淺談超高壓直流發生器的發展策略

1　淺談超高壓直流發生器的發展策略緒言
　　我國從80年代初期引進設備開始著手變電站的自動化工作，到目前為止已有近二十年的時間。在實踐過程中，積累了不少的經驗和教訓。目前，規劃設計、運行管理、科研開發、生產廠家等各有關部門對實現自動化可以給運行、**、基建、設計、施工、檢修、維護、管理等諸方面帶來直接效益、間接效益、社會效益已沒有太多的爭議。微電子技術、計算機技術、通信技術、現場總線技術等新技術在電力自動化方面的應用已取得了顯著效果。
　　本文所述的超高壓變電站，指的是220　kV及以上電壓等級的變電站。隨著電力網覆蓋的區域越來越大，電壓等級越來越高，這些變電站在電力網中起著極其重要的作用。作為超高壓變電站**可靠運行的重要監控手段，自動化系統的結構、功能、包含的內容及配置模式等顯得尤為重要。
　　本文所述的自動化，指的是超高壓變電站運行和監控所需的主要功能，其內容如以下所述。
　　2　超高壓變電站自動化包含的主要內容
　　就目前的運行需求而言，超高壓變電站自動化在采集與處理層上應包含下述內容：
　　(1)信號　主要是對各類開關量作出反應，如斷路器隔離開關接地刀閘的位置信號、保護動作的繼電器接點信號、設備狀態信號、預告信號、報警信號等，其分辨率一般為1　ms～5　ms，一般都啟動相應的事件順序記錄。
　　（2）測量　包括對電氣量和非電氣量的測量。電氣量有電流、電壓、有功與無功功率、頻率、功率因數等，非電氣量主要是溫度，有時也包括水位、流量、壓力等，掃描周期一般在設備層是1　s～3　s，系統層是2　s～5　s。
　　（3）計量　對有功電度和無功電度進行滿足計費要求的高精度計量，有脈沖量輸入和數字接口輸入兩種數據輸入方式。
　　（4）控制　對斷路器、隔離開關、接地刀閘、電容器組、保護及自動裝置以及其它開關設備進行開/合、投/退等控制操作，并具有相應的閉鎖功能。
　　（5）調節　對調相機、有載調壓變壓器分接頭等進行升/降、設定值等調節操作，也需具備閉鎖功能。
　　（6）保護　對進線、母線、出線、主變、電容器等電氣設備的運行和操作進行相應的保護。根據國家標準《繼電保護和**自動裝置技術規程》，要求220　kV～500　kV輸電線路配備原理不同的兩套保護，這是必須遵循的，可以多裝一套非微機化的保護，但其信息與控制要能納入變電站當地監控系統中統一管理。
　　（7）通信　向一個或多個調度中心傳送有關數據、圖像等信息，但同一時刻只接收一個調度中心的命令。
　　（8）防誤操作　傳統的防誤操作功能指防止誤操作斷路器、防止帶負荷拉合刀閘、防止帶電掛接地線、防止帶地線合刀閘、防止誤入帶電間隔等。實際上防誤操作的范圍要廣得多，誤觸、誤碰、誤整定、誤接線、誤投退壓板等也應包括在內，因此僅靠所謂的五防裝置是解決不了的，必須從系統級予以考慮解決。
　　（9）集控　大部分超高壓變電站帶有多個低壓站，而低壓站又絕大部分實行無人值班，所以超高壓站應該是集控站，其自動化系統需具備集控功能。當然，對于不承擔集控任務甚至是按無人值班設計的變電站，就無需考慮此功能配置，但應具備該功能。
　　（10）直流系統　變電站的直流系統為保護、控制、信號、遠動、計算機、通信、事故照明等直流負荷提供動力，其地位十分重要。因此，除要對各段母線的電流、電壓數據進行采集和監視外，還要對直流系統的絕緣電池的狀況進行監視。
　　（11）同期　隨著靜止無功補償裝置的大量推廣，新建的超高壓變電站很少采用同步調相機進行無功補償。并且，系統的多數同期點都設在發電廠內。由于實現國內電網互聯是必然趨勢，故負責系統聯絡線或聯絡變壓器的樞紐變電站仍需配備自動同期裝置，使待并列的兩個系統在電壓、頻率、相位角都能滿足條件的情況下才進行并列操作。這部分功能也應納入自動化系統。
