全分散式戶外變電站自動化系統在變電站中應用摘要：本文通過對全分散式變電站自動化系統選型原則描述，說明微機保護監控裝置裝于戶外端子箱上是完全可行的，以全分散式微機保護監控裝置為基礎全分散式戶外變電站自動化系統是完全可行的。通過遼寧丹東電業局白云66kV變電所設備配置運行情況分析，證明全分散式戶外變電站自動化系統，特別值得在城農網中推廣應用，符合變電站向小型化發展方向。

關鍵字：微機保護監控戶外端子箱變電站自動化系統小型化0、引言長期以來，我國在變電站自動化系統建設中，一直存在著一種觀念，不管變電站規模如何，微機保護監控裝置均集中組屏安裝于主控制室，盡管目前分散式微機保護測控裝置大量裝于開關上，但對于開關為戶外開關的保護監控裝置，仍然采用集中組屏安裝于主控制室；導致這一觀念的原因是，大家一直擔心微機保護監控裝置安裝于戶外端子箱運行可靠性和通信網絡在戶外鋪設運行可靠性；擔心微機保護監控裝置在戶外運行受溫度、惡劣環境等影響，微機保護監控裝置不能長期運行和可靠動作；擔心產品使用壽命縮短和運行維護困難等。基于以上原因，微機保護監控裝置大量安裝于戶外端子箱上，一直沒有大量推廣應用；導致采用以全分散式微機保護監控裝置為基礎變電站自動化系統，二次電纜并未減少，電纜溝施工工作量同選用電磁型繼電保護情況完全一樣，主控制室面積仍未縮小甚至取消，全分散式戶外微機變電站自動化系統優越性能未得到充分發揮，嚴重影響變電站向小型化方向發展。本文通過對全分散式變電站自動化系統選型原則描述和實際應用舉例，說明滿足選型原則微機保護監控裝置及變電站自動化系統均可應用于戶外變電站，有利于變電站小型化。1、全分散式戶外變電站自動化系統選型原則1．1一般原則全分散式戶外變電站綜合自動化系統，分為三層：間隔設備層、通信網絡層、站控監控層；間隔設備層完成線路、電容器、變壓器等設備現場控制、監測及保護功能，裝于戶外端子箱上；通信網絡層主要完成各種設備通信功能及各種智能設備、自動裝置等通信接口功能；站控監控層主要完成全站數據采集與處理、斷路器控制等監控功能。整個自動化系統可完成變電站遙控、遙信、遙測、遙調等功能，實現變電站無人值班或少人值班。1．2微機保護監控裝置選型原則1、微機保護監控裝置必須為全分散式設計，即保護監控裝置功能按一次設備間隔設計，保護監控裝置可下放到戶外端子箱安裝。2、微機保護監控裝置結構必須為全密封結構，以提高裝置抗惡劣環境能力（如潮濕、溫度、灰塵、有害氣體等）。3、硬件標準化且完全通用，有利于運行維護。4、微機保護監控裝置獨立完成各設備的保護、測量、控制、信號功能，能同調度或后臺配合，完成"四遙"功能，且保護動作不依賴通信網絡。5、微機保護監控裝置出口最好為獨立出口、帶獨立信號，具有獨立遙控跳合閘執行繼電器，以提高保護監控裝置可靠性和符合我國運行習慣。6、微機保護監控裝置交直流通用，裝置電源范圍寬。7、具有事故記錄、故障錄波等功能。8、由于裝于戶外端子箱上，顯示部分最好選用數碼管。9、微機保護監控裝置抗電磁干擾能力強，具有抗共模、差模、靜電、輻射電磁場、快速瞬變等干擾能力。11、微機保護監控裝置具有較高絕緣水平和較高耐壓水平，以保證保護監控裝置長期可靠運行。12、微機保護監控裝置對變電所接地電阻無特殊要求，無需抗干擾端子。1．3通信網絡選型原則1、通信網絡選用總線型通信網絡，如CAN總線、LON總線等，滿足標準規約，直接構成分布式系統；2、通信網絡具有高可靠性，抗強電磁干擾能力強，具有非破壞性總線裁決技術，即當一臺保護監控裝置通信故障時，不能影響整個通信網絡運行，有故障保護監控裝置自動切斷同通信網絡聯系，同時將故障信息送向監控主機或調度；3、通信網絡實時性能強，即當現場發生事故時，保證在重載情況下各種數據安全可靠傳輸到監控系統，不死機。4、通信網絡具有很完整自檢功能。