35kV变电站无人值守自动化系统设计初探

尹琪彬

(全州县水利电业有限公司，广西 全州 541500)



35kV变电站无人值守自动化系统设计初探

尹琪彬

(全州县水利电业有限公司，广西 全州 541500)

35 kV变电站是整个县级电网中的重要节点，其承担着县级电网中电能输送、监测、控制等任务；但是35 kV变电站较为分散，调度管理中的实时性较差，加上管理人员不足，严重影响智能电网的发展。基于无人值守的35 kV变电站，设计了县级电网变电站无人值守自动化系统，重点研究了后台系统和遥视系统的设计，很好地克服了传统四遥系统中存在的问题。图4幅，表1个。

智能电网；无人值守；变电站；自动化系统

1 概 述

我国“十二五”规划中重点提到了“智能电网”的建设，因此电力系统中的自动化技术就显得尤为重要[1]。35 kV变电站作为县级电网中的重要节点，承担着县级电网中电能输送、监测、控制、管理等任务。

广西全州县变电站较为分散，工作人员较少且老龄化严重，如果继续招聘新员工会影响整体的效益，因此实现无人值守自动化控制就成为必然。变电站无人值守自动化系统是对变电站设备完善协调的一种现代化综合管理，其可以实现五遥功能，这样不但降低了运营成本，而且提高了管理水平[2_3]。无人值守变电站指的是变电站没有固定的运行人员，只有个别的守卫人员负责应对突发事件；对于接线复杂的县级电网来说，真正意义上的无人值守很难实现。

现阶段，全县35 kV变电站大多完成了技术改造，但是软硬件水平很低，主要存在以下几个问题：

(1)输变电一次设备可靠性差，远动子站的输送虽已采用了光纤传输，但不是专用电力光纤，可靠性不稳定，无法实现直采直送，降低了控制的可靠性。

(2)二次设备中存在许多传统的小规模电路，这些电路往往不具备自检能力，致使维护工作量很大，无法实现智能化。

(3)远动装置的内存容量很低，无法给调度中心提供大量的信息，缺乏有效的调节手段，不能满足实时监测的要求。

(4)目前的自动化调度系统实现了遥测和遥信，但是还不能实现遥控、遥视、遥调。

2 系统组成

35 kV变电站无人值守自动化系统的设计原则就是通过智能电网的理念，对整个县级电网进行建模，得到安全可靠的设计方案，以保证电网稳定运行。

35 kV变电站无人值守自动化系统最重要的设备是集控站，其负责整个系统的监控管理、数据收集、数据处理等[4]。无人值守系统较常规系统相比增加了微机自动巡视和跟踪功能(见图1)。

图1 无人值守系统功能示意

受控子站主要包括测控通讯模块、远动通信模块、微机五防模块、网络通信模块、保护测控模块、视频监控模块等，由这些子站实现数据实时采集、通信、终端控制等功能。这些受控子站的分布模式主要有集中式、集中分布式、分散式3种[5]。

本设计中采用的是许继集团CBZ8000自动化系统，包括站控层、通讯层、装置层3部分(见图2)。整个系统采用面向对象设计，系统结构简单，不设置总控单元，测控单元均为模块化结构并分散式安装。

图2 许继CBZ8000自动化系统结构示意

以县级电网内的20个变电站为研究对象，构造无人值守自动化控制系统，在遥测和遥信的基础上实现遥控和遥调功能。集控主站内的电气设备主要有：接地装置、35 kV进线、断路器、无功补偿装置、电源、主变压器、10 kV馈线等。

3 后台监控系统设计

CBZ8000自动化系统支持Windows XP操作系统，利用SQL Server 2000构造数据库，基于Visual Basic语言编制程序。实现无人值守自动化模型，需要得到正确的网络拓扑连接，实现系统实时分析。节点与指路的关系通常用矩阵A表示[4_5]：

A=[aij]n×n(i，j=1，2，3…n)

式中，n为节点的数量。当aij=0代表节点i和节点j间没有直接相连；当aij=1代表节点i和节点j间直接相连。定义上述A矩阵为一级矩阵，则A2为二级矩阵，An-1为n-1级矩阵。

