220kV变电站综合自动化系统技术改造与新技术应用

2022.10.20

邓翔龄

摘要：经济发展对电网运行、变电、负荷控制能力提出了更高的要求，尤其是在变电站自动化系统设计及应用上，如何设计一个自动化程度更好，运行更加稳定安全的变电站综合自动化控制系统，是摆在科研人员面前的一个难题。但是，伴随着计算机技术、智能控制技术等的进步，为变电站自动化科技含量与控制水平的提高创造了条件。110kV及以下综合自动化变电站的运行经验，为220Kv综合变电站的设计及建设提供了经验和技术准备。本文根据新时期220kV综合自动化变电站建设要求，就该系统设计当中所涉及到的防误闭锁功能和保护信息收集，针对新型智能监控技术与蓝牙技术等应用提出了自己的意见，希望对220kV综合变电站的设计及应用提供一些帮助和启示。

关键词：220Kv；变电站；自动化；防误闭锁；监控系统

变电站综合自动化控制系统是一项非常复杂、科技含量非常高的自动化控制系统，这一系统的技术水平、控制水平不仅影响到变电站的运行，甚至会间接的对整个局域电网的运行及安全造成影响。伴随着经济发展，电网运行不安全因素也在增多，美国2012年大停电事件给我国电网运行敲响了警钟，也对我国电网的相关自动化控制系统设计、研发、功能、操控能力等提出了更高的要求。除了完善系统组成之外，还要求在科研当中将自动化领域的一些最先进的科研成果应用到系统当中，尤其是智能化控制科研成果，实现系统的高度自动化、智能化。

1新一代220Kv综合自动化变电站设计技术问题分析

1.1防误功能

微机五防技术是220kV综合自动化变电站控制系统的核心部分，主要功能是控制系统的闭合与开合运行，在此基础上实现系统的自动化控制的目的。传统的微机五防技术缺陷比较明显，最近几年在电气自动化科研领域中将监控系统与微机五防结合起来，形成了一种建立在监控系统之上的微机五防技术，有效地增强了系统的控制能力。但是，微机五防的控制程序相对比较多，要经过模拟操作、软解锁命令、遥控操作和闭合命令等程序才能完成控制过程，其中主要由一个环节出现了操作失误，整个系统的闭合就无法完成，也就是达不到防误的效果，这是目前220kV综合自动化变电站控制系统设计中的一个明显的不足。现在的自动化控制功能的实现，主要依靠的是可编程控制器，这种控制器成本低，也能够在一定程度上达到自动化控制的目的，控制功能的运行需要在输入程序的基础上进行，但是在程序运行方式上有一定几率出现错误，因为本身控制器在长时间的使用过程中可能会出现变化，程序也会发生损坏。

最近几年，微机五防科研活动也在不断的发展进步，从收集到的资料来看，现在依然是在监控系统的基础上将其与防误闭锁功能结合起来，使用更加先进的监控系统及控制技术，来实现更好水平的监视控制目的，达到更好的防误闭锁控制效果。尤其是现在计算机技术发展与进步，为防误闭锁功能水平的提高创造了条件。比如说更加先进的CPU、更加先进的集成化控制软件、逻辑功能更加复杂的控制软件与芯片、具有系统主动探测及检查功能主动探测反馈式变电站自动化运行检查系统等。尤其是可视化逻辑变成控制器的出现，增强了不同的运行条件下的系统防误闭锁控制能力。在此基础上产生了更加先进的间隔防误闭锁，这种技术打破了不同防误闭锁系统的限制，能利用间隔和公用信息设置相关闭锁程序，其适应力、控制力大为增强。目前来看研究主要集中在两个方面上。（1）开发一款专用的防误闭锁软件，并将其嵌入当前的综合控制系统的总控单元和监控的前置机内，根据变电站所有开关量与模拟量，及编程确定好的防误规则，实现自动防误闭锁。（2）在网络和协议（主要是以太网TCP/IP）在装置间信息交换的基础上进行防误闭锁控制，值得注意的是国外一些企业已经将这一功能集中到手机APP当中，实现了随时随地的防误闭锁操作目的。从图2中可以看出电动遥控闭锁接点编码锁，能够根据计算机发出的指令实现快速闭锁，并且在系统当中强制闭锁功能，也就是在计算机指令无法完成的情况，采用人工操作的方式实现闭锁，有效地应对自然灾害之下无法完成闭锁的问题。