　　（12）消防　由于值班人員的減少和自動化系統功能的完善，消防自動監視設備也應納入超高壓變電站自動化系統一并考慮，要求能及時將煙霧、溫度等報警信息傳送給值班人員或上級調度中心。對于按無人值班設計的超高壓變電站，更應該重視這部分功能的實現。
　　（13）故障錄波　超高壓變電站一般都需配置專門的故障錄波設備，以ms級的精度連續記錄事故前后一段時間內開關量、量測量的數值，供事故分析用。目前，較好的微機型故障錄波裝置已能以每周波采樣32點甚至更高的密度記錄長達數秒到數分鐘的錄波數據，完全能滿足故障記錄與分析的要求。
　　（14）無功優化　按照系統的電壓情況和電容器、電抗器、有載調壓變壓器分接頭、靜止無功補償裝置、調相機的配置情況。自動調整系統的電壓水平和無功潮流的分布，達到穩定電壓和把無功功率的潮流分布控制在預先規定的范圍之內的目的。
　　（15）圖象傳輸　通過動態圖像監視戶外各設備的運行狀態、**狀況及要害部位的情況等，對于按無人值班設計的變電站還要考慮將這些圖像信息送往主站。
　　（16）小電流接地系統單相接地故障選線　對于出線采用中性點不接地或經消弧線圈接地的變電站，應具有單相接地故障選線功能，通過對零序電流、五次諧波的監視而指示出發生單相接地的線路。
　　當然，隨著新技術的發展，電壓等級的提高，電網間耦合程度的加深，電力系統經營管理方式的改變等，可能還會出現新的要求。
　　3　超高壓變電站自動化當地監控系統應具備的主要功能
　　超高壓變電站自動化系統在通信與人機層上應具備下列功能：
　　（1）對故障錄波、無功自動調節、直流系統監控、防誤操作、小電流接地選線、集中控制、消防監控、繼電保護等要提供相應的監視控制和報警記錄手段。
　　(2) 數據采集　對電氣模擬量（電流、電壓、頻率、相位、有功功率、無功功率、有功電度、無功電度、功率因數等）、非電氣模擬量（溫度、壓力、流量、水位、油位等）、開關量（開關刀閘位置、各設備狀態、預報警事故信號、復歸等）、脈沖量（主要是脈沖電度量）、數字量（通過各種數字通信接**換的數據，如與微機保護、故障錄波裝置、微機交流采樣變送器、小電流接地選線裝置、無功自動調節裝置、直流監視系統、同期操作裝置、消防監視系統等交換的數據）進行采集。
　　(3）運行監視及報警記錄　通過對開關量的判斷處理，可以監視各斷路器、隔離開關、接地刀閘、有載調壓變壓器分接頭的位置和動作情況，以及微機保護、直流設備和其它自動裝置的狀態及動作情況，發生變位時給出對應的聲光報警、彈出畫面并作出相應的記錄。通過對電氣及非電氣模擬量的判斷處理，可以根據其數據來監視電網的運行并根據其是處于正常運行狀態、還是處于異常運行狀態、臨界運行狀態或振蕩運行狀態進行相應的處理，當處于非正常范圍時給出對應的聲光報警、彈出畫面并作出相應的記錄。
　　(4）控制　通過鍵盤在屏幕所顯示的畫面上對各可控設備進行開/合、投/退等控制操作，可以按選擇-返校-執行的方式實現每次操作一個對象的控制，也可以按批次控制、順序控制的方式一次對多個對象進行控制。無論那種控制方式，都要具備完整的控制閉鎖功能。
　　(5）調節　通過鍵盤在屏幕所顯示的畫面上對各可調設備進行升/降、定值設定等調節操作，可以一次調節一檔，也可以一次調節多檔，但同樣要具備完整的調節閉鎖和邊界報警功能。
　　(6）同期操作　對于承擔電廠并網、電網互聯的樞紐變，其自動化系統需具備同期功能，能夠按照電壓相等、頻率相同、相角相同的并網條件，自動跟蹤兩側的相關量，待符合同期條件時完成同期操作。
