1 前言 截至2000年底，全国水利系统共建成800个县电网和40多个地区性电网，共拥有10kV及以上高压线路97.77万km，拥有35kV及以上变电所5291处、变电容量4302.28万kVA。以上变电所绝大多数都是采用常规技术建造的，占地面积大，投资高，需多人值班，可靠性低，技术落后，迫切需要先进的设备进行更新改造。新建变电所更应该采用先进的技术装备和先进的管理手段。
国内变电所自动化技术水平与国外发达国家相比还有比较大的差距。20世纪80年代末，国内研制开发了集成逻辑电路(CMOS)继电保护、测量、控制、信号"四合一"集控台，90年代又开发了全微机保护、测量、控制、信号、远动"五合一" 集控台，实现了变电所"遥测、遥信、遥控、遥调"4遥功能，大大提高了变电所自动化水平，但运行中也发现一些问题，主要是故障率高，经常误动、拒动；设备维护困难；系统灵活性比较差，变电所增加或减少输电线回路数时，系统修改、升级比较麻烦。
近几年来，国内外模式变电所发展趋势有些变化，对变电所无人值班的要求，不但新建变电所需要，而且数量众多的采用常规一次设备的已建变电所也需要，技术重点从一次设备开发转到二次设备开发上来。国外的一次设备造价高，但二次设备集成度高，功能全，性能价格比高，国内农网包括农村水电系统大部分都能接受。
2 变电所数字式综合控制自动化设备
GE数字式变电所综合控制自动化系统是由美国电力科学研究院率先提出的，经过3年多时间的研究和现场实验，取得了成功。
(1) 该系统的特点是：
•采用了数字技术，一回线采用一个综合测量控制保护装置，可靠性大大提高，故障率降低，避免故障扩大，改善供电质量；
• 运行灵活，系统可以任意组态，用户可通过选择不同的模块及配件来满足需要的特性组合，便于变电所改造和扩容；
• 结构简单，可减少变电所占地面积、节省投资；
• 采用数字技术，使设备的不检修周期大大延长，减少了年运行费用。
(2) DLP线路保护设备：
①概述：
GE公司的DLP是一套以微处理机为基础的数字式保护装置。
该保护装置采用波形取样结合合理的算法提供输电线路保护和故障测距，它提供的有关特性改善了DLP与用户之间的接口关系。通过三年成功的现场试验，全面检验和完善了DLP的软件和硬件，使其更为通用。用户可通过选择不同的模件来选择他们所需的特性组合。
②主要改善：
•单相跳闸逻辑及任选二组重合闸回路。
•IRIG-B时间同步输入。
•第1段延伸逻辑。
•可组合的输入及输出。
•内部及外部录波起动。
•灵活的录波参数储存。
•合适的整定容量--(4)组。
•多重的TOC曲线(反时限，极反时限，甚反时限)。
•定做的TOC曲线可经各种来源装入DLP。
--GE的TOC曲线编制软件生成的曲线。
--GE的TOC曲线数据库中的任何曲线。
--现有ASPEN RELAYEDITORTm数据库中的任何曲线。
--任何用ASPEN RELAYEDITORTm设计定做的曲线。
这种定做曲线特性允许DLP可与其他制造厂的TOC继电器配合。
•SCADA，包括相别指示。
•多套口令保护系统。
•提出在线值报告：电压、电流、有功、无功、相角、自动显示并在4s间隔更换。
③设计特点：
•高分辩率取样(1ms)。
•四段式相间及接地距离(第四段可反向)或两段式相间及接地距离(正向)。
•录波参数/事件记录。
•接地方向过流。
•线路合闸保护。
•线路过负荷检测。
•振荡闭锁。
•熔丝断线检测。
•远端开路检测器。
•故障探测器/故障报告。
•自检/诊断。
•编程相位旋转。
•1段延伸逻辑。
•前面板及背板通道接口。
•任选的打印机接口。
•任选D/A远动接口用作故障距离及有关相别指示。
•IRIG-B及G-NET时间同步输入。
