1 系統硬件設計

為了實現對變電站的自動化調試和驗收，從硬件方面對相關設備進行選型優化設計。系統硬件結構如圖1所示。

圖1 變電站自動化調試驗收系統硬件結構示意圖

根據圖1，調試驗收系統中的硬件設備包括采集設備、二次設備、繼電保護裝置、智能終端等。其中，采集設備用于獲取變電站運行中各個電力設備的運行參數，得到的數據信息可為后續調試和驗收提供數據支撐[3]。文章將重點說明繼電保護裝置和自動化二次設備的選型設計。

1.1 繼電保護裝置選型

在對繼電保護裝置進行選型時，需要明確這一硬件結構在調試與驗收系統中的功能。將繼電保護裝置連接到系統中，可以防止電力設備在運行中出現故障或異常，避免最終影響變電站穩定運行及導致過度損耗問題。在變電站調試和驗收的過程中，運行和管理的難度較大，在安裝繼電保護裝置時，應采取獨立安裝形式，結合對應的被保護電力設備，實現獨立組屏。在對繼電保護裝置進行選型時，需要考慮裝置的靈敏度、運行可靠性等?；诖?，在系統中選用型號為LDJB-49-970的繼電保護裝置，該型號繼電保護裝置的運行功率為300 W；運行精度為0.5%；相位變化范圍在0～360°；規格為455 mm×530 mm×220 mm（長×寬×高）；顯示方式為數字顯示；六相并聯最大功率為900 VA；工作濕度為≤85%RH；測量范圍在6～40 A；開關量輸入端子為8對；電流輸出為0～±10 A/每相。該型號繼電保護裝置符合文章調試驗收系統單機獨立運行的要求，并且具備與系統上位機終端設備直接連接的結構。裝置采用DSP+FPGA結構，能夠實現32位的DAC輸出。在該裝置中增加了全新的線性大功率功放功能，并且安裝了高分辨率的顯示屏，能夠將獲取到的變電站設備運行參數進行實時展示。將該型號繼電保護裝置應用到系統中，可為系統運行提供便利條件，使調試驗收操作更簡單。

1.2 自動化二次設備選型

二次設備包括測控、通信等設備?；谧冸娬具\行需要，所選擇的測控設備為ALDB-D7B型號的測控裝置，該型號測控裝置的使用條件：安裝海拔高度不得超過2 000 m；運行過程中周圍環境溫度不得超過+40 ℃，不得低于-20 ℃；在運行中周圍空氣的相對濕度不得超過95%。若實際運行中不符合上述條件，會降低測控設備的測控精度，進而影響整個調試驗收系統的精度[4]。為了進一步提升ALDB-D7B型號測控裝置的運行性能，將其與完善的診斷和調試工具相連接。

針對通信設備，選用型號為CSC-987000型號的站控級通信裝置。CSC-987000型號通信裝置的運行電壓為220 V；斷開容量為25 W；絕緣耐壓測試電壓為110 V[5]。將CSC-987000型號通信裝置與設計的調試驗收系統的上位機連接，同時，CSC-987000型號通信裝置還支持冗余切換；在裝置中安裝了I/O轉換插件，可滿足數模轉換需要。

2 系統軟件設計

2.1 直接組網法構建變電站調試全信息回路圖

在對變電站中各個電力設備進行調試驗收時，存在的主要問題是定位困難，回歸試驗多等[6]。為了提高變電站運行穩定性，在設計調試驗收系統時，需要從軟件方面進行優化[7]。為了確保調試的準確性，需要構建變電站調試全信息回路圖，為調試提供重要依據。在構建變電站調試全信息回路圖時，引入直接組網法，將圖紙資料與工具軟件看作一個整體，在系統運行過程中根據需要分層次展現調試信息，展現的內容需要與SCD文件內容一致[8]。在構建過程中，需要針對紙質的圖紙信息進行數字化處理。通過數字加工法，導出通過標準設計軟件生成的圖紙，并針對電子表格進行加工處理。以變電站虛端子表為例，其基本結構為iedName+LDIshnfe/fs$InInst$da,Name，將虛擬端子位移名稱作為主鍵，其他信息作為附屬信息，以此形成具有唯一主鍵的數據表[9]。針對變電站中的海量數據信息，為了避免數據重復，通過聚類方式篩選重復數據信息，其表達式為

