主變壓器（簡(jiǎn)稱主變）是變電站的核心設(shè)備，它的安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)變電站的正?？煽窟\(yùn)轉(zhuǎn)，因此，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中變壓器的保護(hù)與監(jiān)控具有十分重要的作用，應(yīng)給予充分的重視。本文闡述CSC2000 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn),提出了該系統(tǒng)中主變壓器繼電保護(hù)模塊、監(jiān)控系統(tǒng)和事件記錄系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，并詳細(xì)分析了各功能系統(tǒng)的原理、實(shí)現(xiàn)方法和相互關(guān)系。

(一) CSC2000 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

CSC2000 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)[1]按分層分布式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分為變電站層和間隔層（參見圖1）。



間隔層按一次設(shè)備（一臺(tái)主變，一條線路）分布式配置。各間隔內(nèi)的設(shè)備相對(duì)獨(dú)立，僅通過(guò)站內(nèi)通信網(wǎng)聯(lián)，并同變電站層的設(shè)備通信。間隔層一般包括測(cè)量和控制設(shè)備，負(fù)責(zé)相應(yīng)間隔線路或變壓器的參數(shù)測(cè)量狀態(tài)監(jiān)視和斷路器刀閘的控制、聯(lián)鎖；保護(hù)裝置在相應(yīng)線路或主變故障或異常時(shí)動(dòng)作。間隔層還包括一些其它智能裝置，如故障記錄裝置和備用電源自投

裝置等。間隔層的裝置或設(shè)備均通過(guò)常規(guī)二次電纜同開關(guān)場(chǎng)的一次設(shè)備相連。

變電站層也采用分布式結(jié)構(gòu)，包括當(dāng)?shù)乇O(jiān)控PC機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)通信接口和用于專業(yè)管理的工程師站PC機(jī)以及專用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)主站1～主站3。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)接口相互獨(dú)立。

主站1和主站2完全相同，稱為監(jiān)控主站。它一方面作為當(dāng)?shù)乇O(jiān)控和遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)與站內(nèi)局域網(wǎng) Lonworks 的網(wǎng)絡(luò)接口，另一方面設(shè)有一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，存放著全站各測(cè)點(diǎn)的模擬量和狀態(tài)量，通過(guò)通信接口與當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信。早期主站與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控PC機(jī)通信接口為串行RS232方式，最新設(shè)計(jì)的主站已采用Echelon 公司的最新技術(shù)，將主站直接放在監(jiān)控PC機(jī)內(nèi)，通過(guò)PC機(jī)內(nèi)總線交換數(shù)據(jù)，增強(qiáng)了可靠性和實(shí)時(shí)性。

主站3是工程師站，有兩個(gè) Lonworks 接口，分別接至錄波專用網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)，當(dāng)?shù)豍C機(jī)可迅速將分散在各保護(hù)裝置中的錄波插件的記錄數(shù)據(jù)存盤并進(jìn)行波形顯示和計(jì)算分析等工作，它還通過(guò)Modem接至公用電話網(wǎng)，從而可利用PC機(jī)在遠(yuǎn)方同網(wǎng)上任一元件通信或調(diào)取錄波記錄。工程師站主要為專業(yè)管理人員設(shè)計(jì)，不允許一般人員進(jìn)行任何操作。

CSC2000 系統(tǒng)設(shè)計(jì)了兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，一是監(jiān)控主網(wǎng)，另一個(gè)是故障錄波專用網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)是引進(jìn)美國(guó)Echelon 公司先進(jìn)的專用于測(cè)控領(lǐng)域的局域Lonworks [2]技術(shù)（其核心技術(shù)是 Neuron 芯片），采用傳輸速率為78kbit/s～1.25Mbit/s的雙絞線總線網(wǎng)。變電站層通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同各間隔層通信，收集由各間隔層接點(diǎn)采集的各種信息和事件報(bào)文，以及下達(dá)控制命令等。另外對(duì)于220kV及以上電壓的樞紐變電所，為了提高可靠性，設(shè)置雙重化的監(jiān)控網(wǎng)，重要的間隔層設(shè)備也設(shè)置了雙網(wǎng)接口，可同時(shí)接至兩個(gè)雙絞線網(wǎng)。

（二）主變壓器保護(hù)與監(jiān)控的設(shè)計(jì)原則

1、 繼電保護(hù)功能相對(duì)獨(dú)立

由于繼電保護(hù)在保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行方面起著特殊的重要作用，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)絕不能降低繼電保護(hù)的可靠性，CSC2000中的保護(hù)裝置不是專為綜合自動(dòng)化環(huán)境設(shè)計(jì)的，而是立足于常規(guī)應(yīng)用環(huán)境，兼顧綜合自動(dòng)的特殊要求。

