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(jìn)設(shè)備開始著手變電站的自動(dòng)化工作，到目前為止已有近二十年的時(shí)間。在實(shí)踐過程中，積累了不少的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。目前，規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理、科研開發(fā)、生產(chǎn)廠家等各有關(guān)部門對實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可以給運(yùn)行、**、基建、設(shè)計(jì)、施工、檢修、維護(hù)、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(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)等新技術(shù)在電力自動(dòng)化方面的應(yīng)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(wǎng)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(wǎng)中起著極其重要的作用。作為超高壓變電站**可靠運(yùn)行的重要監(jiān)控手段，自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、包含的內(nèi)容及配置模式等顯得尤為重要。
　　本文所述的自動(dòng)化，指的是超高壓變電站運(yùn)行和監(jiān)控所需的主要功能，其內(nèi)容如以下所述。
　　2　超高壓變電站自動(dòng)化包含的主要內(nèi)容
　　就目前的運(yùn)行需求而言，超高壓變電站自動(dòng)化在采集與處理層上應(yīng)包含下述內(nèi)容：
　　(1)信號　主要是對各類開關(guān)量作出反應(yīng)，如斷路器隔離開關(guān)接地刀閘的位置信號、保護(hù)動(dòng)作的繼電器接點(diǎn)信號、設(shè)備狀態(tài)信號、預(yù)告信號、報(bào)警信號等，其分辨率一般為1　ms～5　ms，一般都啟動(dòng)相應(yīng)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(shù)等，非電氣量主要是溫度，有時(shí)也包括水位、流量、壓力等，掃描周期一般在設(shè)備層是1　s～3　s，系統(tǒng)層是2　s～5　s。
　?。?/span>3）計(jì)量　對有功電度和無功電度進(jìn)行滿足計(jì)費(fèi)要求的高精度計(jì)量，有脈沖量輸入和數(shù)字接口輸入兩種數(shù)據(jù)輸入方式。
　　（4）控制　對斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、電容器組、保護(hù)及自動(dòng)裝置以及其它開關(guān)設(shè)備進(jìn)行開/合、投/退等控制操作，并具有相應(yīng)的閉鎖功能。
　?。?/span>5）調(diào)節(jié)　對調(diào)相機(jī)、有載調(diào)壓變壓器分接頭等進(jìn)行升/降、設(shè)定值等調(diào)節(jié)操作，也需具備閉鎖功能。
　　（6）保護(hù)　對進(jìn)線、母線、出線、主變、電容器等電氣設(shè)備的運(yùn)行和操作進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《繼電保護(hù)和**自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》，要求220　kV～500　kV輸電線路配備原理不同的兩套保護(hù)，這是必須遵循的，可以多裝一套非微機(jī)化的保護(hù)，但其信息與控制要能納入變電站當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。
　?。?/span>7）通信　向一個(gè)或多個(gè)調(diào)度中心傳送有關(guān)數(shù)據(jù)、圖像等信息，但同一時(shí)刻只接收一個(gè)調(diào)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(fù)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(shí)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(yīng)包括在內(nèi)，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。
　　（9）集控　大部分超高壓變電站帶有多個(gè)低壓站，而低壓站又絕大部分實(shí)行無人值班，所以超高壓站應(yīng)該是集控站，其自動(dòng)化系統(tǒng)需具備集控功能。當(dāng)然，對于不承擔(dān)集控任務(wù)甚至是按無人值班設(shè)計(jì)的變電站，就無需考慮此功能配置，但應(yīng)具備該功能。
　?。?/span>10）直流系統(tǒng)　變電站的直流系統(tǒng)為保護(hù)、控制、信號、遠(yuǎn)動(dòng)、計(jì)算機(jī)、通信、事故照明等直流負(fù)荷提供動(dòng)力，其地位十分重要。因此，除要對各段母線的電流、電壓數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行監(jiān)視。
　　（11）同期　隨著靜止無功補(bǔ)償裝置的大量推廣，新建的超高壓變電站很少采用同步調(diào)相機(jī)進(jìn)行無功補(bǔ)償。并且，系統(tǒng)的多數(shù)同期點(diǎn)都設(shè)在發(fā)電廠內(nèi)。由于實(shí)現(xiàn)國內(nèi)電網(wǎng)互聯(lián)是必然趨勢，故負(fù)責(zé)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線或聯(lián)絡(luò)變壓器的樞紐變電站仍需配備自動(dòng)同期裝置，使待并列的兩個(gè)系統(tǒng)在電壓、頻率、相位角都能滿足條件的情況下才進(jìn)行并列操作。這部分功能也應(yīng)納入自動(dòng)化系統(tǒng)。
