主變壓器（簡稱主變）是變電站的核心設(shè)備，它的安全運行直接關(guān)系到整個變電站的正?？煽窟\轉(zhuǎn)，因此，綜合自動化系統(tǒng)中變壓器的保護與監(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 變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與特點,提出了該系統(tǒng)中主變壓器繼電保護模塊、監(jiān)控系統(tǒng)和事件記錄系統(tǒng)的設(shè)計原則，并詳細分析了各功能系統(tǒng)的原理、實現(xiàn)方法和相互關(guān)系。

(一) CSC2000 變電站綜合自動化系統(tǒng)

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



間隔層按一次設(shè)備（一臺主變，一條線路）分布式配置。各間隔內(nèi)的設(shè)備相對獨立，僅通過站內(nèi)通信網(wǎng)聯(lián)，并同變電站層的設(shè)備通信。間隔層一般包括測量和控制設(shè)備，負責相應(yīng)間隔線路或變壓器的參數(shù)測量狀態(tài)監(jiān)視和斷路器刀閘的控制、聯(lián)鎖；保護裝置在相應(yīng)線路或主變故障或異常時動作。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)備均通過常規(guī)二次電纜同開關(guān)場的一次設(shè)備相連。

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

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?shù)乇O(jiān)控和遠動系統(tǒng)與站內(nèi)局域網(wǎng) Lonworks 的網(wǎng)絡(luò)接口，另一方面設(shè)有一個實時數(shù)據(jù)庫，存放著全站各測點的模擬量和狀態(tài)量，通過通信接口與當?shù)鼗蜻h方監(jiān)控計算機通信。早期主站與當?shù)乇O(jiān)控PC機通信接口為串行RS232方式，最新設(shè)計的主站已采用Echelon 公司的最新技術(shù)，將主站直接放在監(jiān)控PC機內(nèi)，通過PC機內(nèi)總線交換數(shù)據(jù)，增強了可靠性和實時性。

主站3是工程師站，有兩個 Lonworks 接口，分別接至錄波專用網(wǎng)和監(jiān)控網(wǎng)，當?shù)豍C機可迅速將分散在各保護裝置中的錄波插件的記錄數(shù)據(jù)存盤并進行波形顯示和計算分析等工作，它還通過Modem接至公用電話網(wǎng)，從而可利用PC機在遠方同網(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，不允許一般人員進行任何操作。

CSC2000 系統(tǒng)設(shè)計了兩個獨立的網(wǎng)絡(luò)，一是監(jiān)控主網(wǎng)，另一個是故障錄波專用網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)是引進美國Echelon 公司先進的專用于測控領(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)。變電站層通過網(wǎng)絡(luò)同各間隔層通信，收集由各間隔層接點采集的各種信息和事件報文，以及下達控制命令等。另外對于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，可同時接至兩個雙絞線網(wǎng)。

（二）主變壓器保護與監(jiān)控的設(shè)計原則

1、 繼電保護功能相對獨立

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

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

保護還設(shè)有獨立的跳合閘回路、相應(yīng)的保護投退及出口壓板。面板只顯示必要的動作信號和告警信號,同時可經(jīng)打印機直接打印。

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

2、 主變壓器保護中的綜合自動化功能

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

(2) 保護動作后可上送動作事件或告警的SOE報文，以滿足遠動要求。

(3) 具有遠方召喚保護定值、壓板狀態(tài)以及動作報告的功能。但對主變保護，目前暫不設(shè)遠方修改定值的功能。

(4) 每一保護或智能裝置在網(wǎng)絡(luò)中都作為一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，各裝置定時上送狀態(tài)報文,以檢驗該網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通信的異常情況。

3、獨立的主變壓器本體保護

按照“反措”要求，主變本體保護獨立設(shè)置。其作用是本體開關(guān)量輸入經(jīng)重動繼電器重動后,給出跳閘接點和信號接點，對非綜合自動化系統(tǒng)，這些信號接點主要作為中央信號，而對綜合自動化系統(tǒng),這些信號接點引至主變斷路器控制單元的遙信開入端，以便通過網(wǎng)絡(luò)上報。

4、 獨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)，這樣可以簡化站內(nèi)二次電纜，對主變壓器，這些功能不考慮由該間隔的保護裝置來兼顧完成，而是設(shè)置一個獨立的斷路器控制單元。

5、專設(shè)的測量單元

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

6、分散式錄波功能

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

7、 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)有載調(diào)壓

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

（三）、主變壓器保護與監(jiān)控的構(gòu)成與實現(xiàn)

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



１、 主變壓器保護CST

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

保護的動作事件報告及SOE報文可直接上送監(jiān)控網(wǎng)絡(luò), 以提供給當?shù)乇O(jiān)控PC機和遠動主站。動作事件報告包括跳閘時間、跳閘元件、故障相別、短路電流及跳閘時刻故障波形。裝置內(nèi)部自檢, 并提供出錯信息。監(jiān)控主站以廣播方式通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)與各保護裝置及智能裝置對時，保護的定值及壓板狀態(tài)可通過召喚送至網(wǎng)上。但考慮到主變的運行方式比較穩(wěn)定，

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

裝置面板實時顯示各相電流、電壓及有功、無功、頻率的一次值。保護裝置內(nèi)設(shè)有獨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)動作出口的開關(guān)量。記錄數(shù)據(jù)可通過專用錄波網(wǎng)絡(luò)送到工程師站PC機予以存儲和分析。故障記錄可按分段或不分段方式記錄。還設(shè)有保護動作閉鎖備自投和過負荷閉鎖有載調(diào)壓功能。

2、 本體保護CSR

獨立完成主變的所有本體開關(guān)量保護, 重瓦斯等信號經(jīng)跳閘繼電器跳閘, 輕瓦斯等告警信號經(jīng)重動繼電器給出中央信號和遠動信號, 這些遠動信號均可進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, 作為分布式的遙信和遙控單元, 主要實現(xiàn)以下功能：

(1) 實現(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)輸入可以作為單獨的遙信輸入,也可作為SOE事件輸入。同時還可將刀閘、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) 對變壓器各側(cè)斷路器及其周圍刀閘進行可編程遙控操作, 可實現(xiàn)本間隔范圍內(nèi)的防誤操作閉鎖。

(3) 設(shè)有變本體保護的遙信輸入端, 可接入CSR的本體動作和告警遠動信號, 這些信號通過本裝置上通信網(wǎng)。

(4) 對變壓器有載調(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)壓主站接收專用測量裝置測得的母線電壓、變壓器輸出的有功功率、無功功率及電流值和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CSI調(diào)節(jié)變壓器分接頭位置, 或通過電容器保護投切電容器。

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

4、 測量單元CSD

CSD22A集中式測量裝置, 可以實現(xiàn)兩臺主變各側(cè)的三相電流、三相電壓、功率因數(shù)及有功功率和無功功率的測量。還可記錄各側(cè)的有功和無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,因此可保證其測量精度。

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

如果按照上述設(shè)計原則構(gòu)成的主變壓器間隔保護、監(jiān)控和測量單元,應(yīng)用于CSC2000變電站綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)已經(jīng)過幾十個綜合自動化變電站運行的考驗, 證明設(shè)計合理, 運行穩(wěn)定可靠。隨著綜合自動化技術(shù)經(jīng)驗的不斷積累、豐富, 還將進一步改進和完善設(shè)計思想, 以滿足變電站綜合自動化不斷發(fā)展的需要。