微机综合自动化保护系统在110kV变电站中的应用

李爱玲　韩启华

摘 要：随着计算机技术、通信网络技术以及电气自动化技术的不断发展，变电站微机综合自动化保护系统在电力系统中的应用越来越广泛，它能够保证变电站之间的分配控制、分配检查以及电能传输等任务的顺利完成。该文首先对变电站微机综合自动化保护系统的设计进行研究，并结合具体案例分析其在110kV变电站中的应用。

关键词：微机综合自动化保护系统 110kV变电站 监控系统

中图分类号：TM63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0057-02

众所周知，变电站是电力系统运行的重要环节，其运行情况与整个电力系统的安全、可靠、经济的运行直接相关，而变电站系统包括一次系统和二次系统，变电站能否运行的安全、稳定，在很大程度上取决于二次设备的工作性能和自动化水平。微机综合自动化保护系统是电气自动化技术、计算机技术、通信网络技术等在变电站领域的综合应用，其主要目的在于充分利用以微机为核心的保护系统和控制装置，同时实现信息交换，不仅能全面提高变电站的技术管理水平、系统运行可靠性水平，还能降低运行维护成本，向用户提供更为优质的电能。

1 110kV变电站微机综合自动化保护系统的设计

1.1 具体设计

根据110kV变电站综合自动化保护系统设计原则和以及对设备间隔层的要求，比较多家生产变电站微机综合自动化保护装置的性能和关键技术指标，同时考虑最佳性价比、经济性、售后服务等因素，优选微机监测保护装置，比如CAN2000系列综合自动化保护测控装置硬件由微处理器模块、电源模块、交流信号输出模块、操作回路模块、直流模拟及开关量输入模块组成，加上高可靠性的软件冗余设计，使装置具有较强抗干扰性能；网络上各装置独立运行，一个装置故障不会对其他装置运行造成影响；系统通讯网络采用高速现场总线技术，具有“四遥”功能，整个系统具有传动试验功能、自检功能、在线监视功能、分散故障录波功能、完善的事故分析功能；采用转为强干扰环境下设计的控制局域网CANBus网络，允许多主节点、多优先级信息传输，可保证信息传输实时性和有效性。因而，进行微机综合自动化保护装置设计的时候，可考虑采用该装置。

目前，微机综合自动化系统通信网络通常采用的是以太网，100M以太网应用于变电站层，10M以太网应用于间隔层，间隔层具备以太网接口的设备比如保护装置、测控装置、自动装置等可直接接入间隔层以太网，其他设备则可通过测控装置或低压保护装置间接接入间隔层以太网。110kV变电站的微机综合自动化保护系统可靠性要求高，可采用双重化的以太网，以此保证发生单一事故时不会破坏任何功能。若变电站站点较多，可采用交换性集线器将间隔分成若干子网，对冲突域的站点数量进行限制，确保系统响应速率。

1.2 监控系统设计

110kV变电站的监控系统是保障电力系统运行安全性和经济性以及电能质量的重要平台，一方面，监控系统能处理采集的实时遥测、遥信、遥控和遥调量，实时动态显示换面和参数，当出现故障或异常的时候，发出告警信号，通知工作人员及时处理，另一方面，监控系统的调度端可从人机界面向变电站端发出遥控命令，使其执行相关操作，因而监控系统的设计是微机综合自动化保护系统设计中非常关键的一个环节。对于监控系统的设计，要考虑微机综合自动化保护系统设计原则和要求及其与间隔层所采用的微机保护设备的相互适应性，同时考虑变电站以往运行情况，选用合适的后台监控软件。

以电力专业监控软件POWER 2000为例，该软件能对数据进行处理、运算和存储，具有报警、调度通信、管理运行参数、投退保护、事故追忆、系统对时、“四遥”、远传数据、网络传输等功能，以网络方式与主站通信，支持交流、直流两种输入电源，可接受GPS对时命令。为实现对变电站的全面监测和控制，设计中应采用成熟的实时数据库管理系统、矢量图形系统、丰富的规约库，从而实现与电力设备常见不同设备之间的通讯。变电站监控和管理系统通常要同时执行几项任务，而每项任务或线程都有自己的运行环境和优先级，由操作系统安排CPU执行，为此，可采用Windows NT 32位实时多任务视窗操作系统，该系统具有最适合SCADA应用的环境，32位系统具有多线程和多任务处理能力，实时性能良好，能在运行任务之间有效地分配CPU资源，决定备装载的任务何时需要CPU，并立即作出应答，可保证监控系统实时性；也可采用iES-SL300提供一套面向110kV变电站间隔层设备的集成化、开放式监控平台，将其作为变电站自动化信息处理中心，iES-SL300变电站监控系统具有完备的通讯功能，可对间隔层设备进行监控管理，方便扩展SCADA功能，显示方便且直观。在网络系统方面，采用成熟可靠的以太网，采用TCP/IP协议作为通讯协议，它支持光纤通讯和双总线网络，可保证综合自动化通讯处理装置之间的数据有效传送，防止数据丢失，也可自动检测网络总线以及各个节点的工作状态，自动选择、协调各个节点的网络通信。