5、斷路器控制必須能實現遠方遙控跳合閘，遙控跳合閘執行正確率必須為100%，開關就地必須保留手動的強電控制回路。6、通信電纜選用屏蔽雙絞線。7、通信網絡對接地電阻無特殊要求。1．4站控監控層選型原則1、站控監控層分為帶主機模式和不帶監控主機模式，帶主機模式，可建一小控制室，面積為10平方。不帶監控主機模式，可以不建主控制室。2、同調度連接可通過監控主機或網絡管理單元連接，最好選用網絡管理單元同調度相連，監控主機只做當地監控功能。3、監控主機或網絡管理單同保護監控裝置通過通信網絡聯絡，監控主機只作日常管理和監視工作；監控主機或數據通信控制裝置可通過POLLING、CDT、DNP3.0、u4F、IEC－60870－101等規約通調度相連，實現遠方調度集中監控。4、監控軟件必須全部漢化，必須具有完整密碼功能。5、監控軟件功能必須完整。1．5戶外端子箱選型原則1、采用雙層結構，外層為材料為不銹鋼，內層選用負離鋅板材。2、全面考慮戶外端子箱的防雨、防潮、抗高溫、低溫能力，能達IP5級。3、合理設計端子箱布置，合理考慮檢修、運行方便性。4、所有端子箱盡量設計標準、統一。2、全分散式戶外變電站自動化系統在白云變電所應用情況2．1白云變電所情況白云66kV變電所位于遼寧丹東市東港開發區內，1999年05月01日投運，現有31.5MVA主變壓器1臺，有載調壓，17個檔位,10kV出線6回。白云66kV變電所是一座小型化、戶外型的綜合自動化變電所，全部設備戶外布置。2．2自動化系統特點2．2．1白云變電所自動化系統特點白云變電所的綜合自動化部分采用北京德威特電力系統自動化有限公司生產的DVPS-600F系統.該系統最顯著的特點是可在惡劣的環境下(如低溫、潮濕、強電磁場干擾、有害氣體、灰塵等)長期可靠運行，適合東北惡劣的氣候環境。北京德威特電力系統自動化有限生產的DVPS－600F系統，是目前國內比較先進的適合惡劣氣候特點的綜合自動化系統，是白云變電所所有設備的核心。DVPS－600F是專門為變電站進行成套設計的面向用戶的開放式軟硬件系統、分布式安裝變電站綜合自動化系統。該系統分為變電站層、間隔層、通信網絡層；系統突出解決了變電站間隔層微機保護監控裝置（DVP600系列微機保護監控裝置）在惡劣環境下（如低溫、潮濕、強電磁場干擾、有害氣體、灰塵等)長期可靠運行問題；突出解決了變電站綜合自動化系統中變電站層和間隔層之間通訊網絡的可靠性、快速性和多種規約的兼容性問題。突出解決了變電站綜合自動化系統同地區電網調度自動化系統之間通訊的可靠性、快速性和多種規約的兼容性問題。白云變電站綜合自動化系統主機和縣調主機之間數據由調制解調器再通過光纜連接在一起；變電站綜合自動化層又由主機和對應于現場間隔的微機保護監控通過實時通訊網絡（CAN網）連接在一起。整個自動化系統的基礎成員是DVP－600系列微機保護監控裝置和DVP－611分散式微機監控裝置。微機保護裝置、微機監控裝置由多微機協調工作，雙重化硬件配置，每臺一次設備單元對應于一個獨立微機保護裝置，專責于設備的保護、測量、控制、信號；所有微機監控裝置裝于戶外端子箱上，脈沖電度表脈沖數接入保護監控裝置電度接口；保護監控裝置動作和運行不依賴通訊網和監控主機；事故音響信號和預告音響信號由DVP－601微機中央信號監控裝置獨立構成，即變電站中央信號系統不依賴監控主機；變電站間隔層（微機保護監控裝置和微機監控裝置）通過實時通訊網（CAN網）同監控主機相連。監控主機通過CAN網從變電站間隔層微機保護監控裝置、微機監控裝置獲取信息，監控主機只負責全變電站日常管理工作和實現變電站遠方監控；改變以前必須將微機保護監控裝置、微機監控裝置、RTU裝置集中組屏放于主控制室的傳統做法，從而極大減化變電站的二次接線，縮小變電站的占地面積，節約投資，提高整個綜合自動化運行情況。