趙 江

（內(nèi)蒙古康遠工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司， 內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020）

變電站在電力系統(tǒng)中起到變換調(diào)整電壓、接受和分配電能、控制電力流向的作用。變電站中匯集了大量具有不同用途的電氣設(shè)備。而這些電氣設(shè)備按其用途及功能不同，一般分為一次設(shè)備和二次設(shè)備兩大類。我們將變電站直接傳輸、分配電能的電氣設(shè)備稱為一次設(shè)備。如：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、電抗器、電力電容器、母線、電力電纜等電氣設(shè)備。將對一次設(shè)備起測量、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)及保護作用的電氣設(shè)備稱為二次設(shè)備。如：測量計量儀表、繼電保護裝置、斷路器操作箱、測控裝置、電壓切換、電壓并列、低頻減載裝置、遠動裝置、交、直流電源系統(tǒng)等。

目前從事變電站電氣監(jiān)理的人員能夠通過設(shè)計圖紙、規(guī)程規(guī)范、強制性條文對變電站一、二次設(shè)備安裝過程作良好的控制。但大部分電氣監(jiān)理人員對于變電站的理解止步于安裝過程及設(shè)備本身，對于專業(yè)的一、二次設(shè)備互聯(lián)、繼電保護設(shè)備原理與運行知之甚少。在變電站系統(tǒng)調(diào)試過程及故障分析中，監(jiān)理由于不具備此方面知識而陷入被動局面。一、二次設(shè)備是不可分割的整體。如果將變電站比喻成一個人的話，那么各一次設(shè)備的互聯(lián)就是人的軀干和四肢的互聯(lián)，二次接線就是人的神經(jīng)系統(tǒng)，而各個繼電保護及自動裝置就是人體大腦各個片區(qū)。只有它們都處于良好狀態(tài)，才能保證電力系統(tǒng)的正常運行。

筆者著重論述變電站二次設(shè)備的作用及其互聯(lián)，旨在提高電氣監(jiān)理人員對于變電站綜合自動化系統(tǒng)的認識。為了使讀者便于理解，筆者先從變電站綜合自動化系統(tǒng)的組成、站控層及間隔層各裝置的作用兩方面做鋪墊；最后簡要闡述保護及自動化裝置如何與一次設(shè)備互聯(lián)及裝置與裝置之間的互聯(lián)。

1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

理解變電站二次裝置與一次裝置互聯(lián)，首先要了解變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。目前廣泛應(yīng)用的變電站綜合自動化系統(tǒng)為分層分布式結(jié)構(gòu)，其邏輯上將系統(tǒng)分為兩層：變電站站控層和間隔層。

站控層是位于變電站控制室里的總控單元。可通過測控裝置傳來的測量數(shù)據(jù)、位置信號并經(jīng)過監(jiān)控組態(tài)軟件監(jiān)視變電站內(nèi)各設(shè)備的運行情況，通過“五防”機的邏輯判別遙控變壓器調(diào)檔機構(gòu)、斷路器、隔離開關(guān)、母線接地刀等設(shè)備，完成調(diào)壓、倒閘、改變運行方式等操作。站控層設(shè)備包括：操作員工作站、工程師工作站、“五防”工作站、遠動工作站、打印機、GPS 時間同步系統(tǒng)等。

間隔層完成電力系統(tǒng)不同對象繼電保護、同期功能及對站內(nèi)各間隔設(shè)備數(shù)據(jù)采集和處理的任務(wù)。間隔層設(shè)備包括：針對不同電壓等級、不同對象的繼電保護裝置、測控裝置、測控保護一體化裝置、電壓并列、電壓切換、故障錄波裝置及計量儀表等。

2 站控層及間隔層各裝置的作用

2.1 站控層各設(shè)備作用

2.1.1 操作員站的作用

操作員站負責(zé)管理和顯示有關(guān)運行信息，供運行人員對變電站的運行情況進行監(jiān)視和控制，包括對微機保護裝置動作信號進行遠方復(fù)歸、軟連片的投退、間隔層設(shè)備工作方式的選擇。同時具有主處理器及服務(wù)器的功能，是站控層數(shù)據(jù)收集、處理、存儲及發(fā)送的中心。操作員站采用雙機配置原則，兩臺互為熱備用，它們都能獨立執(zhí)行各項操作。

2.1.2 工程師工作站的作用

工程師工作站供系統(tǒng)管理人員進行系統(tǒng)維護用，可完成數(shù)據(jù)庫的定義、修改，系統(tǒng)參數(shù)的定義、修改，報表的制作、修改，供繼電保護人員遠方查看定值、定值修改和定值區(qū)切換，以及網(wǎng)絡(luò)維護、系統(tǒng)診斷等工作。