An-1=[aijn-1]n×n(i，j=1，2，3…n)

式中，aijn-1=0代表节点i和节点j没有支路直接连接，并且要经过其他1，2，…，n-2个节点连接；aijn-1=1代表节点i和节点j有支路直接连接，或要经过其他1，2，…，n-2个节点连接。

上述算法即为网络拓扑连通性的验证，网络节点矩阵自动生成可以大大降低计算工作量。

进入监控系统前要完成登陆，系统设计时一定要根据不同的用户组设置不同的权限，进入登陆系统后就可以查询各个子系统的状态，还可以查看整个变电站的运行数据(见图3)。监控系统还可以查看变压器和进线的调度，如感性有功电度、感性无功电度、容性有功电度、容性无功电度等。

图3 直流遥测系统显示

变电站出现故障后，会弹出报警界面，同时记录下超限值和发生故障的时间，工作人员需要查看上边的提示，通过保护装置进行操作。例如，1条故障提示如下：“遥信告警： 2014_10_06 12∶23∶25 2014年10月06日12 时23分25秒514毫秒，无功补偿2WDR—821 断路器”。

本设计采用的终端设备是WYD—800系列RTU，由测控设备完成初始数据采集和预处理，经以太网由终端设备传输到集控站。较以往系统相比，本次设计中改进了微机五防操作系统，主机可以基于规则库中的数据对实际数据进行逻辑对比，并生成相应的操作程序。操作票专家系统设置了5种开票方式：图形开票、专家库开票、调用典型票、手工开票、历史操作票。

4 遥视系统设计及测试

现有变电站一般都具有四遥系统，本设计在这个基础上增加了遥视系统，即远程视频监控系统。此系统可以实现以下功能：监控35 kV变电站变压器和主要设备情况；对周围环境进行监控并实现消防系统报警；对门禁情况进行中心控制；辅助电力生产减少工作量。变电站遥视系统设备主要有：可控摄像机、烟雾传感器、红外传感器、电源、计算机、交换机、服务器等(见图4)[6]。

图4 变电站遥视系统示意

中心监控服务器是本系统的核心，承担着工作人员与前端设备联络的任务，其可以实现服务器模块管理、监控系统设置、身份认证、权限管理、视频设备管理、镜头分组、报警和联动、中心录像、数据检索、电子地图等功能。

遥视系统应用时，工作人员可以在集控站对变电站受控设备进行远程巡视，实现无人值守变电站的自动控制功能，并结合视频监控系统和图像监视系统提供的数据，远程控制现场球形摄像机(见表1)。

表1 子站采用的设备清单

5 结 语

基于全州县的20 个35 kV变电站无人值守问题，设计了县级电网变电站无人值守自动化系统。首先对整个系统组成进行了介绍，随后重点研究了后台系统和遥视系统的设计，改进的系统可以自动生成网络节点矩阵，大大提升了工作效率。本系统很好地克服了传统四遥系统中存在的问题，并在此基础上增加了遥视系统，工作人员可以在集控站对变电站受控设备进行远程巡视。

[1] 张 剑,汪 强,刘国建.满足无人值守变电站监控需求的收发信机方式[J].电力信息与通信技术,2014(6):55_57.

[2] 金 慧.浅析直流电源远程监控系统的在无人值守变电站的应用及设计[J].电源技术应用,2014(5):12_17.

[3] 尹茂林,张纪伟.适时监控系统在无人值守变电站远程操作中的应用[J].电气时代,2014(8):58_59.

[4] 张永康.城市轨道交通直流电源监控系统中无人值守新技术研究[J].上海电气技术,2013(3):53_57.

[5] 马迅飞,毛承国,张进铎.面向无人值守机房的智能监控系统设计[J].信息系统工程,2014(1):41_43.

[6] 王 军,张慧林,张 宏.农网66 kV变电站无人值守改造方案[J].农村电气化,2013(10):16_18.

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责任编辑 吴 昊

2014-11-19

尹琪彬(1972-)，男，工程师，主要从事电力系统及其自动化的研究工作。 E_mail：hhyy0011000@163.com