所有遙控、遙測、遙信、遙調均通過調度完成，實現變電所為無人值班。2．2．2DVPS－600F全分散式自動化系統特點典型的分布式系統系統縱向分為三層，即站控層、間隔層及通信網絡層。間隔層設備在橫向按變電站一次設備分布式布置，相互獨立。僅通過屏蔽雙絞線構成總線式CAN通信網相聯，其功能齊全、配置靈活、具有極高的可靠性，被認為是綜合自動化技術的發展趨勢。微機保護監控裝置全戶外安裝微機保護監控裝置不集中組柜安裝于主控制室，所有微機保護監控裝置全部安裝于戶外端子箱上，取消變電所主控制室，只設一間10平方米工具間。小間供安裝通信設備及直流屏用。不用修建電纜溝，幾乎沒有二次電纜，變電站土建工程大為減少，極大降低工程造價。且運行維護十分方便。系統抗環境溫度及電磁干擾能力強系統保護監控裝置裝于端子箱上已經經過環境溫度－30℃低溫和環境溫度為＋40℃高溫多年運行考驗，系統穩定運行，通信網絡可靠，無任何拒動和誤動記錄。自動化程度高、可靠性高采用本系統可以取消常規模擬屏、常規操作控制臺。間隔層設備保護、監控及自動裝置由現場就地獨立完成，間隔層設備同站控監控系統僅通過通信網絡連接。保護動作、自動裝置動作、備用電源自投不依賴通信網絡，間隔層設備同過普通屏蔽雙絞線CAN網絡同站控主機相連，站控制主機只做監控管理工作。交直流兩用整個自動化系統交直流兩用，既可以用交流操作電源，又可以用直流操作電源。使用十分方便。采用成熟的現場總線技術站級層采用工業現場控制總線---CAN總線。由CAN總線構成的變電站綜合自動化系統，是一種總線式網絡系統，具有擴展方便，抗強電磁干擾能力強，傳輸速率高，無數據瓶頸，溫度適應范圍寬等優點，特別適合變電站惡劣的工作環境。開放式、易擴展性系統設計通過采用DVP－602微機數據通信控制裝置所帶國際國內公認的標準規約及接口方式（如RS485，RS232等），可方便的與其他公司相關的智能設備相連，并進行信息交換；另外，充分考慮到變電站擴建、改造等因素，間隔層設備基于模塊化設計，可根據要求任意配置，變電站層設備配置靈活。遠動信息直采直送遠動與監控系統共用間隔層的保護監控裝置傳送來的信息，達到分布式RTU技術要求標準，滿足調度自動化信息直采直送的要求。分散式低周減載及分散式小電流接地選線功能分散式采集各出線回路零序電流和零序諧波電流方向，通過DVP－602或后臺系統集中比較，實現小電流接地選線功能。電壓無功綜合控制功能可通過調度系統和當地監控，實現變電所遠方調壓及電壓無功綜合控制功能。2．2．3DVP－600全分散式微機保護監控裝置特點分散式按每個功能單元(間隔)對應于一個小機箱設計，裝置可下放到開關(現場)附近安裝，同主機之間由CAN總線通迅電纜聯絡。統計表明，發電廠,變電站大量復雜的二次連接電纜接觸不良是造成發電廠,變電站發生惡性事故的重要原因之一。把監控保護功能分散到就地獨立完成，僅由普通屏蔽雙絞線和主機聯絡，主機只作日常管理工作，避免了以往將所有測量、控制、保護、信號線都接入主控室，極大地減化了二次接線,節省了投資,提高了系統可靠性及可維護性、減少了事故隱患。硬件標準化機箱由四塊小插件組成，電路原理簡單、易于掌握，插件硬件通用,不需任何調節就可互換到DVP600系列不同用途的機箱中,更換后測量精度不受影響，便于系統快速修復。微機保護微機監控既統一又不喪失獨立性在同一機箱內將各功能分散到保護CPU、監控CPU、通訊CPU中并行處理，保護CPU一個插件、監控CPU和通訊CPU一個插件，各插件獨立工作，由串行通訊聯絡，保護插件和監控插件分別由各自獨立電源供電，獨立跳合閘出口繼電器。微機保護硬件雙重化設計雙重化裝置開關電源，雙重化保護CPU，多重化出口繼電器。