宋朝飛 湖南省超高壓管理局技術(shù)監(jiān)督分局儀表室

淺析變電站交流采樣測(cè)量

宋朝飛 湖南省超高壓管理局技術(shù)監(jiān)督分局儀表室

本文簡(jiǎn)要介紹了變電站綜合自動(dòng)化的重要性和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)變電站交流采樣基本概念、測(cè)量方法、誤差調(diào)整做了簡(jiǎn)要說(shuō)明并對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通訊方式進(jìn)行了分析。

變電站；綜合自動(dòng)化；交流采樣

1.概述

電網(wǎng)是一個(gè)不可分割的整體，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的一、二次設(shè)備信息進(jìn)行綜合利用，對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。變電站綜合自動(dòng)化是一項(xiàng)提高變電站安全、可靠穩(wěn)定運(yùn)行水平，降低運(yùn)行維護(hù)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，向用戶(hù)提供高質(zhì)量電能服務(wù)的一項(xiàng)措施。隨著自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技的飛速發(fā)展，一方面綜合自動(dòng)化系統(tǒng)取代或更新傳統(tǒng)的變電站二次系統(tǒng)，已經(jīng)成為必然趨勢(shì)。另一方面，保護(hù)本身也需要自檢查、故障錄波、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制管理等更強(qiáng)健的功能。發(fā)展和完善變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是電力系統(tǒng)發(fā)展的新的趨勢(shì)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前從國(guó)內(nèi)、外變電站綜合自動(dòng)化的開(kāi)展情況而言，大致存在以下幾種結(jié)構(gòu)：

2.1 分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

按變電站被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)功能分布的多臺(tái)計(jì)算機(jī)單功能設(shè)備，將它們連接到能共享資源的網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)分布式處理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)是將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能分散給多臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。分布式模式一般按功能設(shè)計(jì)，采用主從CPU系統(tǒng)工作方式，多CPU系統(tǒng)提高了處理并行多發(fā)事件的能力，解決了CPU運(yùn)算處理的瓶頸問(wèn)題。各功能模塊(通常是多個(gè)CPU)之間采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或串行方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，選用具有優(yōu)先級(jí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)較好地解決了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。分布式結(jié)構(gòu)方便系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)，局部故障不影響其他模塊正常運(yùn)行。該模式在安裝上可以形成集中組屏或分層組屏兩種系統(tǒng)組態(tài)結(jié)構(gòu)，較多地使用于中、低壓變電站。分布式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)自問(wèn)世以來(lái)，顯示出強(qiáng)大的生命力。目前，還存在在抗電磁干擾、信息傳輸途徑及可靠性保證上的問(wèn)題等。

2.2 集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集中式一般采用功能較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)并擴(kuò)展其I／O接口，集中采集變電站的模擬量和數(shù)量等信息，集中進(jìn)行計(jì)算和處理，分別完成微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)和自動(dòng)控制等功能。由前置機(jī)完成數(shù)據(jù)輸入輸出、保護(hù)、控制及監(jiān)測(cè)等功能，后臺(tái)機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、顯示、打印及遠(yuǎn)方通訊等功能。目前國(guó)內(nèi)許多的廠(chǎng)家尚屬于這種結(jié)構(gòu)方式，這種結(jié)構(gòu)有以下不足：

（1） 前置管理機(jī)任務(wù)繁重、引線(xiàn)多，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，若前置機(jī)故障，將失去當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方的所有信息及功能。

（2） 軟件復(fù)雜，修改工作量大，系統(tǒng)調(diào)試煩瑣。

（3） 組態(tài)不靈活，對(duì)不同主接線(xiàn)或規(guī)模不同的變電站，軟、硬件都必須另行設(shè)計(jì)，工作量大并且擴(kuò)展一些自動(dòng)化需求的功能較難。

2.3 分層分布式結(jié)構(gòu)

按變電站的控制層次和對(duì)象設(shè)置全站控制級(jí)——變電站層(站級(jí)測(cè)控單元)和就地單元控制級(jí)——間隔層(間隔單元）的二層式分布控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。也可分為三層，即變電站層、通信層和間隔層。

這種結(jié)構(gòu)相比集中式處理的系統(tǒng)具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可靠性提高，任一部分設(shè)備故障只影響局部，即將“危險(xiǎn)”分散，當(dāng)站級(jí)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)故障，只影響到監(jiān)控部分，而最重要的保護(hù)、控制功能在段級(jí)仍可繼續(xù)運(yùn)行；段級(jí)的任一智能單元損壞不應(yīng)導(dǎo)致全站的通信中斷，比如長(zhǎng)期霸占全站的通信網(wǎng)絡(luò)。

