配电所综合自动化系统

摘 要：介绍了配电所综合自动化系统特点和功能,探讨了配电综合自动化的各种应用模式特点,针对低电压等级配电所的结构和实际情况,结合常规应用模式,提出一种面向低电压等级的无人值守配电所综合自动化系统结构,该控制系统兼具各家优点,又具有自己的特点.低电压等级配电所实现综合自动化系统对于提高供电质量及可靠性和经济性等具有重要的现实意义.

关 键 词：配电所；综合自动化；监控

1配电所综合自动化系统的概述

1.1配电所综合自动化系统特点

配电所综合自动化系统是将电力系统中110KV（35KV）/380V终端用户的二次设备经过功能的组合和优化设计,利用计算机技术、现代电子技术、通讯技术和信号处理技术,实现对全配电所的主要设备和输、配电线路的自动监视、测量、控制和微机保护,以及和远方通信的综合自动化功能系统.

配电所综合自动化统具有功能综合化、结构系统微机化、操作监视屏幕化和运行管理智能化等特点.它可通过采集配电网上的状态量（如开关位置和保护动作情况等）和模拟量（如电压、电流等）以及电度量,从而对配电网的运行状况进行监视；也可通过远程控制开关的合闸或跳闸以及有载调压设备,以达到预期目的（如无功补偿或负荷平衡）,并可检测和判断故障的区域,并隔离故障区域,并恢复正常区域的供电.

与传统配电所相比,配电所综合自动化系统实现可进一步提高供电的可靠性和提高电压质量及电压合格率；减少了维护工作量和减少了误操作可能性,进一步提高配电所的运行水平与管理水平；有效缩小配电所的占地面积,降低造价.

1.2配电综合自动化的技术和发展状况

我国电力行业已经进行多年配电所综合自动化系统领域的研究,其产品类型比较丰富,各种类型的产品的实现方式和结构有所不同,但都有各自的特点和适用范围.就目前而言国内现有的配电所自动化系统结构形式主要有三种.

1.2.1集中式结构形式：“集中”是指把采集、处理配电所数据,完成保护、监控任务等功能集合在一起.这样使集中式的结构紧凑、体积小、造价低等,但功能过于集中,一旦出现故障,影响面也会增大,调试维护也不方便.目前较少采用,一般在一些老配电所的自动化改造项目中有所应用.

1.2.2分层分布结构形式：“分层”是指配电所二次设备按功能分为单元层与配电所层.单元层包括各种保护、监控装置,两个层次之间通过现场总线或局域网交换信息；配电所层是负责当地监控及通信处理的上位机.“分布”是指将功能分布到不同的单元上去,保护单元是按一次设备设置的,而其他测量、控制、故障录波等功能单元则是集中设置的.

1.2.3分层分散式的结构形式：也简称分散系统,分散系统的单元层装置面向安装在高压开关设备附近或户内开关柜上的一次设备或电气间隔设置,既可以是保护和测控功能合二为一的装置,也可以是测控和继电保护功能相对独立的装置.

目前国内外开发的配电系统基本都采用分散式结构,这种结构型式接线简单,可显著地节省二次电缆,并且便于维护与测试,可靠性高、组态灵活和检修方便等优点.

2配电所综合自动化系统的总体设计

配电所是电力系统面向广大用户的一个重要环节,在电力系统中具有负荷回路多、性质复杂、高故障率等特点.随着对供电可靠性和供电质量要求逐步地提高,电力系统实现运行、控制和管理综合自动化势在必行.目前国内配电网综合自动化主要着眼于在中高压（35KV以上）电压等级研究,并已开始转向实用化.低电压等级配电所（10KV）多处于送电终端,事故影响面较小.目前这类配电所的综合自动化发展相对缓慢,当配电线路由于某种原因跳闸时,运行人员一般通过用户反映或定期巡检才能了解情况,又由于城市低压配电所的地理环境复杂,给快速排除故障增加难度,比较容易造成事故进一步扩大,不利于设备的安全运行,难以保证供电可靠性.

因此为弥补低压配电所自动化综合系统开发的不足,开发出一套相应的低压配电所综合自动化系统,能及时提供相关信息,便于发现处理故障,减小故障影响,从而有效地提高城市低压电网的安全运行水平和供电的可靠性及经济性.该系统还可利用多种通讯方式将多个配电所组合成一个大的监控群,在集控中心实现对多个配电所的遥信、遥测和遥控.

在研究配电所综合自动化系统三种结构形式的特点和适用领域的基础上,并结合我国的经济现状,研究设计出一种面向无人值守的低压配电自动化综合系统,其结构形式如图1所示.

设备层的各种设备将各自的状态量、电量通过电缆送到高压室中,作为单元层数据采集设备的输入信号.单元层数据采集设备将其采样信息处理后传给配电所层的保护与控制主机,为进一步提高了系统可靠性,保护与控制主机配以双机备份.保护与控制主机在需要保护的时候可经逻辑判断和故障处理后,将断路器跳闸或合闸信号发送给设备层,实现对断路器等设备的自动控制.保护与控制主机还负责与远方的集控中心联系.配电所层监控主机和单元层设备之间的数据通信通过CAN现场总线或光纤的完成的.

