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全分散式户外变电站自动化系统在变电站中应用

　　摘要　　本文通过对全分散式变电站自动化系统选型原则描述，说明微机保护监控装置装于户外端子箱上是完全可行的，以全分散式微机保护监控装置为基础全分散式户外变电站自动化系统是完全可行的。通过辽宁丹东电业局白云66kV变电所设备配置运行情况分析，证明全分散式户外变电站自动化系统，特别值得在城农网中推广应用，符合变电站向小型化发展方向。

关键词微机保护监控 户外端子箱 变电站自动化系统 小型化
　　0、引言
　　长期以来，我国在变电站自动化系统建设中，一直存在着一种观念，不管变电站规模如何，微机保护监控装置均集中组屏安装于主控制室，尽管目前分散式微机保护测控装置大量装于开关上，但对于开关为户外开关的保护监控装置，仍然采用集中组屏安装于主控制室；导致这一观念的原因是，大家一直担心微机保护监控装置安装于户外端子箱运行可靠性和通信网络在户外铺设运行可靠性；担心微机保护监控装置在户外运行受温度、恶劣环境等影响，微机保护监控装置不能长期运行和可靠动作；担心产品使用寿命缩短和运行维护困难等。基于以上原因，微机保护监控装置大量安装于户外端子箱上，一直没有大量推广应用；导致采用以全分散式微机保护监控装置为基础变电站自动化系统，二次电缆并未减少，电缆沟施工工作量同选用电磁型继电保护情况完全一样，主控制室面积仍未缩小甚至取消，全分散式户外微机变电站自动化系统优越性能未得到充分发挥，严重影响变电站向小型化方向发展。本文通过对全分散式变电站自动化系统选型原则描述和实际应用举例，说明满足选型原则微机保护监控装置及变电站自动化系统均可应用于户外变电站，有利于变电站小型化。
　　1、全分散式户外变电站自动化系统选型原则
　　1．1一般原则
　　全分散式户外变电站综合自动化系统，分为三层：间隔设备层、通信网络层、站控监控层；间隔设备层完成线路、电容器、变压器等设备现场控制、监测及保护功能，装于户外端子箱上；通信网络层主要完成各种设备通信功能及各种智能设备、自动装置等通信接口功能；站控监控层主要完成全站数据采集与处理、断路器控制等监控功能。整个自动化系统可完成变电站遥控、遥信、遥测、遥调等功能，实现变电站无人值班或少人值班。
　　1． 2微机保护监控装置选型原则
　　1、微机保护监控装置必须为全分散式设计，即保护监控装置功能按一次设备间隔设计，保护监控装置可下放到户外端子箱安装。
　　2、微机保护监控装置结构必须为全密封结构，以提高装置抗恶劣环境能力。
　　3、硬件标准化且完全通用，有利于运行维护。
　　4、微机保护监控装置独立完成各设备的保护、测量、控制、信号功能，能同调度或后台配合，完成"四遥"功能，且保护动作不依赖通信网络。
　　5、微机保护监控装置出口最好为独立出口、带独立信号，具有独立遥控跳合闸执行继电器，以提高保护监控装置可靠性和符合我国运行习惯。
　　6、微机保护监控装置交直流通用，装置电源范围宽。
　　7、具有事故记录、故障录波等功能。
　　8、由于装于户外端子箱上，显示部分最好选用数码管。
　　9、微机保护监控装置抗电磁干扰能力强，具有抗共模、差模、静电、辐射电磁场、快速瞬变等干扰能力。
　　11、微机保护监控装置具有较高绝缘水平和较高耐压水平，以保证保护监控装置长期可靠运行。
　　12、微机保护监控装置对变电所接地电阻无特殊要求，无需抗干扰端子。
　　1． 3通信网络选型原则
　　1、通信网络选用总线型通信网络，如CAN总线、LON总线等，满足标准规约，直接构成分布式系统；
　　2、通信网络具有高可靠性，抗强电磁干扰能力强，具有非破坏性总线裁决技术，即当一台保护监控装置通信故障时，不能影响整个通信网络运行，有故障保护监控装置自动切断同通信网络联系，同时将故障信息送向监控主机或调度；
　　3、通信网络实时性能强，即当现场发生事故时，保证在重载情况下各种数据安全可靠传输到监控系统，不死机。
　　4、通信网络具有很完整自检功能。
　　5、断路器控制必须能实现远方遥控跳合闸，遥控跳合闸执行正确率必须为100%，开关就地必须保留手动的强电控制回路。
　　6、通信电缆选用屏蔽双绞线。
　　7、通信网络对接地电阻无特殊要求。
　　1． 4站控监控层选型原则
