110kV变电站继电保护及自动化系统设计

陆宇

摘要：变电站是电网的重要组成部分，智能化的变电站是促进电网智能化的关键环节。设计110kV变电站继电保护系统的硬件和软件，实现对110kV变电站重要电气设备的智能保护，通过电源系统的配置、四遥功能的设计，实现对变电站运行状况的实时监测。

关键词：变电站;硬件;系统设计;继电保护

1 引言

对于自动化技术来说，其在诸多工程行业中都是具有压倒性的优势的，这也是其能够被应用于电气行业中的最关键的原因。从总体上来看，当前电气行业在自动化技术的应用上可分为三大方面：继电保护系统、时间记录系统、监控系统。这三个部分是互相依赖的，但彼此之间有存在着一定的对立性，这使得不同系统之间能够更好地做到合理分工、相互协作。然而，在实际的应用中，前面两者都存在着一些问题，但是继电保护系统却有上述两者所无法比拟的优势，因而，在整个变电站的自动化综合系统中，继电保护在进行设计的过程中所存在的一些问题将会更加突出，而这些问题正是需要我们将其单独拿出来进行分析和解决的。

2 变电站自动综合化的优势

变电站方面，基本上都是由人工手段来进行操作，这就导致了系统在自动化方面的程度低下。此外，由于识别因素往往会导致在进行记录的过程中发生错误，因此导致当时的变电站系统对人的依赖性十分强，这种强依赖性是离不开监控时所发生的数次错误的，而错误的产生又是由于部分工人的技术水平较低的缘故。这些现象若长此以往，必将引起变电站的安全事故。好在系统自动化技术使得错误率大大降低，减轻了工人负担，也使得工人们受到人身伤害的可能性被降低，使得相关的管理成本得以减少，更提升了整个变电站的运行效率。但是，自动化技术的使用也会使电缆等连接设备大量增加，产生新的问题。

3 110kV变电站结构介绍

3.1 变电站系统结构

监控主机的外围电路包括GPS通讯电路，人机对话窗口，数据采集、传输接口电路等。这种架构“面向对象”处理，实现对间隔层电气参量信息的的采集和处理。相比集中式结构和分布式結构的优点有：（1）通过面向对象方式进行处理，譬如主变维护等单元，处理速度更快;（2）电路连接通过光纤实现，可以方便后续的维护和电路扩展;（3）采用直流电压供电，当某个环节出现故障的时候，不影响其他装置的使用。

3.2 110kV变电站系统需求分析

110kV变电站继电保护的功能主要包括数据在线监测和保护两个方面，从结构上来区分，变电站的主体结构包括：站控层、间隔层、过程层3个部分。站控层实现对继电保护功能的输入，间隔层主要包括数据监测、过程层的任务是执行机电保护的任务，通过继电保护设备，实现对高压设备的操作。相关的需求如下：（1）站控层。站控层的功能是实现对变电站的运行监测和管理，通过电容的投切，实现系统中的无功优化和电压优化。在运行监测过程中，自动区分电力系统的故障状态和不正常运行状态，在出现不正常运行状态时，发出警报并在现场的光字牌上显示不正常运行的故障类型（电压异常、电流异常等）。在系统的故障状态下，在光字牌上显示故障类型并向执行机构发出动作指令。（2）间隔层。对站控层的信息进行整合，保证站控层和过程层之间数据的通讯正常。当出现报警信息或者操作信息时，及时进行处理。（3）过程层。主要的操作机构，面向一次高压侧，在系统正常运行时，提供检测数据和执行操作指令。

4 110kV变电站继电保护及自动化系统设计

4.1 后台管理软件模型

采用DCOM来构建分布式模型，同时为模型提供规范要求;在分布式变电站基础上，结合模块组件化技术，将后台管理软件中的所有功能模块都转化为组件，此时各类组件可以随意进行组合，使后台管理软件可以应用在不同规格、不同要求的分布变电站自动管理要求当中。

4.2 电源系统配置

（1）交直流系统设计。交流系统用电采用三相三线中性点接地系统，利用所用变压器产生220V电压。直流系统采用可充电蓄电池作为直流电源，为了直流系统的稳定性，蓄电池选型为铅酸蓄电池，大小250AH，直流负载以2h事故作为放电参考，变电站的通讯系统以4h事故作为放电参考。直流系统具有接地故障定位、集中监控、电池监控和绝缘状态监控等功能，而且使用一致的接口和综自系统进行信息交流，实现远程监测。（2）UPS电源系统设计。UPS的电能来源是220V直流母线、交流展，电能储备量为3kVA，在变电站断电的情况下，UPS的主要供电设备包括：变电站计算机设备、火灾报警设备、故障录波设备。

4.3 接线系统设计

（1）在母线上通过一组断路器的配合使用，将单母线分成两段，同时按照平均分配的原则，将变电站的负荷分成两个部分，分别接在两个母线上，当电厂中的某一个用电设备出现故障或者发生停电故障时，可以将改路中的重要负荷切换到另一路母线上，减小对电厂生产的影响，保证重要负荷的持续供电，从而提高系统的供电可靠性。（2）在需要检修时，可以将两路负荷相互到彼此的母线上，方便检修，增加灵活性。（3）设备简单，运维成本低，出现故障时，自动切换负荷。

4.4 通讯网络设计

主要选用Lonworks局域网作为通信网络，Lonworks主要具有三项技术特点：①开放性，Lonworks的兼容性很强，且其网络协议对所有用户提供的服务完全一样;②通讯介质兼容性高，可兼容光纤、双绞线、电缆、红外线等多种通信介质;③通信距离较长，同时可保障下载速度，具体数值为：直接通信距离2700m，下载速度达78kbit/s，满足设计需求。在设计中采用双绞线作为通信介质，通过布设得到总线网，这种总线网具有扩展灵活、结构间接特点;出于可靠性考虑，采用了主从方式进行设计，即在通信服务器的网络节点上，通过树形结构与其他节点连接，根据网络协议实现节点的循环访问。

4.5 测控单元设计

每个测控单元设计都采用保护CPU、测量控制CPU、神经元网络芯片、外围芯片进行设计。该装置具有如下特点：①可实现CPU之间的相对独立，且满足不同继电保护方式的应用要求，在此条件下可以实现保护CPU、测控CPU的信息交互;②设计中的测控CPU为测量模板或智能电能表，这两个设施具有智能化、可视化的特征，满足自动化运行需求，具体选择需要根据适用条件而定;③因为外部因素的影响，可能导致测控CPU运行不正常，那么出于运行考虑，本文选择了多任务分时复用操作方式来设计测控CPU。

5 结束语

本文主要分析了110kV变电站自动化系统设计与应用，分析当中首先为了明确设计方向，对自动化系统的优势进行了简单介绍，之后通过设计工作得到了完整的分布式变电站自动化管理系统，最终结合实例应用与数据对比，说明本文设计有效，并具有更高的应用价值。

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