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1、0 引言 在当今不规范的市场空间里，人们希望电力供应商以一个竞争的价格提供可靠的电力。美国西部的电力供应商正期望有一个竞争激烈的市场空间，作为供应商，他们深知竞争的残酷性，他们必须降低维护成本，改善设备运行性能。他们必须保证电力的可靠性，提供快速的服务，并要使其成本具有竞争性，尽可能的减少资源浪费。自动化变电站能够提供保证电力连续供应所需的信息，这就降低了维护成本。 3.1 用户图形界面用户图形界面这个项目采用了先进的自动化技术，但它必须适合当今的系统。首先必须使维护人员对这个新的系统感到舒适，能够掌握用户图形界面。科第那变电站的自动化设计方案主要有以下两个基本特点。第一个特点是用户图形界面上
2、有开关盘第一个特点是用户图形界面上有开关盘的模拟构造的模拟构造。图1实际上就是用户图形界面上的图象。用户图形界面包括一个计算机模块和一台21寸显示器，奔2处理器运行于WINDOWS NT 环境下。 用户图形界面使得工作人员可以通过这个可触摸的屏幕，或者通过开关盘上传统的机械开关和电表对变电站的设备进行监视及操作。图2是用户图形界面的屏幕所显示的电表和控制开关图。这个方案采用了两种运行方式，然而，最终目标是要用计算机来彻底地取代这种传统的机械表计和电气控制。 3.2 远方终端装置远方终端装置(RTU)第二个特点是使得用户图形界面和远方连接起来，这是通过SCADA网络来实现的，SCADA可以控制设
3、备的运行及操作。SCADA装置不仅能够获得变电站的信息（如功率潮流，故障信息，设备运行）而且还能获得变电站的远方控制端的一些信息。一些操作控制包括断路器控制和手动自动选择。这个变电站是由当地转换中心来控制的。所有的自动化功能都是依赖微机保护继电器来完成的。这与传统的SCADA截然不同，传统的SCADA主要是借助于过多的设备来提供大量的信息，其成本很高。图3所示的控制图阐述了所用设备的功能。 3.3 保护装置保护装置采用的保护装置是由斯韦策（音译）公司生产的。这种继电器具有快速实时测量，远方瞬时跳闸，设定动作值的功能。通过一种通讯装置将这种继电器和远方的拨号式调制解调器连接在一起。为了实现工作人
4、员从远方就可控制整个系统的运行，这个通讯装置及用户图形界面都和HarrisD20控制模块连接在一起。所有的装置都以IRIG-B卫星时间为标准以便实现同步。这种最新安装的继电器具有监视断路器磨损的功能；然而，这种功能还没被应用。一旦继电器监测到磨损情况，它就立即把信息发送到负责变电站维护的中心数据库，根据此信息安排维修日期。 科第那变电站安装的继电器所获得信息远远多于传统的SCADA所获得信息。通过每条线路上的继电器，这种新系统能够收集负荷信息。通过比较每个继电器上的信息就可以判断正确性。最初，用一种型号的传感器收集负荷信息，但是如果传感器发生漂移，目前还没有方法来解决这个问题。 3.4 工程所
5、取得的成果工程所取得的成果科第那变电站自动化方案在某些功能方面存在着不足。它的首要目标是在准确性方面取得进步，总结经验，而不是立即解决自动化的所有问题。通过调制解调器和收集的信息来建立连接，为满足SCADA的基本要求提供返回通道，针对这两个方面进行了详细的研究。目前，这种新的自动化技术取得了很好的效果。科第那变电站的工作人员发现的问题很少，其运行情况与装有SCADA 的变电站差不多。科第那变电站所得到的信息与SCADA的相似，这些信息反映在SCADA屏幕上，工作人员很容易搞清楚。 自动化装置的可靠性还不稳定。时常出现关于GUI UPS 逆变系统的错误信息，这是由变电站变压器的电压抽头引起的。第
6、一个自动化方案所涉及的范围相对较小些，在检验和推广应用这种新技术方面仍有很多工作要做。然而，所取得的初步成果有很大的鼓舞作用，使工作人员受益非浅。4 太浦顿变电站经验太浦顿变电站经验 太浦顿变电站位于太平洋电气公司管辖范围的南端，靠近圣利斯奥比波（音译）。太浦顿变电站是太平洋电气公司第二个实现自动化的变电站，于1999年10月竣工。太浦顿变电站的设备增加了很多的了功能，新建了控制室，使之发生本质上的变化。作为方案的一部分，太浦顿动态控制系统和维护实现了自动化。 太浦顿变电站拥有3台230kV，2台70kV断路器和2台230/21kV配电变压器，1台230/70kV功率变压器。230kV母线形成
7、了环状结构，70KV母线单独运行以留作主母或旁母之用。图4是这个变电站的单回路图。230kV断路器给用户提供21kV的电压。为了防止230kV线路发生故障，增加了额外的选择功能和负荷保护。230/70kV变压器向负荷中心提供了70kV的功率。不久，在新建的控制室里就可以监视这些功能，这些功能是利用先进的自动化技术来安装的。 4.1 模块控制室模块控制室太浦顿变电站的控制室是预先建好的，装有各种各样的继电器及其他设备，这些设备和室外所有主要设备的性能都匹配。建设新的控制室比翻新要便宜。太平洋电气公司计划用同样的方式在全部的变电站建设这样的控制室。这种模块控制可以被装在车上运到变电站的预先建好的中