　　1、站控监控层分为带主机模式和不带监控主机模式，带主机模式，可建一小控制室，面积为10平方。不带监控主机模式，可以不建主控制室。
　　2、同调度连接可通过监控主机或网络管理单元连接，最好选用网络管理单元同调度相连，监控主机只做当地监控功能。
　　3、监控主机或网络管理单同保护监控装置通过通信网络联络，监控主机只作日常管理和监视工作；监控主机或数据通信控制装置可通过POLLING、CDT、、u4F、IEC－60870－101等规约通调度相连，实现远方调度集中监控。
　　4、监控软件必须全部汉化，必须具有完整密码功能。
　　5、监控软件功能必须完整。
　　1． 5户外端子箱选型原则
　　1、采用双层结构，外层为材料为不锈钢，内层选用负离锌板材。
　　2、全面考虑户外端子箱的防雨、防潮、抗高温、低温能力，能达IP5级。
　　3、合理设计端子箱布置，合理考虑检修、运行方便性。
　　4、所有端子箱尽量设计标准、统一。

　　2、全分散式户外变电站自动化系统在白云变电所应用情况
　　2．1白云变电所情况
　　白云66kV变电所位于辽宁丹东市东港开发区内，1999年05月01日投运，现有主变压器1台，有载调压，17个档位,10kV出线6回。白云66kV变电所是一座小型化、户外型的综合自动化变电所，全部设备户外布置。
　　2．2自动化系统特点
　　2．2．1白云变电所自动化系统特点
　　白云变电所的综合自动化部分采用北京德威特电力系统自动化有限公司生产的DVPS-600F系统.该系统最显着的特点是可在恶劣的环境下(如低温、潮湿、强电磁场干扰、有害气体、灰尘等)长期可靠运行，适合东北恶劣的气候环境。
　　北京德威特电力系统自动化有限生产的DVPS－600F系统，是目前国内比较先进的适合恶劣气候特点的综合自动化系统，是白云变电所所有设备的核心。
　　DVPS－600F是专门为变电站进行成套设计的面向用户的开放式软硬件系统、分布式安装变电站综合自动化系统。该系统分为变电站层、间隔层、通信网络层；系统突出解决了变电站间隔层微机保护监控装置在恶劣环境下连接在一起。
　　整个自动化系统的基础成员是DVP－600系列微机保护监控装置和DVP－611分散式微机监控装置。微机保护装置、微机监控装置由多微机协调工作，双重化硬件配置，每台一次设备单元对应于一个独立微机保护装置，专责于设备的保护、测量、控制、信号；所有微机监控装置装于户外端子箱上，脉冲电度表脉冲数接入保护监控装置电度接口；保护监控装置动作和运行不依赖通讯网和监控主机；事故音响信号和预告音响信号由DVP－601微机中央信号监控装置独立构成，即变电站中央信号系统不依赖监控主机；变电站间隔层通过实时通讯网同监控主机相连。监控主机通过CAN网从变电站间隔层微机保护监控装置、微机监控装置获取信息，监控主机只负责全变电站日常管理工作和实现变电站远方监控；改变以前必须将微机保护监控装置、微机监控装置、RTU装置集中组屏放于主控制室的传统做法，从而极大减化变电站的二次接线，缩小变电站的占地面积，节约投资，提高整个综合自动化运行情况。所有遥控、遥测、遥信、遥调均通过调度完成，实现变电所为无人值班。
　　2．2．2 DVPS－600F全分散式自动化系统特点
　　典型的分布式系统
　　系统纵向分为三层，即站控层、间隔层及通信网络层。间隔层设备在横向按变电站一次设备分布式布置，
　　相互独立。仅通过屏蔽双绞线构成总线式CAN通信网相联，其功能齐全、配置灵活、具有极高的可靠性，
　　被认为是综合自动化技术的发展趋势。
　　微机保护监控装置全户外安装
　　微机保护监控装置不集中组柜安装于主控制室，所有微机保护监控装置全部安装于户外端子箱上，取消
　　变电所主控制室，只设一间10平方米工具间。小间供安装通信设备及直流屏用。不用修建电缆沟，几乎没
　　有二次电缆，变电站土建工程大为减少，极大降低工程造价。且运行维护十分方便。
　　系统抗环境温度及电磁干扰能力强
　　系统保护监控装置装于端子箱上已经经过环境温度－30℃低温和环境温度为＋40℃高温多年运行考验，系
　　统稳定运行，通信网络可靠，无任何拒动和误动记录。
　　自动化程度高、可靠性高
　　采用本系统可以取消常规模拟屏、常规操作控制台。间隔层设备保护、监控及自动装置由现场就地独立完成，
