变电站自动化改造的若干问题
日期：2008-11-11 23:44:25 来源：中国自动化网
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摘 要：论述了河北省南部电网常规变电站自动化改造中的问题，并提出了改造中的方案选择与常见问题的解决方案。
关键词：变电站；自动化；改造
Several Problems Encounteredin Modification of Substation Automation
Abstract：This paper discusses the problems in modification oftraditional substations in Southern Hebei Power Network，thescheme selection and thesolutionsto common problems．
Keywords：substation；automation；modification
河北省南部电网(以下简称河北南网)已投入运行的有人值班变电站，其控制系统大多采用常规控制方案，站内二次设备的设计、制造、安装及维护都未考虑“无人值班、少人值守”的要求。随着电力体制改革的不断深化，维持现有运行值班方式的各种费用将成为供电企业的沉重负担，很多变电站需要进行技术改造，以提高其自动化水平。
变电站自动化系统改造设计的关键是方案设计，模块组态和通信网络是重点。下面结合变电站的运行状况，对具有典型意义的2种变电站自动化改造方案进行分析和比较。
1 常规变电站的特点及系统分析
河北南网现运行的常规变电站的继电保护均采用集中布置方式。控制屏、继电器屏全部集中布置于主控室内，所有需采集的开关量及模拟量均用控制电缆引入主控楼内。
按照功能，变电站主要可分为控制、信号和测量系统，远动系统，“五防”系统，直流系统，继电保护及自动装置等。
1．1 控制、信号和测量系统
现有的控制方式为220 V强电一对一控制方式。常测指示仪表采用二次测量方式，误差较大；现 有的信号装置，一般只能粗略地表示事件的发生和消失，而不能详细地表明事件发生的准确时间、几个事件发生的顺序及其他情况。
1．2 远动系统
变电站的远动系统一般采用RTU集中配置组屏，可对站内模拟量、开关量等实时数据进行采集，并具有事件顺序记录、一发二收及当地功能(部分变电站无此功能)。
1．3 “五防”系统
常规变电站微机防误装置种类繁多［1］，主要由3部分组成：微机模拟盘，在盘上有变电站的主接线及可操作的设备；电脑钥匙；机械编码锁。但其控制主机多为单片机，档次不高。
2 变电站自动化改造中常见的2种方案
2．1 RTU兼做监控系统控制、测量模块方案
该方案是在保留原远动装置基础上进行的升级、扩容改造。系统一般采用双机冗余模式，分为站级层和间隔层2层。系统以微机监控系统为核心，与站级层构成双主机冗余备份系统，间隔层按功能单元划分，综合遥测、遥信、遥控、遥调、通讯于一体。
2．2 全监控方案
该方案采用RCS－9000型分层布置方式，变电站保护和测控既相对独立，又相互融合。保护装置工作不受测控和外部通信的影响，确保保护的安全性和可靠性；同时可以实现信息共享，为变电站综合自动化提供了完整的解决方案。该系统可分为以下3层。
a．变电站层 采用分布式系统结构，由就地监控、远动、“五防”主站组成。就地监控及远动均采用双机备用，增加可靠性。该层为变电值班人员、调度运行人员提供变电站监视、控制和管理功能。
b．通信层 支持全以太网双网结构。双网采用均衡流量管理，有效地保证了网络传输的实时性和可靠性。通信协议采用电力行业标准规约，可方便地实现不同厂家的设备互连。支持不同的规约向不同的调度所或集控站转发不同的信息报文。支持GPS硬件对时网络。
c．间隔层 保护单元、测控单元组屏布置于主控室。测控单元采用WorldFIP高速现场总线组网，保护单元采用485口接入保护信息管理系统。
3 自动化改造中应考虑的若干问题
3．1 微机监控设备的布置
本着最大限度发挥现有装置的效益及现场方便改造施工、少停电的原则，应采取以下措施。
a．将控制室内的控制屏全部拆除，视情况保留相应的二次电缆。
b．监控系统、测控装置独立组屏，安装于原控制屏的位置。
c．拆除“五防”微机模拟盘，对“五防”系统升级。
d．根据实际需要，增设遥视系统及相应设备。
3．2 变电站自动化系统的通信网络
通信是变电站自动化系统的关键，一般采用以下2种方案。
a．宽带网方案 要求每个智能电子装置(IED)配置一个嵌入式以太网接口，每个IED作为一个接点连接到以太网上。其优点是网络的通信带宽高，通信媒介灵活，拓扑结构可靠性高，资源支持丰富，成本低廉；缺点是现运行设备大都没有嵌入式以太网接口，改造工作困难。
b．现场总线和宽带网(站控层)混用方案 几个IED通过RS485、MODBUS或现场总线等方式连接在一起，然后用嵌入式以太网接口作为一个接点连接到以太网上。其优点是产品向下的兼容性好，成本较低；缺点是要增加专用的异种网络接口设备，系统的复杂性增加。
结合现场运行设备的水平，建议采用现场总线和宽带网混用方案。
3．3 控制、信号和测量系统
将监控系统接入原控制屏内的光字牌信号，实现遥信，IED的详细动作信息通过网络送入监控系统。监控系统的下行命令通过测控装置开出，再接入操作箱屏内分合闸/升降回路实现遥控/遥调。
3．3．1 控制系统
由值班人员利用计算机进行控制操作，对220k V及以下隔离开关进行控制是自动化改造中的难 点所在，对隔离开关进行遥控可加快运行操作进度，减轻值班人员劳动强度，保证运行安全；另外，可减少隔离开关间的电气联锁，简化二次接线，由监控系统完成闭锁逻辑，避免误操作。
3．3．2 信号、测量
IED的详细动作信息经筛选送入监控系统。常规模拟式指示仪表全部取消，改成集中的数字设备。
3．4 继电保护及自动装置
由于国内制造厂家的产品基本上不能实现直接互联，目前现场采用保护通信管理机或规约转换器将其他的通信方式转换成站内的主干通信方式，随着近年远动规约与IEC的接轨，制造厂家通信接口技术也有了长足的发展，常见的通信接口与规约见表1。
从表1可看出，国内一部分厂家已完成了嵌入式以太网接口的开发工作，将继电保护及自动装置直接接入以太网，可以保证高达10 Mb的传输速率，在可扩展性、可靠性、经济性、通用性等方面的综合评估中，以太网具备压倒性的优势。
建议继电保护及自动装置生产厂家将嵌入式以太网接口作为设备的必备功能。对于现有设备，实施中可根据软件版本、运行年限等具体情况决定退役或进行改造。
3．5 远动系统
远动信息是实现调度自动化功能的基础，远动信息不仅是电网安全运行及调度监视的需要，而且还影响EMS高级应用软件的功能和电网商业化运行的实现。因此，要求采集远动信息必须全面反映电网运行工况，保证其整体性、实时性、可靠性、准确性。在进行自动化改造时，可采用以下2种方案。
