簡介：介紹了一個市區無人值守110kV變電站自動化系統的結構、布置及功能特點。提出并闡述在設計綜合變電站自動化系統工程中，監控系統的選用、組網結構的確定、間隔單元性能的選擇以及與電氣一次設計的配合方面應考慮的問題及要求。
關鍵字：變電站，變電站自動化，無人值守，設計
1 引言
110kV文慶變電站位于佛山市城區，建設規模為50MVA主變2臺及相應的無功補償電容器組，110kV出線2回，10kV出線20回，110kV主接線采用線路—開關—變壓器組接線方式，10kV主接線為單母分段，采用全戶內布置形式，建筑面積為1081m2，征地面積僅845m2。全站利用了目前國內較成熟、先進的變、配電設備及變電站自動化技術成果，在設備先進與占地少、投資省、運行費用低和可靠性高之間取得較滿意的平衡和統一。文慶站也是佛山市區首座采用綜合自動化系統的110kV無人值守變電站，為將來110kV無人值守變電站的建設提供了一種模式。
2 自動化系統
2.1系統結構
文慶站自動化系統選用的是南瑞系統控制公司的BJ－3型變電站綜合自動化產品。該系統采用三層結構兩層網模式，屬分層分布式系統。三層結構即站控層、通訊層和間隔層：站控層由監控工作站、繼保工作站組成，完成變電站的監視、操作、控制及變電管理功能；通訊層采用TK3201通訊控制工作站，它具有多個通信口與遠方調度控制中心、站控層、間隔層及GPS連接，建立起一套完整的通信網從而實現數據共享；間隔層即繼電保護、智能測控裝置層，它獨立完成間隔層的保護、測量、控制和通信等功能。兩層網即是通訊層分別與站控層、間隔層組成的以太網和RS422/485及LonWorks現場總線通信網。
2.2系統組柜及布置
文慶站綜合自動化系統采用分散與集中相結合的布置方式，10kV部分的保護及測控裝置、電能表分散安裝于各間隔開關柜。這種分散布置既減少了二次設備室柜位，又節省了控制電纜。
主變保護及測控裝置需專門組柜，將組柜布置于主變變高GIS就地柜旁是可以的，但對減小占地面積及節省控制電纜不明顯。考慮到二次設備室環境條件較優越及主變保護及測控裝置的復雜性，將主變保護柜及計量柜布置于二次設備室。主變及其兩側間隔的測控裝置與全站公共設備的測量及信號采集插箱共組一柜，通訊控制工作站及遙控輸出插箱組一柜，而監控工作站及繼保工作站置于專用電腦臺，連同交、直流柜和自動跟蹤補償消弧線圈控制柜一起布置于二次設備室。二次設備室總共只需布置10柜1臺。
2.3系統主要功能特點
2.3.1通訊控制工作站
通訊控制工作站TK3201是綜合自動化系統通信層的核心，它由嵌入式PC104、網卡、智能通訊卡、調制解調器、GPS及接口、電源模塊等組成。它完成常規電氣量、非常規電氣量及微機保護信號的采集與處理；傳輸與修改保護裝置工作狀態及定值；接收遙控命令，實施控制操作；接收對時命令進行對時；向調度控制中心傳送所采集的各種信息；與通訊管理機RCS－9692、直流系統、小電流接地選線裝置、多功能電能表等接口通訊等。TK3201還具有必須的人機聯系及維護手段。
TK3201經兩路光纖通信通道接至佛山地調控制中心，通信規約為DNP3.0。
2.3.2監控工作站
監控工作站采用一臺CPU為PⅢ500的DELL計算機構成，監控軟件基于WindowsNT操作系統平臺。它替代了傳統變電站控制屏的信號、表計及操作等功能。由它實現的SCADA功能包括實時數據采集、安全監視、數據處理、報警處理、控制操作(包括VQC功能)、運行記錄、人機聯系、制表及打印、設備自診斷及自動恢復、數據庫維護等。
2.3.3主變保護及測控
主變保護為LFP－900系列微機變壓器保護裝置，各裝置通過RCS－9692通信控制單元與TK3201通訊控制工作站通信。RCS－9692的功能是完成通信轉接和規約轉換。保護裝置動作信號經通信口上送，也可以在保護工作站對保護裝置進行管理。考慮到保護裝置直流電源掉電后，裝置的通信功能將不能正常工作，故將能反映直流電源消失的控制回路斷線信號接點用電纜引至主變綜合采集插箱，作為遙信點之一。
主變本體及高低壓側間隔的測控功能，除了本體信號經主變保護轉發至系統通信網外，其余測量、信號及控制功能由主變綜合采集插箱及線路測控插箱實現。
2.3.410kV間隔保護及測控
10kV間隔的保護及測控裝置選用南瑞繼保公司的RCS－9000系列分散式保護測控裝置。該裝置是具有保護、遙測、遙控、遙信功能的“四合一”裝置，但其保護功能仍具有獨立性，這體現在硬件上所具有的獨立的輸入輸出回路及操作回路，軟件上保護模塊與其他模塊完全分開，且程序安排先啟動后測量。此外保護功能也完全不依賴通訊網，網絡癱瘓與否不影響保護正常運行。