系統(tǒng)中繼電保護(hù)按被保護(hù)的電力設(shè)備單元(間隔)分別獨(dú)立設(shè)置，保護(hù)所需的電流電壓量直接從相關(guān)的TA和TV二次線圈引入。保護(hù)邏輯判斷所需的各種開關(guān)量也是獨(dú)立引入。

保護(hù)還設(shè)有獨(dú)立的跳合閘回路、相應(yīng)的保護(hù)投退及出口壓板。面板只顯示必要的動(dòng)作信號(hào)和告警信號(hào),同時(shí)可經(jīng)打印機(jī)直接打印。

總之，保證繼電保護(hù)功能完全不依賴站內(nèi)通信網(wǎng)、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控或遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。

2、 主變壓器保護(hù)中的綜合自動(dòng)化功能

(1) 為滿足綜合自動(dòng)化功能要求，主變保護(hù)加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)通信功能，每套裝置中均裝設(shè)了兩個(gè)Neuron芯片，可以同時(shí)連接兩個(gè) Lonworks 雙絞線網(wǎng)。

(2) 保護(hù)動(dòng)作后可上送動(dòng)作事件或告警的SOE報(bào)文，以滿足遠(yuǎn)動(dòng)要求。

(3) 具有遠(yuǎn)方召喚保護(hù)定值、壓板狀態(tài)以及動(dòng)作報(bào)告的功能。但對(duì)主變保護(hù)，目前暫不設(shè)遠(yuǎn)方修改定值的功能。

(4) 每一保護(hù)或智能裝置在網(wǎng)絡(luò)中都作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，各裝置定時(shí)上送狀態(tài)報(bào)文,以檢驗(yàn)該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通信的異常情況。

3、獨(dú)立的主變壓器本體保護(hù)

按照“反措”要求，主變本體保護(hù)獨(dú)立設(shè)置。其作用是本體開關(guān)量輸入經(jīng)重動(dòng)繼電器重動(dòng)后,給出跳閘接點(diǎn)和信號(hào)接點(diǎn)，對(duì)非綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，這些信號(hào)接點(diǎn)主要作為中央信號(hào)，而對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng),這些信號(hào)接點(diǎn)引至主變斷路器控制單元的遙信開入端，以便通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上報(bào)。

4、 獨(dú)立的斷路器控制單元

主變的遙信以及遙控的執(zhí)行元件都在相應(yīng)間隔分散裝設(shè)，這樣可以簡(jiǎn)化站內(nèi)二次電纜，對(duì)主變壓器，這些功能不考慮由該間隔的保護(hù)裝置來(lái)兼顧完成，而是設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的斷路器控制單元。

5、專設(shè)的測(cè)量單元

低壓配電線路保護(hù)都同時(shí)具有測(cè)量功能。但對(duì)變壓器, 則通過(guò)在電能表屏上裝設(shè)的專用測(cè)量裝置計(jì)算主變各側(cè)的電流、電壓、有功、無(wú)功和頻率等, 并上送給網(wǎng)絡(luò), 這是由于主變各側(cè)均屬重要測(cè)點(diǎn),應(yīng)該保證其測(cè)量精度。

6、分散式錄波功能

主變保護(hù)配置專用錄波插件, 記錄主變各側(cè)的電流量和開關(guān)量, 并通過(guò)專用高速通信網(wǎng)送至一個(gè)全站公用的專用于錄波的PC機(jī)存盤。這種記錄方式可以減少硬件重復(fù), 簡(jiǎn)化站內(nèi)二次電纜,并可互為備用。

7、 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓

網(wǎng)絡(luò)主站自動(dòng)根據(jù)從通信網(wǎng)獲得的電壓和功率因數(shù)以及系統(tǒng)狀況, 進(jìn)行分析和決策,并通過(guò)通信網(wǎng)由斷路器控制單元執(zhí)行調(diào)壓控制。

（三）、主變壓器保護(hù)與監(jiān)控的構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)

圖2表示了間隔層主變間隔中保護(hù)、監(jiān)控和測(cè)量的實(shí)現(xiàn)框圖。



１、 主變壓器保護(hù)CST

為了不使保護(hù)裝置復(fù)雜化而降低可靠性, 主變保護(hù)裝置不兼顧遙測(cè)、遙信和遙控任務(wù)。保護(hù)配置可根據(jù)電壓等級(jí)及重要性程度, 在CST1OOA或CST200A系列中選用, 它們有多種型號(hào)以滿足不同要求,每個(gè)裝置都帶有Lonworks 接口。主保護(hù)與后備保護(hù)均由互相獨(dú)立的CPU承擔(dān)。保護(hù)功能配置隨電壓等級(jí)的不同而有所不同。雙重化配置的主保護(hù)可選不同的保護(hù)原理。

