Sepam变电站自动化系统的应用

随着电力系统自动化技术的迅猛发展，各地区电网都在建设和实现无人值班变电站。变电站自动化系统是新建无人值班变电站的发展主流，且技术已日益成熟，特别是分层分散分布式变电站自动化系统更以其卓越的性能受到广泛的欢迎，而且已经为电网的安全经济运行发挥了巨大作用。本文以长沙马王堆变电站为例，采用由法国施耐德电气公司的Sepam数字式微机保护所组成的分层分布式变电站自动化系统，分析了该系统的结构特点，从应用设计、现场验收、运行管理出发，论述了当今变电站自动化建设中的实情和发展趋势。
1　Sepam系统的特点
　　1.1　系统的组成
　　Sepam系统由Sepam数字式微机保护单元和ISIS监控系统单元组成。ISIS监控系统的核心是ES1000监控系统软件，其中ISIS监控系统主要由中央计算机系统、通信网络和 Sepam保护单元三大部分组成。Sepam系统的数字式微机保护单元，主要由 Sepam2000，Sepam1000，Sepam100三大类型所组成，且每一种类型有多种可供选择的型号，以适应不同电压等级不同保护方式、保护类型的需要。Sepam2000主要用于主设备保护，Sepam1000主要用于母线保护（本例中110kV终端站未用母线保护功能）及电流互感器、电压互感器测量监视，Sepam100用来实现模拟图显示和实现就地及远方控制之间的切换用。
　　1.2　系统的特点
　　Sepam系统功能强大，可以完成各种电压等级下的保护、控制、监控、PLC（可编程）、四遥、报警、事件记录等功能。保护功能先进、可靠、全面。为了查找故障原因及了解故障的严重程度，能提供跳闸时每相及接地故障电流值；根据开关检修及预试周期的特点，能记录开关动作次数，以便及时查询哪台开关需要检修。大屏幕高清晰度的液晶显示，能显示和查找各种电量参数和非电量信息；故障显示通过每相跳闸电流的读取和贮存显示故障相。设置独有的EMS（电磁兼容）板，即使在有强干扰的环境下（如HV变电站）也能安全可靠运行，全面符合IEC标准；使它能够在变电站内采用高级的数字技术而不需要采用任何防护措施。带电时每个端子之间都是互不连接的，维护简单，定值整定和测试非常方便。控制逻辑功能强大，通过简单的参数设定就能满足多种应用模式的需要。特别是设有具有强大内置的PLC，使得变换设置更灵活。本系统具有连续动态自检能力的智能电子装置，输入输出接点的数量可通过加装扩展板来实现，读取数据可以带有相位，给运行、维护人员带来了极大的方便。由于通常保护CT需要大饱和倍数，正常测量精度不能满足准确的控制、测量和报警的要求，而测量CT低饱和倍数难以满足保护大过流倍数的要求，因此Sepam以基于特殊的Rogo Wski线圈原理制作的CSP线圈的电流互感器（无磁芯），可以提供很宽的动态范围和突出的线性度。ES1000软件功能强大，图形界面清晰，人机界面友好，实现对系统运行状态和测量值的监视，具有实时和对过去运行趋势曲线图的自动跟踪记录等功能；运行过程中的报警显示、显示打印和运行报告登录，对各部件进行遥控，故障后的网络自动重构，根据用户付费进行能量管理，对不同地点的用户进行费用分配。
2　应用设计分析
　　2.1　系统设计思想
　　Sepam系统是一个完整的变电站自动化系统，除在各控制保护单元保留紧急手动操作跳、合闸手段外（本例用Sepam100作模拟图功能显示和实现就地及远方切换），其余全部的控制、监控、测量和报警功能均可通过计算机监控系统ISIS完成，变电站无需另设远动终端设备（RTU），监控系统完全满足 “四遥”的功能及无人值守的需要。
　　从系统设计的角度来看，该系统具有以下特征：