　　(7）設備檢測與診斷　對變壓器、互感器、斷路器、絕緣子、電纜、電容器、避雷器、消弧線圈等進行絕緣電阻、泄漏電流、直流及交流耐壓、氣相色譜、溫升、機械特性、接地電阻等參數的檢測與診斷，一般要與狀態檢修結合起來。
　　(8）畫面編輯生成修改與顯示　能夠按超高壓變電站的要求生成、編輯、修改、存儲、顯示變電站主接線圖、地理圖、設備狀態圖、保護數據、實時歷史計算統計數據、各類報表等靜態和動態信息。
　　(9）報表編輯生成修改與打印　能夠按超高壓變電站的要求生成、編輯、修改、存儲、顯示、打印變電站的各類報表。
　　(10）人機交互聯系及系統維護管理　通過鍵盤、鼠標、顯示器、音響等人機交互設備進行各種操作以及系統的維護與管理，如編輯修改調閱打印畫面報表數據庫、各種控制調節操作、各種限值定值狀態的設置與修改、系統操作管理權限的設置修改、系統設備的診斷維護投退切換等。
　　(11)計算統計　利用已知量對一些沒必要或不可能采集到的量進行計算，并按運行要求完成統計工作。
　　(12）歷史數據記錄　記錄存儲有關的數據，作為歷史檔案。可根據數據不同類型和重要程度按分鐘、小時、天、月、年等分別處理。
　　(13）電度量分時采集和累加　按峰—谷—平的不同時段以及系統在負荷過大、負荷欠缺、負荷平衡等不同的情況下統計所用的電度量，為電力**走向市場提供強有力的技術手段。
　　(14）旁路轉代　自動處理旁路母線開關轉代時的量測量、電度量的顯示、打印、累加、統計等。
　　(15）事件順序記錄（SOE）　把斷路器、保護及其它自動裝置的動作按先后次序順序記錄下來，作為分析事故、評價設備動作情況的依據，其分辨率為1　ms～5　ms。
　　（16）事故追憶　按預先定義的事故起動條件和要記錄的量，把事故發生時有關設備的狀態和運行數據記錄下來，一般按掃描周期計，記錄事故前三個周期和后五個周期的數據即能滿足基本的要求。
　　（17）遠方通信　與一個或多個調度主站以一種或多種規約通信，接收有關的命令，發送有關的數據。一般在同一時刻只能接收一個主站的控制調節命令。
　　（18）圖像信息采集與傳輸　對于配備有圖像采集設備的變電站，還應該能把有關圖像信息傳送到主站，但不能影響系統的實時性能。
　　（19）專家系統　目前在超高壓變電站比較實用的專家系統主要有操作票專家系統、事故處理專家系統、無功優化專家系統及值班員培訓仿真，可根據實際情況選配。
　　4　淺談超高壓直流發生器的發展策略實施超高壓變電站自動化應遵循的原則
　　近些年來，超高壓變電站自動化系統方面的工作，可以說既有經驗也有教訓。按照“運行可靠、功能實用、技術先進、價格合理、維護方便、易于推廣”的原則去實施，成績就比較明顯；偏離了這個原則，就收不到應有的效果。
　　運行可靠體現在：（1）本身各模塊能穩定協調地工作；（2）關鍵部分一定要有冗余、備份等措施，不因單個模塊的故障而影響整個系統的正常運行；（3）抗干擾能力強。
　　功能實用體現在：（1）基本功能、日常操作所需的功能必須完備、簡明；（2）信息分流，哪一層需要的信息才送往哪一層。
　　技術先進體現在：（1）采用當前的主流技術；（2）符合開放、分布分散分層的標準。一定要改變可靠的必然在技術上落后、技術先進的必然不可靠的觀念。如果能夠把握好設計開發、生產制造、安裝投運的各個環節，是可以做到先進性與可靠性相統一的。
　　價格合理、維護方便、推廣容易也都是非常重要的因素，與以上幾個方面是相輔相成的。
　　關于自動化系統的模式問題，筆者認為，應該摒棄具體模式之爭，而應按以上原則通盤考慮。既不能局限于某一兩種模式，又不能一盤散沙，各自為政，隨心所欲。所以，應制訂出適合幾種模式的功能規范，特別要注意分期分步實施的可操作性和接口通信規約的統一。