　?。?/span>12）消防　由于值班人員的減少和自動(dòng)化系統(tǒng)功能的完善，消防自動(dòng)監(jiān)視設(shè)備也應(yīng)納入超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)一并考慮，要求能及時(shí)將煙霧、溫度等報(bào)警信息傳送給值班人員或上級調(diào)度中心。對于按無人值班設(shè)計(jì)的超高壓變電站，更應(yīng)該重視這部分功能的實(shí)現(xiàn)。
　?。?/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(shè)備，以ms級的精度連續(xù)記錄事故前后一段時(shí)間內(nèi)開關(guān)量、量測量的數(shù)值，供事故分析用。目前，較好的微機(jī)型故障錄波裝置已能以每周波采樣32點(diǎn)甚至更高的密度記錄長達(dá)數(shù)秒到數(shù)分鐘的錄波數(shù)據(jù)，完全能滿足故障記錄與分析的要求。
　　（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(diào)壓變壓器分接頭、靜止無功補(bǔ)償裝置、調(diào)相機(jī)的配置情況。自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的電壓水平和無功潮流的分布，達(dá)到穩(wěn)定電壓和把無功功率的潮流分布控制在預(yù)先規(guī)定的范圍之內(nèi)的目的。
　?。?/span>15）圖象傳輸　通過動(dòng)態(tài)圖像監(jiān)視戶外各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、**狀況及要害部位的情況等，對于按無人值班設(shè)計(jì)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(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地的變電站，應(yīng)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(dāng)然，隨著新技術(shù)的發(fā)展，電壓等級的提高，電網(wǎng)間耦合程度的加深，電力系統(tǒng)經(jīng)營管理方式的改變等，可能還會出現(xiàn)新的要求。
　　3　超高壓變電站自動(dòng)化當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備的主要功能
　　超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在通信與人機(jī)層上應(yīng)具備下列功能：
　?。?/span>1）對故障錄波、無功自動(dòng)調(diào)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(hù)等要提供相應(yīng)的監(jiān)視控制和報(bào)警記錄手段。
　　(2) 數(shù)據(jù)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(shù)等）、非電氣模擬量（溫度、壓力、流量、水位、油位等）、開關(guān)量（開關(guān)刀閘位置、各設(shè)備狀態(tài)、預(yù)報(bào)警事故信號、復(fù)歸等）、脈沖量（主要是脈沖電度量）、數(shù)字量（通過各種數(shù)字通信接**換的數(shù)據(jù)，如與微機(jī)保護(hù)、故障錄波裝置、微機(jī)交流采樣變送器、小電流接地選線裝置、無功自動(dòng)調(diào)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(shù)據(jù)）進(jìn)行采集。
　　(3）運(yùn)行監(jiān)視及報(bào)警記錄　通過對開關(guān)量的判斷處理，可以監(jiān)視各斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置和動(dòng)作情況，以及微機(jī)保護(hù)、直流設(shè)備和其它自動(dòng)裝置的狀態(tài)及動(dòng)作情況，發(fā)生變位時(shí)給出對應(yīng)的聲光報(bào)警、彈出畫面并作出相應(yīng)的記錄。通過對電氣及非電氣模擬量的判斷處理，可以根據(jù)其數(shù)據(jù)來監(jiān)視電網(wǎng)的運(yùn)行并根據(jù)其是處于正常運(yùn)行狀態(tài)、還是處于異常運(yùn)行狀態(tài)、臨界運(yùn)行狀態(tài)或振蕩運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的處理，當(dāng)處于非正常范圍時(shí)給出對應(yīng)的聲光報(bào)警、彈出畫面并作出相應(yīng)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(shè)備進(jìn)行開/合、投/退等控制操作，可以按選擇-返校-執(zhí)行的方式實(shí)現(xiàn)每次操作一個(gè)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(gè)對象進(jìn)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(diào)節(jié)　通過鍵盤在屏幕所顯示的畫面上對各可調(diào)設(shè)備進(jìn)行升/降、定值設(shè)定等調(diào)節(jié)操作，可以一次調(diào)節(jié)一檔，也可以一次調(diào)節(jié)多檔，但同樣要具備完整的調(diào)節(jié)閉鎖和邊界報(bào)警功能。
　　(6）同期操作　對于承擔(dān)電廠并網(wǎng)、電網(wǎng)互聯(lián)的樞紐變，其自動(dòng)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(wǎng)條件，自動(dòng)跟蹤兩側(cè)的相關(guān)量，待符合同期條件時(shí)完成同期操作。
