淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)展策略

1　淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)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(guī)劃設計、運行管理、科研開發(fā)、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(qū)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(jiān)控手段，自動化系統(tǒng)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(jiān)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(tài)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。
　?。?/span>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(tǒng)層是2　s～5　s。
　?。?/span>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。
　?。?/span>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。
　?。?/span>5）調節(jié)　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(jié)操作，也需具備閉鎖功能。
　?。?/span>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(guī)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(jiān)控系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。
　?。?/span>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(tǒng)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(tǒng)級予以考慮解決。
　?。?/span>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(tǒng)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。
　?。?/span>10）直流系統(tǒng)　變電站的直流系統(tǒng)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(jiān)視外，還要對直流系統(tǒng)的絕緣電池的狀況進行監(jiān)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(tǒng)的多數同期點都設在發(fā)電廠內。由于實現國內電網互聯(lián)是必然趨勢，故負責系統(tǒng)聯(lián)絡線或聯(lián)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(tǒng)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(tǒng)。
　?。?/span>12）消防　由于值班人員的減少和自動化系統(tǒng)功能的完善，消防自動監(jiān)視設備也應納入超高壓變電站自動化系統(tǒng)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。
　?。?/span>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(xù)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。
　?。?/span>14）無功優(yōu)化　按照系統(tǒng)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(tǒng)的電壓水平和無功潮流的分布，達到穩(wěn)定電壓和把無功功率的潮流分布控制在預先規(guī)定的范圍之內的目的。
　　（15）圖象傳輸　通過動態(tài)圖像監(jiān)視戶外各設備的運行狀態(tài)、**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。
　?。?/span>16）小電流接地系統(tǒng)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(jiān)視而指示出發(fā)生單相接地的線路。
　　當然，隨著新技術的發(fā)展，電壓等級的提高，電網間耦合程度的加深，電力系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)應具備的主要功能
　　超高壓變電站自動化系統(tǒng)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(jié)、直流系統(tǒng)監(jiān)控、防誤操作、小電流接地選線、集中控制、消防監(jiān)控、繼電保護等要提供相應的監(jiān)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(tài)、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(jié)裝置、直流監(jiān)視系統(tǒng)、同期操作裝置、消防監(jiān)視系統(tǒng)等交換的數據）進行采集。
　　(3）運行監(jiān)視及報警記錄　通過對開關量的判斷處理，可以監(jiān)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(tài)及動作情況，發(fā)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(jiān)視電網的運行并根據其是處于正常運行狀態(tài)、還是處于異常運行狀態(tài)、臨界運行狀態(tài)或振蕩運行狀態(tài)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(zhí)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(jié)　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(jié)操作，可以一次調節(jié)一檔，也可以一次調節(jié)多檔，但同樣要具備完整的調節(jié)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(lián)的樞紐變，其自動化系統(tǒng)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(tài)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(tài)圖、保護數據、實時歷史計算統(tǒng)計數據、各類報表等靜態(tài)和動態(tài)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(lián)系及系統(tǒng)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(tǒng)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(jié)操作、各種限值定值狀態(tài)的設置與修改、系統(tǒng)操作管理權限的設置修改、系統(tǒng)設備的診斷維護投退切換等。
　　(11)計算統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)在負荷過大、負荷欠缺、負荷平衡等不同的情況下統(tǒng)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(tǒng)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。
　?。?/span>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(fā)生時有關設備的狀態(tài)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。
　?。?/span>17）遠方通信　與一個或多個調度主站以一種或多種規(guī)約通信，接收有關的命令，發(fā)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(jié)命令。
　?。?/span>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(tǒng)的實時性能。
　?。?/span>19）專家系統(tǒng)　目前在超高壓變電站比較實用的專家系統(tǒng)主要有操作票專家系統(tǒng)、事故處理專家系統(tǒng)、無功優(yōu)化專家系統(tǒng)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(fā)生器的發(fā)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(tǒng)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(wěn)定協(xié)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(tǒng)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(fā)、生產制造、安裝投運的各個環(huán)節(jié)，是可以做到先進性與可靠性相統(tǒng)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(tǒng)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(guī)范，特別要注意分期分步實施的可操作性和接口通信規(guī)約的統(tǒng)一。
　　接口是自動化系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)、通信控制器與模擬盤等設備之間的接口規(guī)范。目前已頒發(fā)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(tǒng)結構
　　超高壓變電站的自動化經過幾個階段的發(fā)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(tǒng)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(huán)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(guī)約、客戶機/服務器工作模式。
　　6　淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)展策略關于超高壓變電站自動化發(fā)展中的幾個問題的認識
　?。?/span>1）超高壓變電站實現自動化的必要性和優(yōu)越性
　　超高壓變電站實現自動化，能夠使變電站的**穩(wěn)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(tǒng)作為主要的監(jiān)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(guī)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)生器的發(fā)展策略結束語
　　鑒于淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)展策略超高壓變電站在電網**穩(wěn)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(tǒng)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(tǒng)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(fā)展自己的超高壓變電站自動化系統(tǒng)探索出一條實用、可靠、經濟、先進的途徑。