　　接口是自動化系統中非常重要而又長期以來未得到妥善解決的問題之一，包括RTU與通信控制器、保護與通信控制器、小電流接地裝置與通信控制器、故障錄波與通信控制器、無功裝置與通信控制器、通信控制器與主站、通信控制器與當地監控系統、通信控制器與模擬盤等設備之間的接口規范。目前已頒發的有DL\|476、IEC 870\|1～5、IEC 870\|5\|101/102/103等標準，適用于集成有通信控制器功能的RTU與主站及變電站有關設備的接口。
　　5　超高壓變電站自動化系統結構
　　超高壓變電站的自動化經過幾個階段的發展，目前基本趨于成熟。隨著逐步推廣和**實施，對其可靠性、準確性、快速性、選擇性等都有了更高的要求。所以，總的來看，系統必須采用開放、分布、分散、分層的網絡結構，即分為采樣與隔離層、采集與處理層、通信與人機層，才能滿足這些要求。當然在物理結構上應能做到既可分散安裝，又能集中配屏。
　　(1)采樣與隔離層　小PT/小CT專門設置，測量與保護嚴格分開，采集與處理層根據需要選用該層的輸出。
　　(2)采集與處理層　采用基于現場總線的分布模塊結構，加強模塊的抗電磁干擾能力、抗惡劣自然環境能力。物理結構上，既可集中安裝也可分散安裝，逐步過渡到戶外安裝。
　　(3)通信與人機層　采用標準的網絡結構、標準的通信規約、客戶機/服務器工作模式。
　　6　淺談超高壓直流發生器的發展策略關于超高壓變電站自動化發展中的幾個問題的認識
　　（1）超高壓變電站實現自動化的必要性和優越性
　　超高壓變電站實現自動化，能夠使變電站的**穩定運行水平提高、綜合造價降低、人員減少（但對人員素質的要求提高了），具有明顯的經濟效益和社會效益。隨著變電站電壓等級的提高，必須配備運行可靠、功能完備的自動化系統作為主要的監控手段。
　　（2）關于超高壓變電站能否實行無人值班問題，一直存在兩種不同意見。一種意見認為：超高壓變電站電壓等級高、設備容量大、被控對象多、控制對象距離遠、接線復雜、出線回路多、影響面廣，因而不宜實行無人值班；另一種意見認為：超高壓變電站建設投資規模大、設備先進可靠、自動化程度高、可控性好、操作次數相對較少，因而從理論上講更有條件實行無人值班，并且華南某中心城市已在330　kV市內變進行了成功實踐。筆者認為，對此應客觀分析，采取適當對策。 就現代電力系統而言，信息量多，反應速度快，對反應速度和操作準確性的要求已經超過了人力所能達到的限度。而且，由于人對接收信息的反應及人的文化水平、工作經驗、責任心、思想情緒、身體健康狀況等方面的影響較大，隨機因素更多，所以，即使有人值班的變電站，也應該按較高的自動化程度來考慮。
　　（3）關于超高壓變電站自動化系統的抗干擾問題，亦即所謂的電磁兼容問題，這是一個非常重要然而卻常常被忽視的方面。傳統上的變電站自動化設備出廠抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關電焊機、風扇、手提電話等定性試驗，到現場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標，這是一個極大的隱患。因此，需要有關部門在科學試驗和經驗總結的基礎上，盡快制訂出定量的電場磁場干擾強度、頻率和方向指標。
　　7　淺談超高壓直流發生器的發展策略結束語
　　鑒于淺談超高壓直流發生器的發展策略超高壓變電站在電網**穩定運行中的重要作用，各有關部門應該把超高壓變電站自動化系統的配置及運行可靠性作為重點課題來考慮。通過合理地配置超高壓變電站自動化系統的功能，達到提高運行可靠、減人增效的目的，同時也為我國發展自己的超高壓變電站自動化系統探索出一條實用、可靠、經濟、先進的途徑。