2.2保护信息的采集及处理

220kV综合自动化变电站监控系统的运行是建立在充足的保护信息采集、分析的基础上，在此基础上判断系统的运行状态，发出具体的操作指令，硬接点方式和串行通信是目前保护信息采集的主要形式，常规继电保护之下只能使用硬接点方式收集保护信息，而计算机在整个系统中处于核心地位，对其保护则采用了硬接点与串行通信两种方式。根据当前220kV变电站监控系统的相关技术资料来看，现在在该系统中的串行通信方式保护信息收集主要途径。主要分为两种类型：第一种，保护，信息收集装置设计在监控系统的公用信息工作站当中，在工作站当中根据反馈的信息来收集保护信息。第二种，保护信息收集装置直接嵌入到综合自动化信息的计算机当中，由计算机通过搜集公用信息工作站发出来的信息进行识别处理收集来的保护信息。而这种设计方式让现在的保护信息收集受到了一定的影响，将保护信息收集装置直接嵌入到监控系统的功能信息工作站当中，在信息收集的过程中会受到各种通讯规约的影响，需要监控系统和保护厂家之间通过反复的調试配合才能达到工作要求，在技术上具有一定的难度。更重要的是公用信息工作站有直流系统等智能装置，通信之间可能在工作的过程上出现互相干扰而导致信息无法收集的情况出现。因此，建议将220kV综合自动化变电站监控系统的保护信息采集方式由嵌入式改为独立式，也就是将其从监控系统当中收集出来，利用可编程微型CPU设计终端监测装置，直接安装在监控终端当中，并人监控终端的信息采集中，实行双向传输信息，利用保护信息终端监测与收集装置对这些信息进行过滤，过滤原则根据编程确定，并将保护信息传人给计算机。这种设计方式，让监控系统与保护信息的采集及处理分开，避免了相互制约与影响。

2新技术在220kV变电站综合自动化系统设计应用及发展情况

2.1新型智能监控技术的应用

现在的220kV变电站综合自动化系统在现在的技术条件之下，對保护信息收集及监控系统的依赖性比较大，如果这两个系统出现了问题，则很难保证系统运行的安全及整个变电站的正常工作。但是，由于监控集成到调度中心之内才能看到，220kV变电站综合自动化系统变电站的责任人员看不到，在这种情况下智能手机和APP就派上用场，设计一块智能监控的手机APP软件，保证220kV变电站综合自动化系统工作人员能够对整个变电站的运行随时随地进行监控，改变了时间和距离的影响。当然，利用智能手机和APP，可以收集220kV变电站综合自动化系统中各个运行关键节点的运行数据，将其反映在整个系统的运行示意图当中，一旦发生故障能够快速的排除故障，增强故障反应能力。此外，在变电站的自动化运行过程中，一些检修人员、工作人员会随时进入现场，其操作行为可能影响到变电站的自动化运行，可以采用计算机视觉技术与即时通讯技术对现场移动物体进行自动识别，跟踪现场工作人员的操作过程。此外，针对运行中的各种数据资料，计算机视觉技术也能做到指针式仪表标示值的自动检定及数据传输等功能，为自动化控制行为提供基础和依据。

2.2蓝牙技术在解决220kV变电站综合自动化系统布线问题中的应用

蓝牙是一种比较先进的短距离安全传输技术，其依靠系统配对形成一对一的传输关系，而相互之间的设备传输之间不会对另外的设备蓝牙传输造成影响，伴随着蓝牙技术的不断进步，这种技术除了应用于通信行业之外，在工业生产当中的应用范围也是越来越广泛。这是因为传统的220kV变电站综合自动化系统科技含量越来越高，传统的布线方式已经无法满足新系统的设计要求，以太网之下的布线难度极大，一旦出现故障需要较长的排查与处理时间。如果能够将蓝牙技术应用到布线当中，实现数据传输与语言通信的双重功能，则能有效地解决这一问题。但是目前来看，困扰这一问题实现的条件主要有两点，蓝牙传输距离非常有限，并且受障碍物的影响比较明显，在布置过程中需要进行蓝牙传输节点设计，如何保证各个节点之间不会相互影响，是必须解决的一个问题。另外，蓝牙技术并不能进行主动地、连续的传输，要想将其真正地应用到220kV变电站综合自动化系统当中，必须解决连续、主动传输的问题，这就需要一个智能化的装置自动发出传输的命令，还要将其与中央计算机连接起来。以现在的技术研发能力，智能化控制装置比较容易实现，而智能控制装置如何与计算机进行连接是一个难题。

总之，220kV变电站综合自动化系统未来朝着更加智能化、更加安全、功能更加丰富的方向发展，这需要充分的技术依托，并能够将各种先进技术比如说蓝牙、CPU应用到系统建设当中，才能达到预期的发展目的，各地应该加大这一方面的科研投入，保证新技术研发顺利进行。