•多用途的TOC曲线包括定做曲线。
•合适的整定容量。
•用户可配置的输入及输出。
•多套口令保护系统。
•任选键盘用于当场控制。
•内部/外部录波起动。
•灵活的录波参数的储存。
•先进的服务及试验特性。
•完善的在线值报告。
④动作特性：
距离功能：
•三相、相间及两相接地--可调的欧姆特性。
•单相对地--电抗或可调的欧姆特性(现场选择)。
•每段有三个相间及三个接地距离元件，总共有24个独立距离元件。
方向：
•跳闸及闭锁用。
•负序电压极化用。
过流功能：
•监视。
•导频传递(GDOC)。
•后备。
动作时间：
•典型范围 3/4～11/2周波(另加1～4周波接点输出)。
应用范围：
•长线或短线。
•两端或多端。
•单相或三相。
•任何系统电压。
•无串补线路。
•带通道或不带通道。
⑤硬件：
所有模块均包括如下：
•插拔式模块结构--作试验及维修用的插入模块；
•信息接口--前后面板均有RS232接口可与远端PC机通信联络；用作获取信号及信息的就地LED显示；
•高可靠性元件 --采用80C186 20MHz主处理器；
1ms采样率；
TMS320C10数字信号处理器执行取样参数的计算。
•适用于苛刻的环境：
温度-20℃～+55℃室温；IEEE/ANSI SWC冲击试验(C37.99.1)；RFI干扰试验；IEC冲耐压试验；
•所有产品元件均经温度试验；
•装有键盘的模件还包括：经口令保护的完整的人机接口用于完成当地控制；标准的GE模块试验和对电流电压联接插件的试验。
⑥精度：
•距离测量元件精度：±5%整定值(最大区段相位和额定电流时)。
区段时限精度：±3%整定值。
故障探测器精度：±3%(典型)。
(3) SR745主变保护设备：
①主变保护：
•纵联差动。
•瓦斯保护。
•复合电压启动的过流后备保护。
•定时限过电流后备保护。
•零序低压闭锁定时限零序过流后备保护。
•零序过电压定时限后备保护。
•重瓦斯保护跳三侧。
•调压重瓦斯跳三侧。
•110kV零序过流保护跳三侧。
•110kV间隙零序过流跳三侧。
②保护装置其它功能：
•具备录波功能。
•低周减载(具备低压和频率滑差闭锁)。
•接地自动查找。
•主变中、低压侧复合电压方向过流可实现：T1跳母联、T2跳本侧。
•轻瓦斯信号。
•调压轻瓦斯信号。
•备用电源自投装置。
③测量范围：
•母线线间电压。
•三相电流、有功功率、无功功率。
•相电压、3Uo。
•线路断路器、隔离刀闸辅助接点位置信号。
•线路及母联断路器、隔离刀闸辅助接点位置信号。
(4) 当地SCADA系统
①系统支持实时数据：
• 状态量：2048点。
• 模拟量：512点。
• 脉冲电度量：64点。
• 计算点：2048点。
• 非电量信号(温度、压力等)：占模拟量点。
• 历史数据库：2年。
• 虚拟点：1024点。
• 采集模拟量数据：温度、周波、电压、电流、有功、无功、脉冲电度量等电量及非电量。
• 采集开关量数据：保护动作信号、主变轻瓦斯、过温、分接头位置、断路器、刀闸状态、设备内部模块自检信号。
②系统支持软件：
• 管理SCADA系统专用实时数据网。
• 管理SCADA系统历史数据库。
• 网络管理。
• 下发开关量、模拟量、电度量的有关参数信息至设备。
• 通过实时数据网进行多机间数据交换。
• 底层数据计算产生新的虚拟点数据。
• 数据在实时数据库内相互传送(本机实时数据库)。
• 历史数据库收集总容量约为2年(视硬盘容量与实时数据量大小)。
• 历史数据库可分为4级时间密度(5min、30min、1h、24h)记录。
• 管理虚拟RTU、虚拟点定义。
• 可定义标志(虚拟开关量)变化时同普通开关量变位事件一样报警。