3配电所综合自动化系统的基本构成

3.1单元层

单元层主要是各种控制、测量、通讯和保护等功能的设备.系统单元层中DSP控制器或者单片机实现数据及状态的采集,然后对所采集的模拟量进行运算,再将运算后的数据上传给保护与控制主机,可大大减少数据通讯量.PLC实现CT、PT、断路器、隔离开关等开关量的采集,然后传给保护与控制主机,保护与控制主机的逻辑编程在需要保护时经逻辑判断和故障处理后,将控制断路器跳、合闸等信号发给设备层而实现对配电所设备层的控制.通讯管理单元主要实现各种电气回路的数据上传、通讯管理、同时也通过通讯接口和其他系统接口,实现资源共享.配电所综合自动化系统站内通讯网采用CAN总线,CAN总线具有高可靠性和完全的开放性,同时支持分布式控制与实时控制.3.2配电所层

系统配电所层主要设备是保护与控制主机,通过保护与控制主机完成对各DSP控制器或PLC及单片机管理、通信及控制.保护与控制主机通过CAN总线,接受下方PLC和通信管理单元送来的数据和开关状态信息,当故障发生,需要采取保护措施时经逻辑判断后将相应的故障处理信息发给设备层,实现对配电所设备层的控制.保护与控制主机与远方集控中心的监控主机进行通讯联系,在上传信息同时也接受其发来的命令.

该系统是面向无人值守的配电所,保护与控制主机的人机联系功能是在远方集控中心通过网络完成.保护与控制主机平时是以黑匣子形式运行,当进行现场维护和巡回检测时,工作人员可利用相应的数据接口浏览配电所内各种数据和状态信息,紧急情况下也可就地手动控制的相应设备.

4配电所综合自动化系统工作过程

当系统正常工作时,设备层各种一次设备的状态信号（如断路器、隔离开关的位置信号）和线路上电压、功率等模拟信号通过电缆分别引入PLC和DSP数据控制器或单片机中数据采集电路的信号输入通道中.PLC和DSP数据控制器或单片机对信号进行处理后,通过总线传给保护与控制主机.保护与控制主机中主程序来检测数据中是否存在突变量.若检测出不存在突变量,按照一定网络协议或规约,依次将状态量和数据量传给远方的集控中心,集控中心就可以监测配电所的运行情况.集控中心也可以将指令发到保护与控制主机上,从而在远方对其进行控制.若指令是对保护与控制主机本身的,则其执行相应的程序；若指令是对下方单元,如遥调、遥控等,则保护与控制主机会此指令传送给相应单元,从而完成集控中心对配电所的远方控制功能.

当配电所综合自动化系统运行正常,而保护与控制主机中主程序检测出上传的数据存在突变量,则保护与控制主机读取相应的保护数据,依据其配置的保护类型,调用相应的保护处理程序,并通过CAN总线向下方发出保护动作信号,并同时将故障信息向集控中心传递.

当发生通讯发生故障时,如保护与控制主机间或DSP数据控制器与主机间无法正常工作时,相应的DSP数据控制器将通过软件起动简单的后备保护,直接在DSP中完成故障判断及处理,然后发出跳闸信号,完成保护功能.

如果系统的各种自动化保护功能都失效,在这种紧急情况下,可手动操作配置在现场的控制开关起到一定得保护作用.

5配电所综合自动化系统的特点

由于该系统适用无人值守,配电所没有专用的配电所主控室和无相应的控制、保护屏（柜）等,配电所的各种数据直接通过网络传送至远方的集控中心,在集控中心以表格、数据、图形等方式动态的显示.配电所综合自动化系统中,集控中心通过和配电所管理机的通信,实现对下方配电所设备运行状况的实时监控,同时在远方也可对配电所管理机的进行管理,对配电所的保护功能进行配置和维护,如保护定值的设定等等.配电所综合自动化系统具有可远程维护性、具有可组态性、具有实时信息共享与交流性、具高可靠性等特点.

PLC和通信管理单元通信管理及控制通过配电所的管理主机统一完成,管理主机集测量、保护、控制为一体,充分体现了分布式结构系统的优点,同时配电所管理主机、PLC、单片机系统和通信管理单元都布置在综控室内,可以节约电缆,节省投资,造价低,也体现出集中式结构系统优点,尤其适用于电压等级较低的配电所.

6结束语

对配电所实现综合自动化控制,促进了了无人值班配电所的实现,有助于提高配电所的优化控制与管理水平,提高配电所运行的安全性、可靠性及经济效益等,从而对提高整个电力系统管理水平具有重要的现实意义.

目前我国电市场发展迅速,每年新建低电压等级配电所的数量很多,鉴于目前强有力的电力监控系统市场需求,对配电所综合自动化领域进行研究十分必要且迫切,配电所自动化系统研究立足国内市场,自主开发出适应面广,水平高,具有组态性和可远程维护,具有网络化等特点的配电所监控系统,符合配电所综合自动化发展的趋势,实现对配电系统的现代化运行管理.