a．对于无当地功能的变电站，考虑将RTU全部退役，采用监控系统＋具有“四遥”功能的远动工作站模式［2］。远动工作站分别接在宽带网和现场总线上。远动信息的采集一部分取自测控单元，另一部分取自站控层宽带网。远动信息的实时性和可靠性都比较好。
b．对于有当地功能的变电站，为节约投资，考虑保留RTU及当地功能计算机，远动主机通过串行通信口及网络转换设备接在宽带网上，原有收发功能不变，远动信息的采集和处理与站控层计算机无关。缺点是硬件设置重复。
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关键词：变电站；自动化；改造
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Several Problems Encounteredin Modification of Substation Automation
P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
Abstract：This paper discusses the problems in modification oftraditional substations in Southern Hebei Power Network，thescheme selection and thesolutionsto common problems．
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Keywords：substation；automation；modification
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P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
河北省南部电网(以下简称河北南网)已投入运行的有人值班变电站，其控制系统大多采用常规控制方案，站内二次设备的设计、制造、安装及维护都未考虑“无人值班、少人值守”的要求。随着电力体制改革的不断深化，维持现有运行值班方式的各种费用将成为供电企业的沉重负担，很多变电站需要进行技术改造，以提高其自动化水平。
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变电站自动化系统改造设计的关键是方案设计，模块组态和通信网络是重点。下面结合变电站的运行状况，对具有典型意义的2种变电站自动化改造方案进行分析和比较。
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1 常规变电站的特点及系统分析
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河北南网现运行的常规变电站的继电保护均采用集中布置方式。控制屏、继电器屏全部集中布置于主控室内，所有需采集的开关量及模拟量均用控制电缆引入主控楼内。
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按照功能，变电站主要可分为控制、信号和测量系统，远动系统，“五防”系统，直流系统，继电保护及自动装置等。
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1．1 控制、信号和测量系统
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现有的控制方式为220 V强电一对一控制方式。常测指示仪表采用二次测量方式，误差较大；现 有的信号装置，一般只能粗略地表示事件的发生和消失，而不能详细地表明事件发生的准确时间、几个事件发生的顺序及其他情况。
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1．2 远动系统
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变电站的远动系统一般采用RTU集中配置组屏，可对站内模拟量、开关量等实时数据进行采集，并具有事件顺序记录、一发二收及当地功能(部分变电站无此功能)。
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1．3 “五防”系统
——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
常规变电站微机防误装置种类繁多［1］，主要由3部分组成：微机模拟盘，在盘上有变电站的主接线及可操作的设备；电脑钥匙；机械编码锁。但其控制主机多为单片机，档次不高。
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2 变电站自动化改造中常见的2种方案
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2．1 RTU兼做监控系统控制、测量模块方案
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该方案是在保留原远动装置基础上进行的升级、扩容改造。系统一般采用双机冗余模式，分为站级层和间隔层2层。系统以微机监控系统为核心，与站级层构成双主机冗余备份系统，间隔层按功能单元划分，综合遥测、遥信、遥控、遥调、通讯于一体。
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2．2 全监控方案
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该方案采用RCS－9000型分层布置方式，变电站保护和测控既相对独立，又相互融合。保护装置工作不受测控和外部通信的影响，确保保护的安全性和可靠性；同时可以实现信息共享，为变电站综合自动化提供了完整的解决方案。该系统可分为以下3层。
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a．变电站层 采用分布式系统结构，由就地监控、远动、“五防”主站组成。就地监控及远动均采用双机备用，增加可靠性。该层为变电值班人员、调度运行人员提供变电站监视、控制和管理功能。
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b．通信层 支持全以太网双网结构。双网采用均衡流量管理，有效地保证了网络传输的实时性和可靠性。通信协议采用电力行业标准规约，可方便地实现不同厂家的设备互连。支持不同的规约向不同的调度所或集控站转发不同的信息报文。支持GPS硬件对时网络。
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c．间隔层 保护单元、测控单元组屏布置于主控室。测控单元采用WorldFIP高速现场总线组网，保护单元采用485口接入保护信息管理系统。
