传统35kV变电站综合自动化系统改造中的常见问题和解决方法

付殿祥

（大庆电业局，黑龙江 大庆 163458）

1 引言

随着电力电子技术、计算机技术和通信技术的高速发展，采用计算机控制的变电站综合自动化系统已经在电力系统中得到了广泛的应用[1]。这种自动化系统实现了对变电站主要设备、输电线路的自动检测、控制、测量、保护和各部分综合通信等功能。变电站综合自动化使变电站实现了综合化管理，通过计算机对各种设备进行操作和监管，利用通信技术将变电站系统之间结构分布分层化。真正实现了变电站的智能化、小型化、安全化和经济化和无人值守[2-4]。

新建的变电站可以在建设过程中直接采用新技术实现变电站的综合自动化。而对于早期建设的35kV变电站，设备多采用电磁继电器，由于长时间运行，设备老化严重，这使得控制继电器和保护继电器在可靠性、快速性和灵敏性等方面受到了严重的影响[5]。由于这种原因，时常出现断路器拒动和误动出现，严重威胁变电站的安全运行。对于传统35kV变电站进行综合自动化改造能够不仅可以减少设计和维护的工作量，而且使变电站的自动化程度和安全运行的可靠性得到了提高[6]。

2 变电站综合自动化系统的工作模式

变电站综合自动化保护系统各控制保护部分需要保留手动开关操作，其他的控制、检测、监视和报警功能都是通过计算机系统实现的。通过控制系统实现对变电站内部各部分的远距离测量、控制、调制和通信，真正取代人工操作，实现无人值守。

变电站自动化系统从结构上主要有集中式、分散式和分层式。下面介绍一下这三种结构的形式和特点。

（1）集中式

这种方式是将变电站中的计算机监控系统和保护设备集中放置在一起，具有良好的运行环境。但这种形式需要多条控制电缆、连接点较多，故障发生的几率大，而且影响范围广，可靠性较差。国内早期建设的变电站综合自动化系统多采用这种形式。

（2）分散式

这种方式是将变电站中的计算机监控系统和保护设备分散安装，按回路设计将相应回路的控制保护单元安装在一次设备附近，二次设备通过电缆网络构成分散式的控制系统。采用这种方式电缆数量少、连接点较少，故障发生的几率小，可靠性高。但对于户外主变压器、断路器等在室外安装的设备，采用这种方式受外界环境的影响较大，对于设备的寿命有严重影响。

（3）分层式

这种方式是将变电站中的计算机监控系统的信息收集和控制分为站控层、间隔层和设备层来分层布置。每一层完成各自不同的功能，采用多CPU体系结构，各个控制模块采用网络通信技术实现数据传输。各层CUP以主从关系协同工作，这样可以提高系统处理多个事件的能力，与独立CPU控制系统相比计算处理上具有明显优势。

在分层式结构中，站控层的功能是将各部分数据进行集中处理，对各个计算机控制保护装置通过控制指令，并将变电站的数据信息传送到更高一级的管理中。间隔层是由检测、控制和保护部分组成，通过局域网直接接到站控层上。设备层指的是变电站内部的变压器、开关设备等一次设备。

变电站综合自动化系统采用哪种结构形式，需要根据变电站实际情况决定。

3 传统35kV变电站综合自动化改造常见问题分析

3.1 同步时钟问题

变电站综合自动化系统中继电器保护装置、故障录波器和其他智能设备在时间要要求具有一致性。只有时间统一，才能够实现各系统在GPS时间基准下进行监控和对故障的实时分析和处理，通过各断路器工作状态的先后关系来找到故障出现的原因。只有时钟统一才能保证系统安全运行，这是提高变电站运行水平的重要环节。

变电站内部的各种装置接口种类很多，在应用中经常会出现GPS对时接口与各设备的对时接口无法通信的问题。这种问题主要是由于各种设备厂家在产品生产上的不一致。因此，在设计中应充分考虑设备直接的接口通信问题。目前，变电站自动化改造多以以太网方式建网，而变电站原有的一些旧设备只有串口或者RS485接口，因此，在进行设计时必须实现设备通信插件之间接口统一化，或通过规约转化器实现信号的转换，避免通信接口不匹配问题的发生。

