變電站綜自檢測系統(tǒng)概念設計

一、變電站綜合自動化的歷史及現(xiàn)狀

上世紀八十年代初，中國電網(wǎng)的自動化監(jiān)控還剛剛開始。自那以后，變電站自動化系統(tǒng)的設備和系統(tǒng)構(gòu)成模式，大體經(jīng)歷了如下三個階段：

1. RTU + 當?shù)匮矙z + 保護裝置;

2. 測控單元 + 當?shù)睾笈_ + 遠程主站;

3. 保護遠動一體化 + 遠程主站。

在上面的第三種模式的早期，因為大型的110kV和220kV以上的變電站，還是有人值班的，所以還都配備當?shù)睾笈_監(jiān)控機。后來逐步改造轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人值班站后，當?shù)睾笈_監(jiān)控機成為一個每月定期去人例行檢查時才開機的擺設，已經(jīng)發(fā)揮不了多大作用，顯得不很重要，直至到近幾年，110KV 及以下等級變電站干脆不再配置當?shù)乇O(jiān)控后臺機，從而當?shù)乇O(jiān)控后臺機完全或部分退出歷史舞臺。

因為在保護和遠動構(gòu)成的綜合自動化系統(tǒng)變電站中，設備組成已經(jīng)統(tǒng)一考慮，在專業(yè)人員分管和組織機構(gòu)方面，也發(fā)生了相應的變動，有不少單位保護和遠動成為一個班組，從組織管理上逐步適應了綜自系統(tǒng)的這一科技進步。

二、技術(shù)進步對現(xiàn)場測試提出了新課題

在綜自系統(tǒng)設備一體化、組織機構(gòu)相應變化之后，工程實施中的檢測和驗收卻一直不能一體化，明顯地，它的技術(shù)支撐手段，已經(jīng)遠遠落后于系統(tǒng)設備本身的技術(shù)發(fā)展水平。

1、什么原因呢?首先，實現(xiàn)變電站綜合自動化以后，系統(tǒng)功能不但沒有減少，反而大大增強。功能要求和技術(shù)指標都比以前有了很大的提高。由于需要專門的試驗、檢驗設備，這種功能和技術(shù)指標的檢測和驗證，都只能在設備制造廠家的試驗室里完成。

2、當設備在現(xiàn)場安裝完成并實施統(tǒng)調(diào)以后，建設單位不能以廠家單臺設備的例行測試數(shù)據(jù)作為驗收依據(jù)，道理很簡單：對一款菜式的合格標準不能以市場上采購來的原料性能為判斷根據(jù)。綜合自動化是作為一個完整系統(tǒng)向客戶提供規(guī)定功能和應達到的技術(shù)指標的，它必須給出系統(tǒng)實際運行的技術(shù)性能指標數(shù)據(jù)，才能通過項目驗收。這給調(diào)度自動化部門很大的壓力，原因是：他們的技術(shù)檢測手段沒能跟上綜自系統(tǒng)的發(fā)展。

3、目前進行綜自系統(tǒng)檢驗通常需要配置諸多儀器，例如，標準功率源、繼電保護試驗裝置、毫秒表等，有些指標還沒有合適的儀器測試，工作起來十分不便，且造成儀器資源浪費?，F(xiàn)在我們看一看在沒有綜合自動化檢測系統(tǒng)之前，遠動專業(yè)技術(shù)人員是怎樣完成系統(tǒng)的基本功能測試的：

⑴遙測精度：用一臺變送器檢驗儀上及標準源，手動輸入模擬的電壓、電流、相角等，取幾個試驗點，逐點完成測量后，手動繪制數(shù)據(jù)報表;

⑵遙測數(shù)據(jù)響應速度：用上面的同一種源，用秒表來卡測控單元輸出的響應速度(也有用時鐘來估個大概時間的);

⑶遙信可靠性：手動輸入變位信息(一般是在遙信輸入端子上用短接的辦法)，做若干次后作統(tǒng)計;

⑷遙信響應速度：同上，用秒表來卡輸出延時時間;

⑸遙信風暴：事實上沒法做;

⑹SOE分辨率：事實上沒法做，因為手動無法控制毫秒級的時間差;

⑺遙控可靠性：同遙信;

⑻遙控響應速度：同遙信;

⑼同期功能：只能在廠家的試驗室做，把數(shù)據(jù)拿過來充作現(xiàn)場數(shù)據(jù)。因為遠動班手頭的普通標準源無法操控穩(wěn)定的頻率和相位，否則就要化大價錢專門購買這種儀器，但實際使用率又不高;