保護(hù)的動(dòng)作事件報(bào)告及SOE報(bào)文可直接上送監(jiān)控網(wǎng)絡(luò), 以提供給當(dāng)?shù)乇O(jiān)控PC機(jī)和遠(yuǎn)動(dòng)主站。動(dòng)作事件報(bào)告包括跳閘時(shí)間、跳閘元件、故障相別、短路電流及跳閘時(shí)刻故障波形。裝置內(nèi)部自檢, 并提供出錯(cuò)信息。監(jiān)控主站以廣播方式通過(guò)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與各保護(hù)裝置及智能裝置對(duì)時(shí)，保護(hù)的定值及壓板狀態(tài)可通過(guò)召喚送至網(wǎng)上。但考慮到主變的運(yùn)行方式比較穩(wěn)定，

同時(shí)考慮其可靠性, 均未設(shè)置定值的遠(yuǎn)方修改及軟壓板的設(shè)置、投退功能。

裝置面板實(shí)時(shí)顯示各相電流、電壓及有功、無(wú)功、頻率的一次值。保護(hù)裝置內(nèi)設(shè)有獨(dú)立的專用故障錄波插件, 可記錄主變各側(cè)的各相電流、電壓量和有關(guān)動(dòng)作出口的開關(guān)量。記錄數(shù)據(jù)可通過(guò)專用錄波網(wǎng)絡(luò)送到工程師站PC機(jī)予以存儲(chǔ)和分析。故障記錄可按分段或不分段方式記錄。還設(shè)有保護(hù)動(dòng)作閉鎖備自投和過(guò)負(fù)荷閉鎖有載調(diào)壓功能。

2、 本體保護(hù)CSR

獨(dú)立完成主變的所有本體開關(guān)量保護(hù), 重瓦斯等信號(hào)經(jīng)跳閘繼電器跳閘, 輕瓦斯等告警信號(hào)經(jīng)重動(dòng)繼電器給出中央信號(hào)和遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào), 這些遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)均可進(jìn)入斷路器控制單元作為遙信送到網(wǎng)上。

3、 斷路器控制單元CSI

CSI301A專為主變壓器設(shè)計(jì), 作為分布式的遙信和遙控單元, 主要實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1) 實(shí)現(xiàn)主變間隔內(nèi)即主變各側(cè)各開關(guān)和刀閘的狀態(tài)遙信功能, 所有狀態(tài)輸入可以作為單獨(dú)的遙信輸入,也可作為SOE事件輸入。同時(shí)還可將刀閘、斷路器輸入狀態(tài)作為遙控條件, 用于控制斷路器、刀閘及刀閘操作電源。

(2) 對(duì)變壓器各側(cè)斷路器及其周圍刀閘進(jìn)行可編程遙控操作, 可實(shí)現(xiàn)本間隔范圍內(nèi)的防誤操作閉鎖。

(3) 設(shè)有變本體保護(hù)的遙信輸入端, 可接入CSR的本體動(dòng)作和告警遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào), 這些信號(hào)通過(guò)本裝置上通信網(wǎng)。

(4) 對(duì)變壓器有載調(diào)壓裝置設(shè)有接口,即具有有載調(diào)壓的控制接點(diǎn)和反映調(diào)壓分接頭的狀態(tài)輸入。調(diào)壓主站接收專用測(cè)量裝置測(cè)得的母線電壓、變壓器輸出的有功功率、無(wú)功功率及電流值和CSI提供的主變調(diào)壓分接頭位置, 以此判斷變壓器輸出的電壓及功率因數(shù)是否在規(guī)定范圍內(nèi), 并通過(guò)CSI調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置, 或通過(guò)電容器保護(hù)投切電容器。

(5)設(shè)有刀閘和斷路器的“遠(yuǎn)方控制投入”開入量端子, 以便就地操作時(shí), 閉鎖由監(jiān)控網(wǎng)傳來(lái)的遠(yuǎn)方操作命令。

4、 測(cè)量單元CSD

CSD22A集中式測(cè)量裝置, 可以實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)主變各側(cè)的三相電流、三相電壓、功率因數(shù)及有功功率和無(wú)功功率的測(cè)量。還可記錄各側(cè)的有功和無(wú)功脈沖電能表脈沖數(shù), 將其送至網(wǎng)上。由于電壓、電流量均從TV和TA引入,因此可保證其測(cè)量精度。

CSD12A集中式遙測(cè)、遙信、遙控裝置, 設(shè)有同熱電偶接口的測(cè)溫輸入端子，用于測(cè)量主變油箱溫度等。

如果按照上述設(shè)計(jì)原則構(gòu)成的主變壓器間隔保護(hù)、監(jiān)控和測(cè)量單元,應(yīng)用于CSC2000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)幾十個(gè)綜合自動(dòng)化變電站運(yùn)行的考驗(yàn), 證明設(shè)計(jì)合理, 運(yùn)行穩(wěn)定可靠。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的不斷積累、豐富, 還將進(jìn)一步改進(jìn)和完善設(shè)計(jì)思想, 以滿足變電站綜合自動(dòng)化不斷發(fā)展的需要。