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3 自动化改造中应考虑的若干问题
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3．1 微机监控设备的布置
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本着最大限度发挥现有装置的效益及现场方便改造施工、少停电的原则，应采取以下措施。
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a．将控制室内的控制屏全部拆除，视情况保留相应的二次电缆。
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b．监控系统、测控装置独立组屏，安装于原控制屏的位置。
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c．拆除“五防”微机模拟盘，对“五防”系统升级。
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d．根据实际需要，增设遥视系统及相应设备。
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3．2 变电站自动化系统的通信网络
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通信是变电站自动化系统的关键，一般采用以下2种方案。
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a．宽带网方案 要求每个智能电子装置(IED)配置一个嵌入式以太网接口，每个IED作为一个接点连接到以太网上。其优点是网络的通信带宽高，通信媒介灵活，拓扑结构可靠性高，资源支持丰富，成本低廉；缺点是现运行设备大都没有嵌入式以太网接口，改造工作困难。
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b．现场总线和宽带网(站控层)混用方案 几个IED通过RS485、MODBUS或现场总线等方式连接在一起，然后用嵌入式以太网接口作为一个接点连接到以太网上。其优点是产品向下的兼容性好，成本较低；缺点是要增加专用的异种网络接口设备，系统的复杂性增加。
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结合现场运行设备的水平，建议采用现场总线和宽带网混用方案。
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3．3 控制、信号和测量系统
P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
将监控系统接入原控制屏内的光字牌信号，实现遥信，IED的详细动作信息通过网络送入监控系统。监控系统的下行命令通过测控装置开出，再接入操作箱屏内分合闸/升降回路实现遥控/遥调。
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3．3．1 控制系统
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由值班人员利用计算机进行控制操作，对220k V及以下隔离开关进行控制是自动化改造中的难 点所在，对隔离开关进行遥控可加快运行操作进度，减轻值班人员劳动强度，保证运行安全；另外，可减少隔离开关间的电气联锁，简化二次接线，由监控系统完成闭锁逻辑，避免误操作。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
3．3．2 信号、测量
WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
IED的详细动作信息经筛选送入监控系统。常规模拟式指示仪表全部取消，改成集中的数字设备。
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3．4 继电保护及自动装置
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由于国内制造厂家的产品基本上不能实现直接互联，目前现场采用保护通信管理机或规约转换器将其他的通信方式转换成站内的主干通信方式，随着近年远动规约与IEC的接轨，制造厂家通信接口技术也有了长足的发展，常见的通信接口与规约见表1。
WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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从表1可看出，国内一部分厂家已完成了嵌入式以太网接口的开发工作，将继电保护及自动装置直接接入以太网，可以保证高达10 Mb的传输速率，在可扩展性、可靠性、经济性、通用性等方面的综合评估中，以太网具备压倒性的优势。
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建议继电保护及自动装置生产厂家将嵌入式以太网接口作为设备的必备功能。对于现有设备，实施中可根据软件版本、运行年限等具体情况决定退役或进行改造。
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3．5 远动系统
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远动信息是实现调度自动化功能的基础，远动信息不仅是电网安全运行及调度监视的需要，而且还影响EMS高级应用软件的功能和电网商业化运行的实现。因此，要求采集远动信息必须全面反映电网运行工况，保证其整体性、实时性、可靠性、准确性。在进行自动化改造时，可采用以下2种方案。
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a．对于无当地功能的变电站，考虑将RTU全部退役，采用监控系统＋具有“四遥”功能的远动工作站模式［2］。远动工作站分别接在宽带网和现场总线上。远动信息的采集一部分取自测控单元，另一部分取自站控层宽带网。远动信息的实时性和可靠性都比较好。
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b．对于有当地功能的变电站，为节约投资，考虑保留RTU及当地功能计算机，远动主机通过串行通信口及网络转换设备接在宽带网上，原有收发功能不变，远动信息的采集和处理与站控层计算机无关。缺点是硬件设置重复。
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