⑽直流可控源：要用另一臺直流可控電源;

⑾GPS校時：一般要另帶一套GPS到需要檢測時標的現(xiàn)場。

還有其它等等多種功能，都無法在統(tǒng)一的測試平臺下來完成。在沒有綜合檢測系統(tǒng)之前，實際的現(xiàn)場測試比上述更糟。因為控制和輸出往往不在同一地點，解決的辦法是用對講機，盡管喊破嗓子，精度是絕對上不去的。所以許多定量性的指標實際上只具有定性的意義。你只是看到它動了，至于幾秒幾毫，對不起，天曉得，也只能是估個大概了。

4.問題的癥結(jié)：從以上我們看到，根本原因是：對指標的要求是數(shù)字化、程序化的，但測試的手段卻還是人工的、手動的。這樣測試的數(shù)據(jù)，怎么可信?

三、概念設計要點

解決上述問題的根本之策，是設計一套集多種功能于一體的程序化的數(shù)字化發(fā)令系統(tǒng)，用虛擬儀器的設計概念，以可編程的方式，自動地完成各種功能的性能檢測。它的核心，就是將發(fā)令系統(tǒng)和輸出檢查，全面建立在計算機編程控制的平臺上，計算機能夠達到的分辨率，就是這個系統(tǒng)所能達到的最高分辨率。

下面逐一舉例說明。

1. 遙測精度：程控源可以手動、也可以編程控制輸出，以實現(xiàn)單點測量和全負荷區(qū)間的自動測量。計量精度0.5級已能滿足要求，因為數(shù)據(jù)目標不是針對電能計費，而是提供生產(chǎn)調(diào)度部門的電網(wǎng)負荷統(tǒng)計、計算、以及調(diào)度中心對電網(wǎng)實時數(shù)據(jù)的要求;

2. 遙測響應速度：使標準源的輸出數(shù)據(jù)帶時標，經(jīng)測控單元輸出的數(shù)據(jù)也帶上時標，那么同一數(shù)據(jù)的時間差就是設備的響應速度;

3. 遙信可靠性及響應速度：編程輸出指定次數(shù)的變位信息進入測控單元，將測控單元的輸出返回到測試儀，比較輸出信息和返回信息的時間差，就可以得到響應速度;對多個信息進行響應統(tǒng)計，就可以得到可靠性指標;

4. 站內(nèi)SOE：編程定延時連續(xù)發(fā)送多個變位信息到測控單元，令其輸出響應信息返回測試儀，檢查每個變位信息的時標，即可確定SOE分辨率;

5. 遙控可靠性及響應速度：間隔發(fā)送多次遙控信息到測控單元，檢查其報告的動作，統(tǒng)計多次操控的成功率，就是可靠性指標;檢查其發(fā)送和動作時標的差異，就是其響應速度;

6. 同期功能：程控源必須具有對每相輸出的電壓、頻率、相位進行多參數(shù)單獨調(diào)控的能力。比如，A相為系統(tǒng)側(cè)輸入，C相為待并側(cè)輸入，在A相參數(shù)不變的情況下，單獨改變C相的各個參數(shù)逐次逼近A相之值，從而驗證同期設備的響應性能;

7. 直流可控源：在規(guī)定區(qū)間內(nèi)電壓連續(xù)可控，用于測量電平翻轉(zhuǎn)閾值等等;

8. 熱電偶模擬檢測：儀器模擬熱電偶因溫度變化而產(chǎn)生的阻值變化，輸入到油溫變送器，觀察其輸出變化的性能來實現(xiàn)檢驗;

9. GPS接入：儀器本身攜帶GPS天線，可在任何開闊地帶接收三個以上的衛(wèi)星信號，用于同步儀器時鐘，這在站間SOE檢驗中尤為重要;

10.秒脈沖輸出：儀器可輸出高精度的秒脈沖信號;

11.遠程控制：儀器可本地面板操作，也可以經(jīng)通訊線在一定距離外在終端上進行遠程操作，使得當設備的輸入和輸出不在同一地點時，理論上可實現(xiàn)一人完成測試，不必一定要他人配合。

在計算機和通訊技術(shù)高速發(fā)展的今天，以上功能應該是不難實現(xiàn)的。精度指標和響應速度也能夠比早期遠動的水平有很大提高。在設備增加，人員減少的今天，只有依靠科技進步，才能擺脫捉襟見肘的困境。