先進高速的通訊方式采用高可靠的CAN總線工業控制現場網絡，網上任意設備間均可直接進行數據交換，接口芯片自動完成網絡協議和校驗，監控主站數量任意增減，徹底克服了主從式網絡結構的瓶頸現象。高可靠性所有元件均采用CMOS工業級芯片,抗干擾能力強,故障率極低,獨特的布線設計，電磁屏蔽、軟硬件冗余、瞬態抑制等措施使裝置具有很高的抗干擾能力，任一元件損壞均保證自動進行及時有效的處理,任何情況下不影響正常工作。全密封鋼結構防振機箱由于低功耗無須考慮散熱，機箱采用了全密封結構，使灰塵、潮濕、有害氣體的影響大大降低，再加上寬溫度的工作范圍，使裝置適合于安裝在控制現場，改變了過去微機監控裝置必須安裝在主控室，以及要求加空調和室內密封的傳統做法。超低功耗設計裝置電源交直流220V通用，電源功耗4.5W，交流電壓功耗低于0.1VA，交流電流功耗低于0.25VA,中間沒有變送器環節。開關量使用+220V電壓輸入以往微機監控使用+24V作開入量電源，由于發電廠，變電站強磁場干擾，信號誤報現象時有發生，本裝置直接使用直流+220V作開入電源，既簡化接線又消除信號誤報現象。完整的電氣防跳及控制回路裝置具有開關的防跳繼電器和常規控制回路的接口。用于交流操作防跳繼電器外附。靈活的硬件組態工作方式小機箱模擬量中任一個均可由廠家和用戶協商任意定義為電流或電壓輸入；開關量中任一個也可定義為脈沖或電平方式,以及進行計數和事件記錄等;出口繼電器可以任意指派其作用,以便滿足各種特殊功能的要求。顯示整定簡單方便三個按鍵四位顯示器可以顯示修改一切參數，無須記憶操作命令。獨立遙控跳合閘執行繼電器可選擇遙控跳合閘繼電器輸出,由壓板單獨投退。測量CT和保護CT回路分開保護電流和測量電流回路獨立；既保證了測量精度又保證了保護回路的安全性。開關事件記錄直接記錄外部11個開關狀態事件的時間及順序并對脈沖計數，對不同的應用11個開關狀態定義可以不同。PT斷線報警任一相電壓斷線時發PT斷線報警信號。裝置故障報警當裝置自檢發現有不可恢復的錯誤時發報警信號。控制回路斷線報警當采用斷路器控制時，控制電源保險熔斷或跳閘回路斷線或合閘回路斷線時均發控制回路斷線報警。遙控輸出獨立遙控跳合閘空接點輸出,由外部聯接片投退。遙信量各保護信號,故障參數,開關量事件記錄。網絡通信總線式,普通屏蔽雙絞線,直接同PC機連接。2．2．4白云變電所設備配置情況2．2．4．1微機保護監控裝置配置情況1、10kV線路保護監控：配置DVP－631微機線路保護監控裝置2、主變器保護監控：配置DVP－621微機變壓器差動保護裝置配置DVP－622微機主變器后備保護裝置配置DVP－611分散式微機監控裝置3、66kV線路保護監控：配置DVP－693微機線路保護監控裝置4、電壓互感器監控：配置DVP－671微機PT監控裝置5、中央信號監控：配置DVP－601微機中央信號監控裝置2．2．4．2監控系統配置情況1、硬件：配置臺灣研發工業控制機，顯示器PHLIPS21,UPS三特1KVA2小時,CAN網絡控制器,光端機2、軟件:配置DVPS-600變自動化系統軟件2．2．5白云變電所自動化系統運行情況白云變電所于1999年5月11日投入運行，到2001年12月投運已2年6個月，經過多次系統故障和異常情況的檢驗，所有設備和裝置動作正確、運行可靠，未發現異常情況。一些主要情況簡要介紹如下：1、99年6月13日，友好線速斷保護動作跳閘，重合成功。故障原因：拉開友好線78號負荷開關時因開關分閘速度慢引起三相短路。2、99年6月18日，東港集控站顯示白云變水產線C相全接地，經巡線發現水產線錦江分22＃右2變臺避雷器C相爆炸。現場情況與集控站顯示一致、正確。3、99年6月19日，東港集控站顯示白云變水產線A相全接地，經巡線發現水產線錦江分葦場線用戶自維線路A相瓷瓶擊穿。現場情況與集控站顯示一致、正確。4、99年9月25日03時22分，東港集控站顯示白云變