　　(7）設(shè)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(jìn)行絕緣電阻、泄漏電流、直流及交流耐壓、氣相色譜、溫升、機(jī)械特性、接地電阻等參數(shù)的檢測與診斷，一般要與狀態(tài)檢修結(jié)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(shè)備狀態(tài)圖、保護(hù)數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)歷史計(jì)算統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、各類報(bào)表等靜態(tài)和動(dòng)態(tài)信息。
　　(9）報(bào)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(bào)表。
　　(10）人機(jī)交互聯(lián)系及系統(tǒng)維護(hù)管理　通過鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、音響等人機(jī)交互設(shè)備進(jìn)行各種操作以及系統(tǒng)的維護(hù)與管理，如編輯修改調(diào)閱打印畫面報(bào)表數(shù)據(jù)庫、各種控制調(diào)節(jié)操作、各種限值定值狀態(tài)的設(shè)置與修改、系統(tǒng)操作管理權(quán)限的設(shè)置修改、系統(tǒng)設(shè)備的診斷維護(hù)投退切換等。
　　(11)計(jì)算統(tǒng)計(jì)　利用已知量對一些沒必要或不可能采集到的量進(jìn)行計(jì)算，并按運(yùn)行要求完成統(tǒng)計(jì)工作。
　　(12）歷史數(shù)據(jù)記錄　記錄存儲有關(guān)的數(shù)據(jù)，作為歷史檔案?？筛鶕?jù)數(shù)據(jù)不同類型和重要程度按分鐘、小時(shí)、天、月、年等分別處理。
　　(13）電度量分時(shí)采集和累加　按峰—谷—平的不同時(shí)段以及系統(tǒng)在負(fù)荷過大、負(fù)荷欠缺、負(fù)荷平衡等不同的情況下統(tǒng)計(jì)所用的電度量，為電力**走向市場提供強(qiáng)有力的技術(shù)手段。
　　(14）旁路轉(zhuǎn)代　自動(dòng)處理旁路母線開關(guān)轉(zhuǎn)代時(shí)的量測量、電度量的顯示、打印、累加、統(tǒng)計(jì)等。
　　(15）事件順序記錄（SOE）　把斷路器、保護(hù)及其它自動(dòng)裝置的動(dòng)作按先后次序順序記錄下來，作為分析事故、評價(jià)設(shè)備動(dòng)作情況的依據(jù)，其分辨率為1　ms～5　ms。
　?。?/span>16）事故追憶　按預(yù)先定義的事故起動(dòng)條件和要記錄的量，把事故發(fā)生時(shí)有關(guān)設(shè)備的狀態(tài)和運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄下來，一般按掃描周期計(jì)，記錄事故前三個(gè)周期和后五個(gè)周期的數(shù)據(jù)即能滿足基本的要求。
　　（17）遠(yuǎn)方通信　與一個(gè)或多個(gè)調(diào)度主站以一種或多種規(guī)約通信，接收有關(guān)的命令，發(fā)送有關(guān)的數(shù)據(jù)。一般在同一時(shí)刻只能接收一個(gè)主站的控制調(diào)節(jié)命令。
　　（18）圖像信息采集與傳輸　對于配備有圖像采集設(shè)備的變電站，還應(yīng)該能把有關(guān)圖像信息傳送到主站，但不能影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能。
　　（19）專家系統(tǒng)　目前在超高壓變電站比較實(shí)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(xùn)仿真，可根據(jù)實(shí)際情況選配。
　　4　淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)展策略實(shí)施超高壓變電站自動(dòng)化應(yīng)遵循的原則
　　近些年來，超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方面的工作，可以說既有經(jīng)驗(yàn)也有教訓(xùn)。按照“運(yùn)行可靠、功能實(shí)用、技術(shù)先進(jìn)、價(jià)格合理、維護(hù)方便、易于推廣”的原則去實(shí)施，成績就比較明顯；偏離了這個(gè)原則，就收不到應(yīng)有的效果。
　　運(yùn)行可靠體現(xiàn)在：（1）本身各模塊能穩(wěn)定協(xié)調(diào)地工作；（2）關(guān)鍵部分一定要有冗余、備份等措施，不因單個(gè)模塊的故障而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行；（3）抗干擾能力強(qiáng)。
　　功能實(shí)用體現(xiàn)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(shù)先進(jìn)體現(xiàn)在：（1）采用當(dāng)前的主流技術(shù)；（2）符合開放、分布分散分層的標(biāo)準(zhǔn)。一定要改變可靠的必然在技術(shù)上落后、技術(shù)先進(jìn)的必然不可靠的觀念。如果能夠把握好設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)制造、安裝投運(yùn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，是可以做到先進(jìn)性與可靠性相統(tǒng)一的。
　　價(jià)格合理、維護(hù)方便、推廣容易也都是非常重要的因素，與以上幾個(gè)方面是相輔相成的。
　　關(guān)于自動(dòng)化系統(tǒng)的模式問題，筆者認(rèn)為，應(yīng)該摒棄具體模式之爭，而應(yīng)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(yīng)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(shí)施的可操作性和接口通信規(guī)約的統(tǒng)一。