2.1.3 “五防”工作站的作用

“五防”工作站供變電站運行人員進行操作票生成、預(yù)演、打印、執(zhí)行、管理和模擬操作等工作。

2.1.4 遠動工作站的作用

遠動工作站采用兩臺冗余配置模式，與調(diào)度主站通信，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)及規(guī)約轉(zhuǎn)換等功能。

2.1.5 GPS時間同步系統(tǒng)的作用

GPS 時間同步系統(tǒng)從 GPS 衛(wèi)星上獲取標(biāo)準(zhǔn)的時間信號，將這些信息通過各種接口類型來傳輸給自動化系統(tǒng)中需要時間信息的設(shè)備(計算機、保護裝置、測控裝置、故障錄波器、安全自動裝置、遠動 RTU)，這樣就可以達到整個系統(tǒng)時間的同步。

2.2 間隔層各裝置的作用

2.2.1 各類保護裝置的作用

變電站保護裝置分為：主變保護裝置、主變非電量保護裝置、母線保護裝置、線路保護裝置、斷路器保護裝置、電容器保護裝置等。它們依據(jù)所保護對象的不同采用相關(guān)原理完成電力系統(tǒng)繼電保護任務(wù)。

2.2.2 測控裝置的作用

測控裝置綜合考慮變電站對數(shù)據(jù)采集、處理的要求，以微機技術(shù)實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、電能量采集、事件記錄、GPS 對時、同期合閘檢測、防誤操作邏輯閉鎖、TV/TA 斷線檢測等功能，將所采集的模擬量、信號量、開關(guān)量傳至后臺監(jiān)控機及遠動工作站，并接受來自后臺或遠方調(diào)度端的指令。

2.2.3 電壓切換裝置的作用

二次系統(tǒng)的測控及故障判別元件均需要準(zhǔn)確的反應(yīng)間隔所在位置的電壓。一般把間隔處電壓互感器采集的二次電壓作為間隔所在位置的電壓。對一個間隔來說，當(dāng)一次系統(tǒng)運行方式改變時，反應(yīng)該間隔位置的電壓采集點應(yīng)隨之改變。只有這樣，電壓互感器采集的二次電壓才能正確反應(yīng)一次系統(tǒng)的運行狀態(tài)。因此，電壓互感器二次回路必須設(shè)置電壓切換裝置。雙母線系統(tǒng)上所連接的電氣元件，為了保證其一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)在電壓上保持對應(yīng)，要求保護、測量、計量都有自動切換功能。

2.2.4 電壓并列裝置的作用

雙母線系統(tǒng)并列運行(母聯(lián)斷路器處于合閘狀態(tài))，當(dāng)任意一組母線電壓互感器停電檢修時，其所帶的測量、保護及自動裝置等二次設(shè)備因無輸入電壓，而不能正確反映一次設(shè)備的運行狀態(tài)。只有把測量、保護及自動裝置所需電壓取自令一組母線電壓互感器，實現(xiàn)兩組母線電壓互感器二次回路的并列運行，才能保證測量、保護及自動裝置的正確性。因此，對于單母線分段或雙母線接線的變電站，一般均配置電壓并列裝置。

2.2.5 低頻減載裝置的作用

電力系統(tǒng)有功功率平衡是一個動態(tài)的過程，對于變化幅度很小、變化周期較短的負荷引起的頻率偏移，將由發(fā)電機組的調(diào)速器進行調(diào)整，稱為頻率的一次調(diào)整。對于變化幅度較大，變化周期較長的負荷引起的頻率偏移，將由發(fā)電機組的調(diào)頻器進行調(diào)整，稱為頻率的二次調(diào)整。然而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生較大事故時，例如大型發(fā)電機組突然被切除或用電負荷突然大幅度增加時，系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的有功功率缺額，頻率將隨之急劇下降，這時緊靠機組調(diào)速系統(tǒng)已經(jīng)解決不了問題，必須采取緊急的低頻減負荷控制措施有次序、有計劃地切除負荷來制止頻率下降，防止電網(wǎng)頻率的崩潰。

2.2.6 斷路器操作箱的作用

斷路器操作箱內(nèi)部由一系列繼電器組成，保護及測控裝置跳合閘出口至斷路器操作箱來控制斷路器的分合閘，斷路器操作箱起到擴大繼電器接點容量，使得保護設(shè)備與一次高壓設(shè)備隔離的作用。