　　间隔层设备同站控监控系统仅通过通信网络连接。保护动作、自动装置动作、备用电源自投不依赖通信网络，
　　间隔层设备同过普通屏蔽双绞线CAN网络同站控主机相连，站控制主机只做监控管理工作。
　　交直流两用
　　整个自动化系统交直流两用，既可以用交流操作电源，又可以用直流操作电源。使用十分方便。
　　采用成熟的现场总线技术
　　站级层采用工业现场控制总线---CAN总线。由CAN总线构成的变电站综合自动化系统，是一种总线式网络
　　系统，具有扩展方便，抗强电磁干扰能力强，传输速率高，无数据瓶颈，温度适应范围宽等优点，特别适合
　　变电站恶劣的工作环境。
　　开放式、易扩展性系统设计
　　通过采用DVP－602微机数据通信控制装置所带国际国内公认的标准规约及接口方式，可方便的与其他公司相关的智能设备相连，并进行信息交换；另外，充分考虑到变电站扩建、
　　改造等因素，间隔层设备基于模块化设计，可根据要求任意配置，变电站层设备配置灵活。
　　远动信息直采直送
　　远动与监控系统共用间隔层的保护监控装置传送来的信息，达到分布式RTU技术要求标准，满足调度自动化信息直采直送的要求。
　　分散式低周减载及分散式小电流接地选线功能
　　分散式采集各出线回路零序电流和零序谐波电流方向，通过DVP－602或后台系统集中比较，实现小电流接地
　　选线功能。
　　电压无功综合控制功能
　　可通过调度系统和当地监控，实现变电所远方调压及电压无功综合控制功能。
　　2．2．3 DVP－600全分散式微机保护监控装置特点
　　分散式
　　按每个功能单元(间隔)对应于一个小机箱设计，装置可下放到开关(现场)附近安装，同主机之间由CAN总线通迅电缆联络。统计表明，发电厂,变电站大量复杂的二次连接电缆接触不良是造成发电厂,变电站发生恶性事故的重要原因之一。把监控保护功能分散到就地独立完成，仅由普通屏蔽双绞线和主机联络，主机只作日常管理工作，避免了以往将所有测量、控制、保护、信号线都接入主控室，极大地减化了二次接线,节省了投资,提高了系统可靠性及可维护性、减少了事故隐患。
　　硬件标准化
　　机箱由四块小插件组成，电路原理简单、易于掌握，插件硬件通用,不需任何调节就可互换到DVP600系列不同用途的机箱中,更换后测量精度不受影响，便于系统快速修复。
　　微机保护微机监控既统一又不丧失独立性
　　在同一机箱内将各功能分散到保护CPU、监控CPU、通讯CPU中并行处理，保护 CPU一个插件、监控CPU和通讯CPU一个插件，各插件独立工作，由串行通讯联络，保护插件和监控插件分别由各自独立电源供电，独立跳合闸出口继电器。
　　微机保护硬件双重化设计
　　双重化装置开关电源，双重化保护CPU，多重化出口继电器。
　　先进高速的通讯方式
　　采用高可靠的CAN总线工业控制现场网络，网上任意设备间均可直接进行数据交换，接口芯片自动完成网络协议和校验，监控主站数量任意增减，彻底克服了主从式网络结构的瓶颈现象。
　　高可靠性
　　所有元件均采用CMOS工业级芯片,抗干扰能力强,故障率极低,独特的布线设计，电磁屏蔽、软硬件冗余、瞬态抑制等措施使装置具有很高的抗干扰能力，任一元件损坏均保证自动进行及时有效的处理,任何情况下不影响正常工作。
　　全密封钢结构防振机箱
　　由于低功耗无须考虑散热，机箱采用了全密封结构，使灰尘、潮湿、有害气体的影响大大降低，再加上宽温度的工作范围，使装置适合于安装在控制现场，改变了过去微机监控装置必须安装在主控室，以及要求加空调和室内密封的传统做法。
　　超低功耗设计
　　装置电源交直流220V通用，电源功耗，交流电压功耗低于，交流电流功耗低于,中间没有变送器环节。
　　开关量使用+220V电压输入
　　以往微机监控使用+24V作开入量电源，由于发电厂，变电站强磁场干扰，信号误报现象时有发生，本装置直接使用直流+220V作开入电源，既简化接线又消除信号误报现象。
　　完整的电气防跳及控制回路
　　装置具有开关的防跳继电器和常规控制回路的接口。用于交流操作防跳继电器外附。
　　灵活的硬件组态工作方式
　　小机箱模拟量中任一个均可由厂家和用户协商任意定义为电流或电压输入；开关量中任一个也可定义为脉冲或电平方式,以及进行计数和事件记录等;出口继电器可以任意指派其作用,以便满足各种特殊功能的要求。
　　显示整定简单方便