• 录波可记录及显示事故时的多种数据及事故发生时刻的波形。
③当地监控系统：
• 可显示地理图、电网系统潮流图、一次接线图、二次保护接线图及数据、参数图表、动态图形及表格。
• 可通过中文提示菜单选择画面、图形显示方式(滚动或缩放)。
• 当前画面的屏幕拷贝。
• 可根据需要动态刷新显示出相应电网实时数据。
• 画面中显示实时数据、计算值、设备运行情况和通道情况信息。
• 对开关变位提示报警。
• 模拟量越限提示报警和数据显示颜色变化。
• 人工手动改变开关位置。
• 能以棒的形式显示单一量或多个相关量数据的变化。
• 当前棒图的屏幕拷贝。
• 可双座标系同时显示(如主变负荷与主变温度)。
• 显示实时数据曲线、当天计划曲线、历史曲线(保留1个月)。
• 显示当天实时数据值与计划值的差值曲线。
• 曲线图中标有昨天和当天峰值、谷值、平均值、峰谷差值和峰谷时间。
• 人工设定明天计划曲线值，可对采样值进行考核。
• 当前曲线的屏幕拷贝，一个月内曲线的打印。
• 一次模拟图曲线可根据潮流方向动态流动。
• 处理开关量变位、模拟量越限信息。
• 统计、显示打印开关动作次数。可分为人工操作和事故动作两种。
• 保存前一周的SOE(事故)记录。
• 保存前800条开关量变位、模拟量越限异常数据内容。
• 事故发生时可自动记录，并可打印事故记录表，包括断路器及机组事故发生时间、保护动作类别及其他相关信息等。
• 可设置打印诸如：重合闸次数、成功率、断路器动作次数、机组开停机次数等统计数据。
• 手动控制断路器跳、合闸。
• 挂牌操作。
• 具有操作口令，防止非法操作。
• 具有操作命令记录。
• 可定时打印用户自行制作的报表。
• 可召唤打印实时报表。
• 人工在线设定定时报表的打印时间。
3 试点案例介绍
四川省名山县，东距成都110km，西至雅安17km。蒙阳110kV变电所位于名山县城东乡五里村邓坪，占地面积13200m2，设计的终期规模为：2×20000kVA，为名山县的枢纽变电所。主变为三相三绕组有载调压变压器，本期只投一台20000kVA；110kV线路设计间隔为2回，本期投1回；35kV线路设计间隔为8回，本期投4回；10 kV线路设计间隔为8回，本期投4回。工程总投资1550万元。2000年10月安装，2001年1月投运，正常运行至今。
系统中110kV线路及主变控制、保护引进美国GE公司的产品；系统软件引进日本恒星公司的产品；35kV、10 kV控制、保护等采用国产设备。用户界面中文。采用一回线路一个独立的数字式综合控制保护装置，通过计算机总线与上位机通信，实现全所自动化管理的方案。
通过在名山的试点证明该系统技术先进、可靠性高，使变电所故障率大大降低，提高了供电质量； 系统运行灵活，便于变电所改造和扩容；结构简单，减少了变电所占地面积、主控屏柜数量减少，控制室面积减少了一半，节省投资；采用数字技术，使设备的不检修周期大大延长，变电所实现无人值班(少人值守)，每年可减少年运行费用10万元以上。完全替代了老式的"四合一"、"五合一"集控台方案，该系统非常适用于农村新建变电所或老变电所的改造中推广应用。
从社会效益来看，引进了国外最先进的变电所自动控制技术，提高了名山县变电所自动化整体水平，使名山县农村变电所自动化上一个档次。同时以现代化管理和技术为手段，为保证农网可持续发展提供了技术支撑，满足了全县农村经济发展和人民生活水平提高对电力的需求，增强了名山县农电企业的市场竞争能力和综合技术实力。其经济效益和社会效益都是比较明显的。
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