　　（1）分布式设计
　　系统采用模块化，分布式开放结构，确保各控制保护功能的可靠性及系统的可升级性，各控制保护功能均分布在开关柜或尽量靠近开关的控制保护柜上，主变中的主、后备保护分离，备自投都集中组屏在控制室里，所有的控制、保护、测量、告警等信号均在就地单元内处理成数据信号后，经由RS-485通信接口，通过专用通信电缆传输至主控室的监控计算机，各就地单元相互独立，不会相互影响，保护功能完全不依赖于监控计算机。增强了整个系统的可靠性和可用性，整个系统把各馈线、站用变、主变、直流电源系统、电容器综合补偿装置、防火消防与监控计算机相联，形成一个完整的计算机网络系统。如图1所示。

　　 图1　马王堆110kV变电站网络系统图
　　 Fig.1　Network system diagram of Mawangdui
　　 110kV substation
　　（2）简单可靠
　　由于采用可直接安装于开关柜和靠近开关的控制保护柜上的集成化就地控制保护单元，简化了二次接线，开关室或开关场与主控制室之间仅有通信屏蔽电缆连接，使控制电缆减少到最低限度，并有很强的抗电磁干扰能力。
　　（3）可扩展性
　　系统设计采用网络系统结构方式，充分考虑今后变电站规模及功能扩充的需要，当变电站规模和系统扩大时，就容易通过增加就地控制保护单元的方法来实现，而且能通过网络的拓展，使系统逐步扩充和完善。
　　（4）系统兼容性好
　　系统由标准化的软、硬件组成，数据库用类似于工业BASIC语言集成，数据库函数功能强大灵活，并配有标准的RS-485串行通信接口，专用智能通信卡 applicom，规约转换器，调制解调器，Sepam数字式微机保护装置用的通信联接盒CCA609，通信保护键dongle，用户可按照站内的需要灵活配置，组成一个监控网络，系统软件也能容易适应计算机技术的高速发展。
　　（5）经济性
　　由于极大限度地简化了二次接线和二次设备的配置，大大减少了主控室和保护室的面积，消除了控制电缆及电缆层，提高了系统的易维护性，因而可显著地降低变电站的综合造价。
　　2.2　系统的功能
　　系统与用户之间的交互界面为视窗图形化显示，利用鼠标控制所有功能键等标准方式，使操作人员能直观地进行各种操作，系统所用的程序菜单为树状结构，用户利用菜单可以容易到达各个控制画面，每个菜单的功能键上均有清楚的文字说明以及所要到达的画面，所有系统的原数据，均为实时采集并来自现场的就地控制保护单元，经由串行通信接口传送到监控计算机作处理显示。为了防止误操作，实现了权限管理，通过给予操作人员不同的登录密码，系统可把各用户分成不同级别，不同级别用户拥有不同的权限，系统应用程序的每一项功能均能按用户要求及系统设计而改编，以便于修改和符合实际需要。
3　现场调试运行情况分析
　　3.1　调试验收初期情况
　　按照技术协议和系统设计特点，Sepam综合自动化系统进入调试运行阶段时发现了存在的问题。如Sepam2000中PLC芯片烧坏；开关作传动试验时，从一次侧、二次侧升流到过流状态时，开关跳闸，其跳闸电流反应较慢；速断动作时，电流在监控计算机上根本不显示，且不能显示故障属于哪一段、哪一相等信息；保护控制回路电源与开关机构控制回路电源不独立；电压切换时或有极短暂的交流失压时，监控计算机有死机现象。
　　根据这些现象，经过详细认真的分析，发现Sepam2000中的PLC烧坏与开关的弹簧机构是否蓄能到位有关。因原设计中，只考虑到 Sepam2000装置中有ESB出口的PLC板，其中设有防跳继电器和出口中间继电器的功能，而实际情况是开关机构采用的是弹簧机构，由于弹簧机构在我国的应用不多，加之国产的工艺质量达不到完全可靠的要求，特别是蓄能变位灵敏性能不高，从弹簧蓄能到完全储能具有明显的时间差异，使得开关的辅助常开常闭触点动作不能及时到位，最终靠Sepam2000中的PLC的电子触点来断弧，从而造成Sepam2000PLC芯片烧坏。