2.2.7 故障錄波裝置作用

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，故障錄波裝置繪制出故障錄波圖來分析電力系統(tǒng)故障類別和性質(zhì)，有哪些保護裝置動作、保護裝置的動作過程和先后順序如何、保護裝置的動作行為是否正確、二次回路接線是否正確、TV/TA 極性是否正確等問題。

2.2.8 交、直流電源系統(tǒng)設(shè)備作用

站內(nèi)交流電源由站用變低壓側(cè)送出接至低壓配電盤，為站內(nèi)照明、消防泵房機組、空調(diào)、電加熱器、直流充電機、斷路器機構(gòu)箱照明及加熱裝置、隔離開關(guān)照明加熱及電機等負荷供給所需的交流電。

站內(nèi)直流電源系統(tǒng)為站內(nèi)各類保護測控及自動化裝置屏柜、斷路器分合閘線圈及直流電機儲能機構(gòu)提供直流電源。

3 間隔層設(shè)備與一次設(shè)備互聯(lián)及間隔層設(shè)備之間的互聯(lián)

3.1 間隔層設(shè)備與互感器的互聯(lián)

間隔層設(shè)備與互感器互聯(lián)涉及保護裝置、測控裝置、電壓切換裝置、電壓并列裝置、TA、TV。

主變保護裝置取主變?nèi)齻?cè) TA 二次差動保護電流，以同名端對接形成差動保護回路。

主變高中低三側(cè)測控裝置、各間隔測控裝置取本間隔三相電壓、三相電流、頻率等完成模擬量的采集，對 3U0、3I0、有功功率、無功功率及功率因數(shù)進行計算。

電壓切換裝置取各個間隔電壓互感器電壓，再將電壓傳送至保護、測控、電度計量裝置。電壓并列裝置取一二母線電壓互感器電壓，并將電壓傳輸給保護測控。

3.2 間隔層設(shè)備與斷路器的互聯(lián)

間隔層設(shè)備與斷路器的互聯(lián)涉及保護裝置、測控裝置、斷路器操作箱、斷路器匯控箱、斷路器機構(gòu)箱。保護裝置動作開出至斷路器操作箱，斷路器操作箱連接至斷路器匯控箱，匯控箱將二次接線轉(zhuǎn)接至斷路器機構(gòu)箱，完成保護的動作跳閘。測控裝置同樣通過操作箱、匯控箱至機構(gòu)箱，完成后臺及遠動的遙控分合閘。斷路器機構(gòu)箱通過遠近控開關(guān)接通遠控及就地分合閘回路。斷路器可進行就地分合，測控分合、后臺及遠動分合。

3.3 間隔層設(shè)備與隔離開關(guān)的互聯(lián)

間隔層設(shè)備與隔離開關(guān)的互聯(lián)涉及測控裝置、隔離開關(guān)機構(gòu)箱、電壓并列裝置、電壓切換裝置、電能表、母差保護。后臺或遠動工作站開出遙控分合指令至間隔測控裝置，測控裝置接通分合觸點 KCTJ、KCHJ 控制隔離開關(guān)的分合，并通過隔離開關(guān)的位置觸點采集隔離開關(guān)的位置。

電壓切換箱和操作箱用隔離開關(guān)的位置觸點來進行兩套線路保護電壓的切換。電壓并列裝置一般取母聯(lián)隔離開關(guān)和母線 TV 隔離開關(guān)的位置觸點。電能表的電壓切換用隔離開關(guān)位置觸點接入相應(yīng)母線電壓，進行計量。兩套母線差動保護接入隔離開關(guān)位置觸點來判斷母線運行方式。

3.4 間隔層設(shè)備與主變本體設(shè)備和調(diào)壓設(shè)備的互聯(lián)

間隔層設(shè)備與主變本體設(shè)備和調(diào)壓設(shè)備的互聯(lián)涉及主變本體測控裝置、主變非電量保護裝置、主變有載調(diào)壓檔位變送器、主變風(fēng)冷系列裝置、主變溫度變送器、主變高中壓側(cè)中性點隔離開關(guān)等裝置。

計算機只識別二進制碼，因此主變調(diào)壓機構(gòu)箱檔位變送器須將檔位開入信息變換成 BCD 碼(8421 碼)，由控纜開入至主變本體測控裝置，測控裝置完成對主變 BCD 碼的采集任務(wù)。調(diào)壓機構(gòu)箱的電動機電源狀態(tài)，電機啟動狀態(tài)同樣送入本體測控裝置。測控通過開出接點至調(diào)壓機構(gòu)箱，完成變壓器檔位的升降停操作。