文慶站RCS－9000系列保護測控裝置與RCS－9692通信控制單元經其通信口組成現場總線型通信網，RCS－9692的監控口再與TK3201通訊控制工作站接口通信。通過所形成的通訊網實現保護及測控信息的傳遞，簡化了二次電纜，減輕了CT、PT的負荷及施工難度。此外采用現場總線型通信網絡，簡化了組態、設計和安裝，提高了系統性能。
2.3.5控制和閉鎖
文慶站的斷路器、主變OLTC及中性點地刀的人工控制可在遠方調度控制中心、站內監控主站、保護柜或開關柜執行控制操作，但同一時間內只允許其中一種方式有效。監控主站實現的VQC自動控制和人工控制在同一時間內也只能設定其中一種方式有效。監控主站軟硬件具有閉鎖邏輯判斷和操作權限管理，防止誤操作斷路器事故的發生。至于全站所有隔離刀閘、接地刀閘的防誤操作閉鎖，則采用簡單可靠的電氣聯鎖或機械閉鎖措施。
3 幾點設計體會
3.1監控系統的選用
成熟可靠的后臺監控系統是綜合自動化系統成功的關鍵。隨著自動控制技術、通信技術、多媒體技術的不斷發展，性能越來越高和多樣化的系統層出不窮。選擇時要注意考慮以下幾方面：
a)先進性與可靠性。在變電站自動化技術日新月異的今天，仍應把系統的穩定性、可靠性放在第一位。盡量選用經過鑒定的、有成熟運行經驗的適用產品和技術。文慶站采用了交流采樣技術，大大簡化了二次設備配置，減輕了CT、PT負載，消除了零漂；
b)完整性和開放性。系統功能的完整性及數據庫的開放性都是重要的選擇條件。在功能完整性方面，除實現“四遙”功能和變電管理功能外，要注意考慮系統是否利用了實時數據實現電壓無功控制(VQC)、小電流接地選線、防誤操作、合閘同期檢測、設備壽命管理等功能。數據庫的開放性則便于日后升級擴容、修改運行數據及二次開發等，而使原有軟硬件資源得到保護；
c)人機界面。現有運行維護人員的經驗大多基于常規二次設備，因此系統軟件平臺設計的界面是否簡單、直觀、易操作也是考察系統的重要方面。
3.2系統組網結構的確定
在變電站自動化系統中常用的串行通信接口RS－232C、RS－422/485具有接口標準化、規范化和方便眾多智能設備接口的優點，不足之處是RS－232C通信有效距離短，而RS－485總線為主從結構，主站點工作繁忙時影響系統性能。隨著分散分布式系統的發展，現場總線型通信方式得到應用。現場總線網是一種多點共享的廣播通信信道網，較點對點通信信道網為優。當然總線型網需要有控制單元解決兩個以上結點同時發送信息的沖突。文慶站自動化系統是分散與集中布置相結合的分層分布式系統，通信網絡結構采用了現場總線型與一對一串行通信共存的模式，有效地保障了通信速率和資源共享。
3.3間隔單元功能與性能選擇
按一次設備為單位分散布置的保護及監控單元裝置有兩種模式：保護獨立而控制、測量、信號合一模式和保護、控制、測量、信號“四合一”模式，兩種模式下保護功能都要求能獨立完成。對于安裝于開關柜的10kV保護及監控單元宜選擇“四合一”模式，但電能計量需另設專用表計。集中布置的保護及測控裝置(如主變間隔)可選擇保護、測控裝置分開的模式，因為可選擇的現有裝置較成熟可靠。
保護單元的功能要滿足間隔的保護功能配置要求，并能接收與執行上位機下發的保護定值修改，發送保護裝置的工作臺信息、告警信息、動作信息及自檢信息，與上級對時，裝置復歸，當地顯示等。監控單元的基本功能為遙測量采集及計算，遙信采集及處理，遙控命令接收與執行，與保護單元通信(當與保護單元相對獨立時)，定時自檢及當地顯示。
分散布置的保護及監控單元裝置要注意是否適合安裝現場的環境條件，包括溫度、濕度、電磁感應、雷電流、振動等因素。
3.4與電氣一次設計的配合
無人值守變電站自動化系統的成功實施，很大程度上依賴電氣一次設備的可靠性，在可能的條件下應選用可靠的一次設備和盡量簡化主接線的設計。主接線應在滿足供電規劃的條件下減少電壓層次和簡化，并有利于遠方控制要求。一次設備除主變外宜采用無油防爆和免維護或少維護量的設備(如GIS、SF6系列、免維護蓄電池組)。主變中性點地刀應采用電動刀閘以滿足遠方設退主變的要求。站用電源系統應完善可靠，雙電源應互為自動備用投入。此外，電氣布置應在滿足有關規程要求的基礎上，盡量減少占地面積和建筑面積，市區變電站更是如此。而分散式綜合自動化系統的應用，為減少占用面積創造了一定的有利條件。
4 結語