　　针对这种情况，提出了解决问题的两种途径：一是更换开关的弹簧机构，采用ABB公司的产品。这种办法由于费用太高，不可取。二是采用外挂继电器的办法，增设1个防止跳跃的集成电路中间继电器、1个检测弹簧机构是否储能的中间继电器、1个跳闸继电器和1个合闸继电器。通过采用微机继电保护综合测试仪对每个开关保护单元做了传动试验，结果能满足保护校验规程的要求。改造设计后的装置，经过一年多的操作和运行，证明是可靠的。
　　其余缺点是由于通信通道和通信程序的问题，以及Sepam2000数字式微机保护装置中重合闸的时间计数器中各种时间参数设置不合理造成的，交流失压在加装UPS后恢复正常。
　　3.2　系统性能综合缺陷
　　无瞬时报警画面切换显示。系统通信中采用1801polling方式与调度通信，并采用JBUS规约与当地两台applicom通信卡进行通信。由于 1801规约的容量限制，不能传送全部变位数据信息，只能折中地采用挂葫芦的方式，程序中字节实施压缩技术。通信接口采用RS-485。由于RS-485 接口网络上只能有一个主节点，无法构成多主冗余系统，导致系统可靠性差。数据通信方式是命令响应式，从节点只能在收到主节点的命令后才能响应，一些重要的变位信息得不到及时上送，使得系统灵活性差、实时性差、纠差能力也差。
　　3.3　运行状况
　　经过一年多的运行，系统运行稳定，操作灵活可靠，实现了真正的无人值守，起到了城区110kV无人站示范作用，为今后变电站自动化和无人值守变电站的建设积累了经验，培养了运行、检修人员。
4　技术发展趋势
　　变电站自动化系统随着计算技术的发展而日新月异，基于电力系统技术的要求和特点，发展的趋势是：
　　（1）对中、低压变电站，保护和控制要求应尽量综合统一；
　　（2）对高压、超高压中心枢纽站，保护和控制必须具有相对的独立性；
　　（3）自动化系统应具有很强的软、硬件兼容性和可升级性，以适应计算机技术、电力电子技术的高速发展，系统体系结构采用分散式、开放式系统的结构，并具有易于扩充的功能。
　　（4）采用和跟踪基于ATM的通信网络与交换技术，采用智能电子规约转换器，以适应internet/intranet网络技术的发展，逐步实现与国际规约IEC870-5系列国际标准相适应的开放式通信体系结构。
　　5　结语
　　Sepam自动化系统是一种成熟的值得采用的一种综合自动化系统。但当前应注意几点：
　　（1）目前国内外综合自动化系统制造厂家较多，质量和功能也参差不齐，地区电力系统内采用的自动化系统应是可靠的，型号不能太多，这是解决运行、维护的良策。
　　（2）解决自动化系统的高起点，高度自动化与开关、机构落后和不配套带来的矛盾。
　　（3）解决无人值班站中运行人员和维护检修人员文化素质差同新技术广泛应用不相称的矛盾。这些问题的正确解决，是当前发挥综合自动化技术优势的关键。
　　（4）变电站自动化系统的可靠性是第一位的，各设备间接口必须进行完全的电气隔离，交流电源保护地及装置外壳可靠接地以及与主站通信通道的防雷措施必须落到实处。
参考文献
　　[1]　Schneider电气公司Sepam资料
　　[2]　杨奇逊.变电站综合自动化技术发展趋势.电力系统自动化，1995，19（10）
　　[3]　贺威俊，陈小川.变电站综合自动化体系结构.西南交通大学百年校庆论文集电气卷，1996