主變溫度由控纜將主變繞組及油溫引入溫度變送器，溫度變送器將模擬量變換成 0～5V 直流電壓開入至主變本體測控裝置，完成主變溫度的遙測。

主變風(fēng)冷控制箱將風(fēng)冷工作電源狀態(tài)、風(fēng)冷操作電源狀態(tài)、冷卻器狀態(tài)開入到主變本體測控，完成風(fēng)冷狀態(tài)信息的采集。

中性點刀閘輔助觸點將中性點刀閘位置信息送入主變本體測控，同時測控開出分合命令至現(xiàn)場隔離開關(guān)機構(gòu)箱，完成對其的遙控分合操作。

3.5 間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備的互聯(lián)

站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備的互聯(lián)涉及后臺與測控裝置的互聯(lián)、遠動工作站與測控裝置及保護裝置的互聯(lián)、GPS 時間同步系統(tǒng)與各間隔層裝置的互聯(lián)。

因為站控層設(shè)備都裝有中央處理器(CPU)，CPU 只能理解數(shù)字量，因此無法解讀現(xiàn)場一次設(shè)備傳遞的模擬量及繼電器接點的開關(guān)量，需要間隔層測控裝置將模擬量通過電壓形成電路、低通濾波器、采樣保持器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、模數(shù)變換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；通過開關(guān)量輸入輸出電路將觸點的分合轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。既然間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備傳遞的數(shù)字量，那么站控層設(shè)備與間隔層設(shè)備即可通過光纖、網(wǎng)線接口互聯(lián)成局域網(wǎng)絡(luò)。為確保系統(tǒng)可靠，采取雙網(wǎng)冗余配置。

主變壓器測控裝置按本體及高、中、低壓三側(cè)配置，其他測控裝置按照間隔配置，一般一面屏組三臺測控裝置。保護裝置及測控裝置通過網(wǎng)線連接到遠動屏配置的交換機，通過交換機將信息傳輸給后臺及遠動工作站，后臺即可對現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)視與控制，遠動工作站再將信息通過雙調(diào)制解調(diào)器雙通道連接到調(diào)度模擬通道，或者通過交換機、路由器傳輸?shù)秸{(diào)度數(shù)字通道，實現(xiàn)遠動四遙功能。

“五防”工作站通過局域網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控計算機及各測控裝置，對測控裝置傳遞的數(shù)據(jù)采用組態(tài)軟件進行組態(tài)，并經(jīng)“五防”機邏輯判斷，完成“五防”功能。

GPS 時間同步系統(tǒng)一般配置 GPS 和北斗雙衛(wèi)星天線接收裝置，以 RS232/RS485 等接口用 IRIG-B 碼方式來為站內(nèi)各測控、保護裝置、故障錄波、信息管理子站、電量計費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等授時。

3.6 間隔層設(shè)備之間的互聯(lián)

間隔層設(shè)備之間的互聯(lián)涉及故障錄波裝置、各保護裝置、測控裝置、斷路器操作箱、電壓并列、電壓切換、低頻低周減載裝置、電能計量裝置等。

為了能夠全面分析保護的動作過程，故障錄波器接入的模擬量、開關(guān)量應(yīng)盡可能全面。線路保護、主變保護、母線差動保護相關(guān)動作命令、信號及斷路器操作箱接點信號作為開關(guān)量接入故障錄波器，線路、母聯(lián)及變壓器各側(cè)三相電流和零序電流，母線電壓互感器三相對地電壓和零序電壓作為模擬量經(jīng)電壓并列及電壓切換裝置接入故障錄波。用于測量的電流量先經(jīng)過測控裝置，再由測控裝置接入電能計量表，在末端二次側(cè)短路并一點接地。用作測量的電壓量先經(jīng)過電能計量表，再由計量表屏轉(zhuǎn)接至測控。

低頻低周減載裝置聯(lián)系各負荷間隔測控裝置，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)嚴(yán)重的有功功率缺額，頻率隨之急劇下降時，低頻減載裝置將分輪有計劃有步驟地聯(lián)系間隔測控裝置切除負荷。

4 結(jié) 語

變電站綜合自動化系統(tǒng)是一整套復(fù)雜的系統(tǒng)，微機繼電保護原理是變電站綜合自動化系統(tǒng)的核心。只了解上述內(nèi)容還遠遠不夠，在此希望廣大的電氣監(jiān)理人員尤其是電氣專業(yè)人才夯實專業(yè)基礎(chǔ)知識，理論聯(lián)系實際，將電氣監(jiān)理工作中所看到的、聽到的、學(xué)到的、想到的加以整理總結(jié)，提高自身能力，為業(yè)主提供專業(yè)化、高水平的監(jiān)理服務(wù)。