（2） 可擴(kuò)展性和開(kāi)放性較高，利于工程的設(shè)計(jì)及應(yīng)用。

（3） 站內(nèi)二次設(shè)備所需的電纜大大減少，節(jié)約投資也簡(jiǎn)化了調(diào)試維護(hù)。

3.常見(jiàn)通訊方式

目前國(guó)內(nèi)常采用以太網(wǎng)通訊方式，在以太網(wǎng)出現(xiàn)之前，無(wú)論RS-232C、EIA-422/485都無(wú)法避免通信系統(tǒng)繁瑣、通訊速度緩慢的缺陷。現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用部分地緩解了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)通信的需求，但在系統(tǒng)容量較大時(shí)依然顯得捉襟見(jiàn)肘，以太網(wǎng)的應(yīng)用，使通訊問(wèn)題迎刃而解。常見(jiàn)的通訊方式有：

1） 雙以太網(wǎng)、雙監(jiān)控機(jī)模式，主要是用于220-500kV變，在實(shí)現(xiàn)上可以是雙控機(jī)+雙服務(wù)器方式，支撐光/電以太網(wǎng)。

2） 單以太網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機(jī)模式。

3） 雙LON網(wǎng)，雙監(jiān)控機(jī)模式。

4） 單LON網(wǎng)，雙/單監(jiān)控機(jī)模式。

4.交流采樣測(cè)量裝置的檢驗(yàn)規(guī)定

4.1 ．周期檢驗(yàn)：

1）已經(jīng)投入運(yùn)行的交流采樣測(cè)量裝置，按投運(yùn)日期制訂周期檢驗(yàn)計(jì)劃，確定檢驗(yàn)時(shí)間；

2）檢驗(yàn)宜結(jié)合一次設(shè)備檢驗(yàn)進(jìn)行；

3）測(cè)量點(diǎn)檢驗(yàn)率應(yīng)為100%，對(duì)不合格測(cè)量點(diǎn)的裝置應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后檢驗(yàn)仍不合格的裝置應(yīng)及時(shí)更換。

4）周期檢驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)裝置，依照檢驗(yàn)規(guī)程規(guī)定進(jìn)行，采用虛負(fù)荷檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)結(jié)果不滿(mǎn)足規(guī)程要求的不能投入運(yùn)行。檢驗(yàn)完成后必須出具試驗(yàn)報(bào)告并保存原始檢驗(yàn)記錄。

4.2 臨時(shí)檢驗(yàn)：系統(tǒng)運(yùn)行中，如發(fā)現(xiàn)或懷疑交流采樣測(cè)量裝置的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確或有明顯的偏差時(shí)，應(yīng)依照周期檢驗(yàn)的規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)比較：交流采樣測(cè)量裝置的測(cè)量值出現(xiàn)異常時(shí)，采用現(xiàn)場(chǎng)比較方法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試期間不允許對(duì)交流采樣測(cè)量裝置的誤差進(jìn)行調(diào)整。

4.4 檢驗(yàn)周期:檢驗(yàn)周期最長(zhǎng)不得超過(guò)三年。我們現(xiàn)執(zhí)行的檢驗(yàn)周期為：

1）500 KV設(shè)備：檢驗(yàn)周期為3年

2）220 KV設(shè)備：檢驗(yàn)周期為3年

3）110 KV及以下設(shè)備：檢驗(yàn)周期為3年

5.交流采樣測(cè)量裝置的檢驗(yàn)項(xiàng)目

5.1 周期檢驗(yàn)項(xiàng)目

1）外觀(guān)檢查：有無(wú)明顯損壞，設(shè)備配置是否齊全。

2）基本誤差檢驗(yàn)：采用虛負(fù)荷方法進(jìn)行。

3）超越定值傳送：在裝置運(yùn)行狀態(tài)下，改變一個(gè)大于超越定值的數(shù)據(jù)，觀(guān)察其傳送是否正確。改變一個(gè)小于超越定值的數(shù)據(jù)，觀(guān)察其傳送是否正確。

4）通道監(jiān)視：在運(yùn)行狀態(tài)下，裝置能監(jiān)視通道（接口）的收發(fā)指示燈是否正確。

5）信息交換：對(duì)交流采樣測(cè)量裝置施加標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，在裝置顯示屏上或當(dāng)?shù)刂髡?、維護(hù)終端屏幕上校對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)。

6）響應(yīng)時(shí)間：在交流工頻電量輸入回路施加一個(gè)信號(hào)，其值為標(biāo)稱(chēng)值的10%到100%或100%到10%，觀(guān)察到對(duì)應(yīng)的數(shù)值變化，并記錄下從施加信號(hào)到數(shù)值變化的時(shí)間。此時(shí)間，在交流采樣測(cè)量裝置的顯示屏顯示時(shí)應(yīng)不大于1s，在交流采樣測(cè)量裝置維護(hù)接口顯示時(shí)應(yīng)不大于2s，在當(dāng)?shù)刂髡?、模擬主站顯示時(shí)應(yīng)不大于3s。