1.3 微机五防系统

微机五防系统由防误主机、智能网络控制器、智能防误控制器、智能电脑钥匙、通讯充电管理器、防误锁具等构成，其工作原理是将普通防误锁具安装在手动设备上，通过机械方式闭锁，通过通讯管理机与监控系统的通讯实现对变电站内设备的模拟操作和状态对位。微机五防系统支持多种通讯协议、组屏安装、监控防误一体化、在线式闭锁和离线式闭锁的混合操作，与智能变电站设计要求相符合，在110kV变电站装设微机五防系统，可避免变电站运行过程中由于人为操作失误导致的电气设备损坏、大面积停电、系统震荡等事故的发生，可有效提高电力系统运行的安全性、稳定性和可靠性。其框架图见图1。

由于离线式微机防误闭锁系统中五防主机与电脑钥匙、锁具之间没有采用电缆连接，而是通过与监控系统通讯和电脑钥匙的回传记忆方式，实现防误主机上显示的设备状态与实际设备状态保持一致的，另外，离线式微机防误闭锁系统能适应各种电压等级复杂的接线，维护方便，造价低，不仅具有五防功能，还具有设备对位、模拟预演操作、发送和存储操作票、现场解锁操作、通讯接口等功能，因而在设计中建议采用离线式一体化微机五防系统，通过以太网将五防主机与后台监控系统连接起来，五防系统则通过后台监控系统获取现场遥信量，用电脑要是将遥信量回送至系统生成虚拟遥信状态，实现五防系统中设备状态与监控系统中设备状态相关信息的一致。五防系统与后台控制系统共享实时数据以及监控画面，为方便工作人员操作，在系统中安装模拟屏。

2 微机综合自动化保护系统在110kV变电站的具体应用

某110kV变电站是某集团公司内电压等级最高、规模最大且系统运行最为复杂的一个变电站，担负集团内部生产和周边几个村庄的供电任务以及两个电厂的发电任务，从投运至今已有10年之多。近几年，二次系统中逐渐暴露了一系列影响该变电站安全运行的问题，对该变电站二次系统进行改造势在必行。经多方面商讨，决定CAN2000系列微机测控保护装置进行微机综合自动化改造，装置可集中组屏安装，也可就地安装在开关柜上。采用iES-SL300变电站监控系统，iES-SL300以工控机为主机，将CAN网卡、串行通讯卡和以太网卡集成到机器内。

此次改造主要是对110kV变电站的110kV、6kV系统进行微机综合自动化保护系统改造，110kV变电站110kV侧保护测控装置采用集中组屏，6kV高压柜保护测控装置就地分散布置。从变电站主控制室到室外、室内共敷设配电设备屏蔽控制电缆约15km。主控室原主变保护屏位置后临时布置新通讯屏，安装后台系统，敷设新通讯屏到后台工作站的以太网线。敷设两条通讯线，通讯线一头分别分布到6kV各柜，另一头分别接至CAN网卡口上。安装6kV高压柜保护测控装置于110kV变电站内，并在主控制室原控制屏后位置临时安装110kV变电站110kV侧保护测控装置，对微机保护测控屏进行调试和试验。为保证不间断供电，改造过程中使两套系统并列运行，改造完成后将旧电缆和旧屏拆除，并整理电缆，定位新保护屏的位置。

经过此次改造，该变电站自动化水平以及综合运行安全水平明显提高，满足了当地生产生活需要。微机综合自动化保护系统所具备的良好的人机界面以及强大的数据管理功能为变电站管理人员和技术人员分析研究变电站运行情况提供了强有力支撑。原有二次系统存在的安全隐患基本上被消除，提高了二次系统的安全运行水平。更换为微机自动化保护后，对系统的保护整定更加精确，保护的上下级之间有了更加密切的配合，使得变电站二次保护系统可靠性全面提升。系统扩展性良好，接口丰富，抗干扰性和集成化程度高，节约了空间，降低了维护费用，简化了值班人员的劳动强度。

3 结语

总之，微机综合自动化保护系统是电气自动化技术、计算机技术、通信网络技术等在变电站领域的综合应用，采用嵌入式微机系统作为变电站的保护、监测和控制模块，通过现场总线技术将数据采集到变电站自动化主站，处理打包后，通过通信信道发送至调度端，反之，通过后台监控系统下发调度指令，从而实现对整个变电站的“四遥”功能，有利于全面提高110kV变电站的技术管理水平、系统运行可靠性水平，还能降低运行维护成本，向用户提供更为优质的电能。针对现有110kV变电站二次系统中暴露的影响变电站安全运行的问题，应加强微机保护综合自动化改造。

参考文献

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