四、項目實施

1.儀器功能

根據(jù)綜自系統(tǒng)相關(guān)的檢驗規(guī)程，所研制的綜自系統(tǒng)測試儀主要實現(xiàn)同期功能測試、遙測精度校驗、系統(tǒng)性能指標(如SOE分辨率、遙測響應時間、遙信響應時間等)測試等功能，且可實現(xiàn)遙測精度的自動閉環(huán)測試，并用Word平臺自動生成報表，可支持部頒IEC870-5-103、 IEC870-5-104通訊規(guī)約，具有以太網(wǎng)、RS232、RS485、CAN總線等通訊接口，且可進一步升級支持IEC 61850。此外，該測試儀還能提供可調(diào)直流電壓源，可用于測試遙信光耦動作電壓。

2.儀器硬件結(jié)構(gòu)

該儀器主要由三大功能模塊組成，即程控功率源模塊、主控模塊和人機接口模塊，其中程控功率源模塊和主控模塊封裝在儀器主機箱內(nèi)。

功率源模塊接受從主控模塊的控制信號，提供3路獨立回路的交流電壓源、3路獨立回路的交流電流源以及與交流源隔離的直流電壓源，并且能對三相電壓和電流的幅值、相位和頻率的大小在一定的范圍內(nèi)獨立調(diào)節(jié)，輸出精度可達0.05級。

主控模塊是測試儀的控制核心模塊，它主要實現(xiàn)對人機接口模塊命令的接收和處理，該模塊還具備GPS授時功能，實現(xiàn)與時間相關(guān)的測試功能。

人機接口通常采用便攜機，運行相應的人機接口軟件。

3.本設計關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)功能

⑴遙測測試：模擬現(xiàn)場的交流信號，測試測控裝置對現(xiàn)場模擬信號的測量精度是否合格。

⑵遙信測試：模擬現(xiàn)場設備動作事件，測試測控裝置是否能正確識別。

⑶遙控測試：模擬現(xiàn)場設備動作事件，接收測控裝置的開關(guān)量信號，測試測控裝置的遙控信號是否正確發(fā)出。

⑷同期測試：產(chǎn)生電壓激勵，測試測控裝置的同期功能是否合格。

⑸SOE站內(nèi)測試：模擬現(xiàn)場的兩個動作事件，測試測控裝置是否能正確識別同一變電站內(nèi)的兩個事件。

⑹SOE站間測試：模擬現(xiàn)場設備動作事件，測試綜合自動化系統(tǒng)的上一級系統(tǒng)是否能正確識別不同變電站內(nèi)的兩個動作事件。

⑺遙信響應時間測試：模擬現(xiàn)場設備動作事件，測試從測控裝置現(xiàn)場發(fā)生設備動作事件，至檢測到這個動作所需的時間。

⑻遙測響應時間測試：模擬測控裝置在電網(wǎng)受到干擾時的交流量采集，測試綜合自動化系統(tǒng)從現(xiàn)場發(fā)生電壓幅值突變，至檢測到這個突變所需的時間。

4.本設計如果實施完成，具有如下特點：

⑴功能完整：基本上覆蓋了目前變電站綜合自動化系統(tǒng)驗收測試所要求的所有功能;

⑵技術(shù)指標：達到和超過了電力調(diào)度對遠動和自動化的基本技術(shù)指標要求;

⑶使用方便：一臺儀器包含了所有的測試功能，結(jié)構(gòu)緊湊，移動方便，可遠程操作，最少可一人單獨完成測試;非常適合遠距離、較分散的變電站測試;

⑷勞動強度：大大減輕工作人員勞動強度，尤其是遙測項目，設點編程測試使工作人員只需要更換接線頭，其余一切皆由儀器自動完成，而且自動生成報表。只有在這樣的工作強度之下，大量變電站遙測設備的年檢才有可能實現(xiàn);

⑸功能創(chuàng)新：對時間分辨率要求高的如SOE，實時響應性能等指標，過去是無法進行測試的，現(xiàn)在成為一種精確可信的例行操作，可信度大大提高;填補一項測試空白;

⑹推廣價值：一套儀器頂過去一車儀器，簡單方便，功能強大、齊全，大大提高經(jīng)濟效益;

目前，本項目已經(jīng)通過合作開發(fā)趨于完成。一些基本的性能指標已經(jīng)取得了用戶的檢測證書，的確是一項值得推廣的優(yōu)良設計。這樣一種針對于綜自系統(tǒng)檢驗的儀器，為我們現(xiàn)場提高檢驗效率和質(zhì)量，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行提供了高效的技術(shù)手段。