式中：μ為聚類中心；Si為數據信息類型集合特征值；x為數據信息類型集合。

對數據信息聚類，并將重復信息剔除，確保構建的變電站調試全信息回路圖中具備更高利用價值的信息[10]。構建的變電站調試全信息回路圖如圖2所示。在實際構建回路圖時，注意其內部信息標準制定應統一，并且內容需覆蓋變電站內所有物理、邏輯信息傳輸回路。

圖2 變電站調試全信息回路圖示意圖

2.2 站內系統后臺自動化調試及驗收

在完成變電站調試全信息回路圖的構建后，將其作為基礎，針對變電站內部各設備在系統的后臺完成自動化調試與驗收[11]。

變電站中遠動機的調試和驗收具體步驟如下[12]：

第一步，初始化遠動機，配置運行參數，并導出RCD轉發關系文件，為變電站調試全信息回路圖提供信息點表；

第二步，利用系統中的模擬變電站主站模塊完成變電運行項目配置，并導入相關文件信息[13]；

第三步，利用系統模擬子站模塊對遠動機運行過程中產生的數據與RCD進行靜態校驗，并通過IEC 164840短地址實現對后臺描述與主站描述信息內容的對比，以此完成對遠動機的校驗，并根據校驗結果進行調試[14]。

完成遠動機的調試和校驗后，針對變電站中用于電壓控制的設備，利用文章設計的系統對其進行調試和驗收[15]，具體步驟如下：

第一步，在自動電壓控制裝置運行時，利用系統中的SCADA提供遙測、遙信數據，并將其作為驗收決策依據；

第二步，在調試過程中，應用系統中的模擬工具對電壓控制設備進行自動化驗收，根據AVC驗收需要，模擬SCADA數據。

通過上述操作，可以有效避免設備調試時出現反復操作，從而進一步提高系統的調試和驗收效率。

3 系統運行效果

完全按照上述內容完成系統設計，并將設計完成的系統應用到真實的運行環境中，檢測系統運行效果。以某電力企業的變電站作為運行環境，為檢測系統的調試驗收精度設置多個負載電流條件，分別進行調試及驗收。將變電站電力設備運行相位測量過程中產生的偏差作為評價指標，若測量偏差過大，說明設計的調試驗收系統精度低；若測量偏差在標準范圍內，說明調試驗收系統具備良好的測量精度。

設置五種負載電流條件（分別為100 A、200 A、300 A、400 A和500 A），系統相位測量偏差計算式如下：

式中：δ為調試驗收系統的相位測量偏差；v為實際相位角度；v'為利用文章設計的調試驗收系統測量得到的相位角度。

根據上述公式，測量五種負載電流條件下的系統相位測量偏差。已知，該電力企業為確保變電站穩定運行，對調試驗收提出的精度要求為相位測量偏差不超過-0.50～+0.50°?；谶@一要求，記錄不同負載電流條件下的系統的相位測量偏差，并將記錄數據繪制成表，如表1所示。

表1 調試驗收系統相位測量偏差記錄表

從表1中可以看出，在不同的負載電流運行條件下，文章設計的調試驗收系統的相位測量偏差均小于規定范圍（-0.50～+0.50°），具備極高的運行精度。同時，在研究過程中發現，將這一調試驗收系統應用到實際的變電站運行環境中，不會受變電站復雜運行環境的影響，能夠始終保持高精度的運行，調試驗收系統運行中產生的數據也能夠為變電站的精細化管理提供更有力的數據支撐條件。

4 結束語

為了實現變電站的智能化和自動化發展，需要針對其調試驗收設計一種全新的系統，并通過實際應用分析系統運行效果驗證系統的運行精度。由于與變電站相關的研究具備極強的綜合性，針對相關系統的研究和完善，能夠對當前快速發展的供配電工程起到極大的促進作用。

基于未來變電站建設和發展的需要，在后續的研究中，還需要以提高調試驗收系統的運行穩定性及安全性為研究目標，從系統的運行與維護方面入手，將調試驗收系統與相關輔助設備進行充分融合，在確保調試驗收精度的同時，提高工作效率。