5.2 投運(yùn)前檢驗(yàn)項(xiàng)目：除周期檢驗(yàn)所做項(xiàng)目外，還需加做下列項(xiàng)目

1）頻率影響：在參比條件下測(cè)定交流工頻輸入量的輸出值，改變輸入量的頻率值為參比頻率的±10%（45Hz和55Hz）兩個(gè)值，依次測(cè)定相同點(diǎn)上的輸出值，輸入量頻率引起的改變量應(yīng)不超過(guò)等級(jí)指數(shù)的100%。

2）功率因素影響：在參比條件下測(cè)定有功功率、無(wú)功功率的輸出值，改變功率因數(shù)為cosΦ=0.5，超前或滯后各選取一點(diǎn)，調(diào)節(jié)電流使被測(cè)量達(dá)到與參比條件下相同點(diǎn)的輸入值，測(cè)定輸出值，功率因數(shù)引起的改變量應(yīng)不超過(guò)等級(jí)指數(shù)的100%。

3）被測(cè)量超量限影響：在輸入標(biāo)稱(chēng)值的100%時(shí)測(cè)出基本誤差；在輸入標(biāo)稱(chēng)值的120%時(shí)測(cè)出誤差；兩個(gè)誤差之差不應(yīng)超過(guò)等級(jí)指數(shù)的50%。

4）被測(cè)量的不平衡影響：在參比條件下電流應(yīng)平衡，并調(diào)整輸入電流使其為較高標(biāo)稱(chēng)值的一半，測(cè)定有功功率、無(wú)功功率的輸出值，任何一相電流斷開(kāi)，電壓保持平衡和對(duì)稱(chēng)，調(diào)整其它相電流，并保持有功功率或無(wú)功功率輸入的初始值條件相等，記錄新的有功功率、無(wú)功功率的輸出值，不平衡電流引起的改變量應(yīng)不超過(guò)等級(jí)指數(shù)的100%。

5）程序自恢復(fù)：在裝置運(yùn)行狀態(tài)下，按復(fù)位鍵觀(guān)察其復(fù)位后裝置是否正確運(yùn)行；當(dāng)一個(gè)程序進(jìn)入自循環(huán)時(shí)裝置是否自動(dòng)恢復(fù)并正確運(yùn)行；當(dāng)一個(gè)程序訪(fǎng)問(wèn)無(wú)回答超時(shí)裝置是否自動(dòng)恢復(fù)并正確運(yùn)行等。

6）設(shè)備自診斷：在裝置運(yùn)行狀態(tài)下，裝置應(yīng)能記錄裝置的狀態(tài) 和事件，以及配置的完整性。當(dāng)一個(gè)裝置或某一部件不能完成其功能時(shí)，應(yīng)能記錄下來(lái)并啟動(dòng)恢復(fù)措施；當(dāng)一個(gè)程序訪(fǎng)問(wèn)無(wú)回答超時(shí)，裝置應(yīng)能記錄下來(lái)并啟動(dòng)恢復(fù)措施等。

6.交流采樣測(cè)量裝置的誤差調(diào)整

1）.軟件調(diào)整：需廠(chǎng)家用軟件進(jìn)行調(diào)整。

2）.電阻調(diào)整：需打開(kāi)裝置蓋板，手動(dòng)調(diào)整插件上的可調(diào)電阻。

3）.自動(dòng)調(diào)整：根據(jù)一些規(guī)定的步驟和條件裝置自動(dòng)進(jìn)行誤差調(diào)整。

綜上所敘：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，電網(wǎng)容量的擴(kuò)大使其結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，實(shí)時(shí)監(jiān)控、調(diào)節(jié)的自動(dòng)化顯得尤為重要。而在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是數(shù)據(jù)采集。采用交流采樣方式的遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備在全國(guó)電力調(diào)度系統(tǒng)已普遍采用，為加強(qiáng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)交流采樣測(cè)量裝置的精度檢驗(yàn)、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)、設(shè)備投運(yùn)前驗(yàn)收等工作的科學(xué)化、規(guī)范化管理，確保遠(yuǎn)動(dòng)采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠，為地區(qū)經(jīng)濟(jì)服務(wù)，因此有必要對(duì)交流采樣裝置進(jìn)行定期檢定及維護(hù)。

6.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析，可以看到變電所綜合自動(dòng)化對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平起到了很大的促進(jìn)作用，它將能大大加強(qiáng)電網(wǎng)一次、二次系統(tǒng)的效能和可靠性，對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大的意義。通過(guò)對(duì)交流采樣測(cè)量同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步和硬件軟件環(huán)境的改善，它的優(yōu)越性必將進(jìn)一步體現(xiàn)出來(lái)。

[1]楊奇遜.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).電力系統(tǒng)自動(dòng)化.1995，19(10)

[2]王海猷，賀仁睦.變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控主站的系統(tǒng)資源平衡.電網(wǎng)技術(shù).1999，23(3)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.03.009

宋朝飛，1969年生，湖南省超高壓管理局技術(shù)監(jiān)督分局儀表室工程師。