3.2 电磁兼容问题

电磁干扰对系统运行影响严重，而在设计中又通常被忽视，如果不采取有效的措施，将会造成严重的后果。电磁干扰无论是在系统硬件还是软件方面都是一个必须要注意的问题，可以通过接地保护、屏蔽、空间隔离等方法进行抑制和消除。例如，综合自动化系统中微机保护和自控装置中使用了大量的互感器，在互感器一次、二次绕组之间加设屏蔽层可以对电场进行屏蔽，防止高频干扰信号通过分布电容进入系统其他相关部件。进行有效的电磁干扰防护，是电力系统安全运行、提高系统可靠性的基本保障。

3.3 事故信号问题

在变电站控制系统中，发生事故时将产生事故报警，变电站将这个报警信号通过传输设备发送到上级管理中心，自动化系统识别事故信号，并启动相应的处理程序。事故信号对于实现变电站无人值守化是非常重要的，控制中心的工作人员需要对多个变电站的运行状态进行监控，当某一变电站发出事故信号时，监控中心的工作人员会通过事故信号类型，做出相应的处理。由此可见，事故信号对于电力系统的安全运行非常重要。

在某35kV变电站自动化改造中，当对10kV线路进行操作时，发现在后台和地调远方控制合开关时，会发出事故跳闸信号。变电站采用的是在控制回路中加入记忆继电器来产生事故信号。这种事故信号产生技术是可行的，事故发生原因是当后台或地调对开关进行遥合时，双位置继电器 KKJ励磁,其常开接点变为合位，但由于开关位置变位太慢，DL常闭接点仍处于闭合状态，回路接通，触发事故总信号。这个问题的出现主要是由于开关变位太慢，所以采用测控装置中设置延时，延时判断时间来解决的。当真正发生事故时，由于装置中的延时设置，不能对事故做出正确判断。

35kV和10kV都是储能开关，断路器闭合，储能装置启动，TWJ失磁，可以将TWJ的常开与KKJ的常开相连接，形成产生事故总回路，上述问题就不会发生。图1所示为事故信号回路图。

图1 事故信号回路图

3.4 监控程序稳定性问题

对于采用综合自动化系统的变电站，操作人员主要是在变电站内或者主控站内通过显示装置对变电站的运行情况进行监控、管理，对故障事件进行处理。所以监控系统能够长期稳定无故障运行是变电站提高管理水平和安全运行的关键。

一些综合自动化系统在运行时会出现后台监控操作程序出现错误的问题。系统硬件出现问题往往容易发现，但监控软件存在的问题却很难发现。综合自动化系统软件设计人员应综合考虑监控软件的实时性、可靠性、通用性、并行性、分布性等特点，设计出一次与二次设备无关、具有客户/服务器应用模式和开放式数据接口功能的监控软件。在必要时，应当对软件系统进行优化升级。

4 结论

对传统35kV变电站进行综合自动化改造是实现变电站无人值守基础，对提高变电站安全、稳定、可靠运行以及降低维护成本具有重要的意义。本文对传统35kV变电站综合自动化改造中存在的问题和特点进行了分析，结合实际工程经验，给出了相关问题的解决方法。

[1] 刘杰.变电站综合自动化的发展现状和趋势[J].中国高新技术企业,2009(6):79-80.

[2] 吴玉兰变电站综合自动化改造问题探讨[J].内蒙古水利,2009(6).

[3] 刘晓春.浅谈变电站综合自动化系统[J].中国电力教育,2010,155(4):254-255.

[4] 张继雄.变电站自动化系统选型中应注意的问题[J].内蒙古电力技术,2005(2).

[5] 杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势[J].中国电机工程学报,1996,16(3):145-146.

[6] 朱大新.数字化变电站综合自动化系统的发展趋势[J] .电工技术杂志,2001,(4):20-22.