　　接口是自動(dòng)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(hù)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(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)、通信控制器與模擬盤等設(shè)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(biāo)準(zhǔn)，適用于集成有通信控制器功能的RTU與主站及變電站有關(guān)設(shè)備的接口。
　　5　超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　超高壓變電站的自動(dòng)化經(jīng)過幾個(gè)階段的發(fā)展，目前基本趨于成熟。隨著逐步推廣和**實(shí)施，對其可靠性、準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即分為采樣與隔離層、采集與處理層、通信與人機(jī)層，才能滿足這些要求。當(dāng)然在物理結(jié)構(gòu)上應(yīng)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(shè)置，測量與保護(hù)嚴(yán)格分開，采集與處理層根據(jù)需要選用該層的輸出。
　　(2)采集與處理層　采用基于現(xiàn)場總線的分布模塊結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)模塊的抗電磁干擾能力、抗惡劣自然環(huán)境能力。物理結(jié)構(gòu)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(jī)層　采用標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)的通信規(guī)約、客戶機(jī)/服務(wù)器工作模式。
　　6　淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)展策略關(guān)于超高壓變電站自動(dòng)化發(fā)展中的幾個(gè)問題的認(rèn)識
　　（1）超高壓變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的必要性和優(yōu)越性
　　超高壓變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能夠使變電站的**穩(wěn)定運(yùn)行水平提高、綜合造價(jià)降低、人員減少（但對人員素質(zhì)的要求提高了），具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。隨著變電站電壓等級的提高，必須配備運(yùn)行可靠、功能完備的自動(dòng)化系統(tǒng)作為主要的監(jiān)控手段。
　?。?/span>2）關(guān)于超高壓變電站能否實(shí)行無人值班問題，一直存在兩種不同意見。一種意見認(rèn)為：超高壓變電站電壓等級高、設(shè)備容量大、被控對象多、控制對象距離遠(yuǎn)、接線復(fù)雜、出線回路多、影響面廣，因而不宜實(shí)行無人值班；另一種意見認(rèn)為：超高壓變電站建設(shè)投資規(guī)模大、設(shè)備先進(jìn)可靠、自動(dòng)化程度高、可控性好、操作次數(shù)相對較少，因而從理論上講更有條件實(shí)行無人值班，并且華南某中心城市已在330　kV市內(nèi)變進(jìn)行了成功實(shí)踐。筆者認(rèn)為，對此應(yīng)客觀分析，采取適當(dāng)對策。 就現(xiàn)代電力系統(tǒng)而言，信息量多，反應(yīng)速度快，對反應(yīng)速度和操作準(zhǔn)確性的要求已經(jīng)超過了人力所能達(dá)到的限度。而且，由于人對接收信息的反應(yīng)及人的文化水平、工作經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心、思想情緒、身體健康狀況等方面的影響較大，隨機(jī)因素更多，所以，即使有人值班的變電站，也應(yīng)該按較高的自動(dòng)化程度來考慮。
　?。?/span>3）關(guān)于超高壓變電站自動(dòng)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(gè)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(dòng)化設(shè)備出廠抗干擾試驗(yàn)手段相當(dāng)原始，僅僅做一些開關(guān)電焊機(jī)、風(fēng)扇、手提電話等定性試驗(yàn)，到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗(yàn)，一直沒有一個(gè)定量的指標(biāo)，這是一個(gè)極大的隱患。因此，需要有關(guān)部門在科學(xué)試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的基礎(chǔ)上，盡快制訂出定量的電場磁場干擾強(qiáng)度、頻率和方向指標(biāo)。
　　7　淺談超高壓直流發(fā)生器的發(fā)展策略結(jié)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(wǎng)**穩(wěn)定運(yùn)行中的重要作用，各有關(guān)部門應(yīng)該把超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的配置及運(yùn)行可靠性作為重點(diǎn)課題來考慮。通過合理地配置超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的功能，達(dá)到提高運(yùn)行可靠、減人增效的目的，同時(shí)也為我國發(fā)展自己的超高壓變電站自動(dòng)化系統(tǒng)探索出一條實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的途徑。