500kV变电站无人值班自动化控制分析

周 玲，王进考，王建树

（国网河北省电力公司检修分公司，河北石家庄 050000）

从实践的角度分析，500kV变电站不仅可以作为电力配送的主要环节，还能够成为电网建设的重要环节，因此，应加强500kV变电站的建设。如今，随着我国电力行业的快速发展和断路器操作技术的日益成熟，电气自动化的发展方向必然是无人值班、无电缆沟通和无房屋建筑等。下文对变电站自动化技术进行分析。

1 500kV变电站自动化技术

我国目前500kV变电站自动化采用的基本上都是站内监控，站内监控主要以运动数据采集及其控制作为前提，将电网调度控制和电网保护分别作为两个独立的环节实施。

1.1 自动控制系统

在对变电站自动控制系统进行运用的过程中，为了满足“无人值班”的要求，设计控制系统时遵循三个基本原则:

(1)监控系统设计过程中必须采用网络分布结构，而站控层网络采用单网配置TCP/IP协议，在监控系统的间隔层采用现场总线或以太网，为了保证监控范围和效果，其网路主要采用光纤或双绞线作为媒介［1］。

(2)根据变电站无人值班的实际情况，监控系统的监控范围也应进行详细划分。一般500kV变电站监控系统的监控范围包括电压断路器、基地开关、隔离开关、主变中性点、无功补偿投切、主变分接头的调节、电源设备的占用、直流与USP系统以及通信设备、通信电源和报警系统等。

(3)必须保证监控系统能够对站内的所有设备进行实时监控，并且能够对监控数据进行集中采集和处理，对于采样交流活动则主要以电气信号模拟量的采集为基础进行。为了提高报警信号的强度，测控原件的输入应该采用硬接点方式，GPS装置就可以对站内的站控层和间隔层进行同步保护。

1.2 自动化技术中的二次设备分布与USP系统

500kV变电站自动化控制系统中的二次设备主要采用集中布置模式，对于继电器和监控设备的分布，既可以将二者集中在一个空间内，也可以隔开布置。500kV变电站二次设备的结构、外壳颜色和外形都采用统一样式，有利于对装置和监控设备及测控系统的合理选择［2］。一般来说，变电站设置了不间断交流电源系统，即UPS系统，容量约在3 kVA。用UPS系统作为变电站的监控系统、机电保护装置等重要设备的二次电源，可以防止出现停电故障。

1.3 变电站无人值班自动电压无功控制

电压是衡量电能质量的一项不可或缺的指标。影响电压的因素有很多，其中无功对电压影响较大，因为无功不足或者过大会导致系统电压不稳定，出现下降或者上升，最终会导致减压崩溃。因此，在500kV变电站无人值班自动化控制中要重视对电压的控制，实质上，AVQC功能已经成为衡量变电站自动化水平的重要标志之一［3］。一般来说，AVQC功能的控制和管理必须按照相应的电压等级和区域进行分级控制和管理，在实施过程中可以通过投切电抗器、电容器和调节变压器等方式实施。

AVQC功能有三种重要的模式，分别是闭环模式、半闭环模式、开环模式。开环模式主要是指对于需要的调整只给出相应提示，最终的操作由人工进行;半闭环模式是指相对而言考虑较多的是自动投切电容器和电抗器，对于调整变压器分接头则只给出一定提示;闭环方式则是进行全自动调整，并且全自动的调节范围是预先设定的。

1.4 500kV变电站自动化系统网络结构

在500kV变电站自动化系统中一共有三种网络结构，分别是三层设备两层网结构、两层设备两层网结构和两层设备单层结构［4］。不同的网络结构拥有不同的特点和作用。

(1)三层设备两层网结构

在三层设备两层网结构中，设备主要分为数据的采集层、前置机层和后台主机层。其中，数据采集层主要是指I/O测控单位，分散布置在各保护小间之内;前置机层包括前置处理机和通信管理机，设置位置既可以在保护小间内，也可以在控制室或者计算机室;后台主机包含的设备主要是后台机系统各工作站和打印机，这些设备的放置与前置机层的设备放置相同。三层设备之间的通信可以通过现场总线网和计算机数据网实现。

前置机的功能相对强大，设置方式可以分为集中设置和分散设置。每种设置方式都有各自的优势，例如，前置集中设置的优点包括可以共用、数量相对较少、系统的成本较低等。

(2)两层设备两层网结构

一般而言，可以将两层设备分为数据采集层和后台主机采集层，其中的数据采集层设备可以布置在各保护小间内，后台主机层设备可以布置在控制室和计算机室［5］。数据采集层和后台主机采集层之间可以通过多主机工作方式现场总线网实现相互通信，后台主机层的设备通过计算机数据网进行通信，保护小间则采用光纤连接到控制室。

两层网络结构的最大特点就是结构简单明了，成本较低，然而，一旦后台采用主机兼操作员工作站或现场总现是单线，就会因其采用的是集中式数据，而出现主机故障时整个自动化系统全部瘫痪状态，并且修复期间的相关数据没有记录和保存的载体，操作过程中需要的同步功能也无法实现。因此，为了避免这种现象的发生，必须对现场总线网按电压等级或者功能进行冗余配置，主机按功能设置并采用冗余设置可以增强自身的可靠性。

(3)两层设备单层网结构

两层设备单层网结构包含数据采集层和后台主机层，保护小间内的I/O测控单元和控制室的后台主机层之间通过计算机数据网进行通信，保护小间采用光纤连接到控制室。

单层网结构的特点为测控单元与后台主机之间的联系是通过计算机数据网进行通信的，这就充分说明了现场总线网和数据网各有特点，不能说哪一个更具优势。现场总线网在监视与控制过程中更加重视设备的实时性、安全性和可靠性，在通信过程中是每隔几秒发送一次数据，其发送频繁且通信量较大。相应地计算机网主要在办公自动化和通信领域进行应用，其也具有高通信率的特点，但是不能频繁的发送。

2 结束语

随着自动控制系统和网络化二次设备在变电站的广泛应用，必须了解和认识变电站无人值班自动电压无功控制以及500kV变电站自动化系统网络结构，只有掌握了变电站自动化系统的构成和自动电压的无功控制，才能促进变电站无人值班自动化控制的发展。

［1］孙纯军，万炳才，褚 农.500kV变电站无人值班设计思路和试点技术［J］.华东电力，2008，(01):5-8 .

［2］卢 波，戚宏伟，赵海生.500kV无人值班变电站监控防误闭锁的实现［J］.华东电力，2008，(01):20-23.

［3］朱海峰，周咏，杨 洪.500kV无人值班变电站与远方控制中心通信的探索与实践［J］.华东电力，2008，(01):38-40.

［4］谢恩彦，潘勇伟，何鸣一，赵宗强.500kV无人值班站集控系统保护通信和远方操作功能设计与实现［J］.华东电力，2008，(01):47-51.

［5］唐 蕾，陈维荣，刘会平，姜志玲.变电站多媒体视频监控系统中的电话语音报警技术［J］.电力系统自动化，2002，26(18):57-60.