8、心控制室。 与科第那变电站一样，这种自动化方案与传统的人工操作是等价的；模拟盘上只有很少的机械操作。开关盘上只有红绿指示灯，跳闸合闸按纽，手动自动开关。盘上没有继电器开断，就地/远方开关。这些功能是由用户图形界面来完成的。开关盘上有一个功率测量装置，能够显示电压，幅值，有功，无功。如图5所示，所有的测量值都可以通过用户图形界面看到。4.2 就地用户界面就地用户界面 就地用户界面运行于Windows NT 4.0环境下，应用的是Harris Powerlink软件。这个用户界面控制远方终端装置并且是获取整个系统信息的联系通道。它能够监视变电站的运行状况，收集数据，处理RTU得到的数据信息。这个界
9、面使得工作人员能够通过界面来实施一些控制功能，显示及处理警告状态，显示系统的通信状态。这个就地用户界面是一个IBM公司生产的PC兼容机，配有21寸显示器， 333MHZ英特尔奔腾II处理器。4.3 远方终端装置远方终端装置(RTU)Harris D200 RTU是系统设计中最主要的部分。D200可作为数据中心和系统的网间协议连接器。通过DNP3.0和当地I/O模块的联结,Harris D200 RTU与用户界面连在一起，这是通过电缆连接的。通过电话线和调制解调器保持与变电站远方控制中心的RTU的通信。RTU装有IRIG-B时间接受器以保持事件发生时间的一致性。 SCADA有以下功能：获取变电站
10、信息（功率潮流，故障信息，设备操作），从远方控制变电站的运行状态（断路器控制，继电器的设置）。太浦顿变电站的主要控制是由迈斯海湾（音译）输电转换中心和奥比斯波配电中心来完成的。通过微机保护继电器来实现这些功能。图6是自动化设备的一个完整的控制模块图。 4.4 保护方案保护方案太浦顿变电站方案用到了许多小型的普通继电器，其保护方案较传统些，通过编写程序使这些普通继电器也能具有许多功能，因此节约了大量的微机继电器和RTU，降低了成本。太浦顿变电站保护方案利用微机继电器来实现输配电变压器，母线和线路保护。图4和图7描述的单回路图和控制模块图中就说明了这些继电器的位置。有关详细说明和功能如下所述： 输
11、电组保护输电组保护GE Multililin-745和SEL-387继电器实现差动和过励磁保护。GE Multililin-745继电器中的电流来自于230kV线路侧的套管式电流互感器和70kV变压器互感器。过励磁保护的电压来自于230kV CCVTS。SEL-387继电器中的电流来自于230kV线路侧的断路器电流互感器和70KV线路侧断路器电流互感器。这种继电器也可用于70kV母线保护。 SEL-351继电器能够为230/70kV变压器的三重绕组提供完整的过电流保护。SEL-351继电器中的电流取自三重绕组中的电流互感器。方向备用过电流保护是通过SEL-351继电器和70kV断路器线路侧母线
12、电流互感器的联接来完成。 配电组和配电组和230kV母线保护母线保护配电组高压侧过流保护是由双重多功能过流继电器来完成的。这个继电器的电流是230kV线路套管式电流互感器和环形断路器的电流之和。因此，对于230kV的短路故障，继电器无法动作。对于230kV母线，变压器故障和21kV母线故障，继电器将会发出跳闸信号。230kV线路保护线路保护GE-LPS和SEL-321单相接地距离继电器为230kV输电线路提供了基本保护。SEL-321继电器提供了关于三相和相间故障的四种姆欧距离特性。每相姆欧都有独立的相间过流监控功能，并且是可逆的。SEL-321继电器提供了四种姆欧距离和四种四边形距离特性来实
13、现单相接地故障保护。SEL-321继电器的输入电流取自于230kV断路器母线侧的电流互感器，输入电压取自于230kV线路侧的CCVTs。SEL-321继电器也可用于FSK载波方案。 断路器故障保护和同步检测是230KV断路器必不可少的，这是由SEL-352继电器实现的。SEL-352继电器具有以下功能：单极或三极断路器故障检测，断路器控制和数据的记录。SEL-352继电器的电压取自于230KV线路侧CCVTs和母线侧230KV CCVTs。230kV线路断路器母线侧的电流互感器的电流被送到继电器中。变压器跳闸方案使远方的230kV断路器直接跳闸。图7是保护安装说明. 70kV线路保护线路保护7
14、0KV线路保护主要是由单相接地距离继电器来实现的。SEL-321型继电器具有230kV线路的所有保护功能，然而，70KV线路保护并没有用到领示线方案。每条线路都有一个单独的过电流继电器提供后备过电流保护。在70kV线路保护中，这种继电器考虑到很多因素：瞬时相角逆序，接地定时，反延时过流。 70kV线路有着和230kV线路一样的断路器故障保护方案，除非继电器的电压取自于70kV母线和线路断路器一侧的CCVTs。这些电流量也被送到SEL-52继电器。如图7所示，所有的继电器都和数据中心联结，然后再与D200模块联结。主要设备的监视主要设备的监视在太普顿电站，主要的设备都有确定的显示装置来监视。这就使得工作人员能够掌握设备的最新工作状态。警报器实时监控数据因此能对故障实时发出警报。断路器开断时间，发热积累,跳闸线圈监视，变压器油温度,这些参数是通过传感器得到的。从用户图形界面上也可以监视设备状态，这与前面的例子很相似。通过光缆把这些信号送到数据中心。