　　三个按键四位显示器可以显示修改一切参数，无须记忆操作命令。
　　独立遥控跳合闸执行继电器
　　可选择遥控跳合闸继电器输出,由压板单独投退。
　　测量CT和保护CT回路分开
　　保护电流和测量电流回路独立；既保证了测量精度又保证了保护回路的安全性。
　　开关事件记录
　　直接记录外部11个开关状态事件的时间及顺序并对脉冲计数，对不同的应用11个开关状态定义可以不同。
　　PT断线报警
　　任一相电压断线时发PT断线报警信号。
　　装置故障报警
　　当装置自检发现有不可恢复的错误时发报警信号。
　　控制回路断线报警
　　当采用断路器控制时，控制电源保险熔断或跳闸回路断线或合闸回路断线时均发控制回路断线报警。
　　遥控输出
　　独立遥控跳合闸空接点输出,由外部联接片投退。
　　遥信量
　　各保护信号,故障参数,开关量事件记录。
　　网络通信
　　总线式,普通屏蔽双绞线,直接同PC机连接。
　　2．2．4 白云变电所设备配置情况
　　2．2．4．1微机保护监控装置配置情况
　　1、10kV线路保护监控：配置DVP－631微机线路保护监控装置
　　2、主变器保护监控
　　配置DVP－621微机变压器差动保护装置
　　配置DVP－622微机主变器后备保护装置
　　配置DVP－611分散式微机监控装置
　　3、 66kV线路保护监控：配置DVP－693微机线路保护监控装置
　　4、电压互感器监控：配置DVP－671微机PT监控装置
　　5、中央信号监控：配置DVP－601微机中央信号监控装置
　　2．2．4．2监控系统配置情况
　　1、硬件：配置台湾研发工业控制机，显示器PHLIPS 21,UPS 三特1KVA 2小时,
　　CAN网络控制器,光端机
　　2、软件:配置DVPS-600变自动化系统软件
　　2．2．5 白云变电所自动化系统运行情况
　　白云变电所于1999年5月11日投入运行，到2001年12月投运已2年6个月，经过多次系统故障和异常情况的检验，所有设备和装置动作正确、运行可靠，未发现异常情况。
　　一些主要情况简要介绍
　　1、99年6月13日，友好线速断保护动作跳闸，重合成功。故障原因：拉开友好线78号负荷开关时因开关分闸速度慢引起三相短路。
　　2、 99年6月18日，东港集控站显示白云变水产线C相全接地，经巡线发现水产线锦江分22＃右2变台避雷器C相爆炸。现场情况与集控站显示一致、正确。
　　3、 99年6月19日，东港集控站显示白云变水产线A相全接地，经巡线发现水产线锦江分苇场线用户自维线路A相瓷瓶击穿。现场情况与集控站显示一致、正确。
　　4、 99年9月25日03时22分，东港集控站显示白云变水产线C相全接地，05时03分接地消除。现场情况与集控站显示一致、正确。
　　5、 2001年7月10日，白云变电压互感器故障引发母线短路，主变过流保护正确动作跳闸，重合成功，避免了故障的扩大。
　　白云变运行后，经历了多次故障和异常考验，综合自动化设备反映准确。特别是多次接地故障，当地主机不仅正确反映了接地，而且对接地线路判断正确，不必通过拉合开关来选择接地线路，不仅减少了停电损失，而且减少操作次数，最大限度的避免了误操作。
　　6、 2001年01月份，丹东地区恰遇50年不遇的低温，东港地区最低温度近－30℃，白云变的户外设备经历了严峻考验,但无任何异常发生。
　　7、东港集控站对白云变远方操作几百次，均全部正确执行。因东港市改造需要，白云变投运后多次带送东沟变电所部分负荷，拉合开关操作均由集控站进行。无一失败。
　　8、白云变电所地处东港沿海地区，空气潮湿，设备易腐蚀。但白云变电所运行两年多来，经受住了考验，无任何异常发生。
　　9、白云变所主要考核指标完成较好，达到实用化要求
　　1、遥信正确率：100%
　　2、遥控正确率：100%
　　3、遥调正确率：100%
　　4、遥测精度：满足要求
　　5、监控系统可靠率：100%
　　3、结论
　　本文通过对全分散式变电站自动化系统选型原则描述，说明微机保护监控装置安装于户外端子箱上是完全可行的，以全分散式微机保护监控装置为基础全分散式户外变电站自动化系统是完全可行的。通过辽宁丹东电业局白云66kV变电所设备配置运行情况，证明以分散式微机保护监控装置为基础的全分散式户外变电站自动化系统，特别值得在城农网中推广应用，符合变电站向小型化发展方向。