摘要：本文通過對全分散式變電站自動化系統(tǒng)選型原則描述，說明微機保護監(jiān)控裝置裝于戶外端子箱上是完全可行的，以全分散式微機保護監(jiān)控裝置為基礎全分散式戶外變電站自動化系統(tǒng)是完全可行的。通過遼寧丹東電業(yè)局白云66kV變電所設備配置運行情況分析，證明全分散式戶外變電站自動化系統(tǒng)，特別值得在城農網中推廣應用，符合變電站向小型化發(fā)展方向。

關鍵詞：微機保護監(jiān)控 戶外端子箱 變電站自動化系統(tǒng) 小型化

0、引言

長期以來，我國在變電站自動化系統(tǒng)建設中，一直存在著一種觀念，不管變電站規(guī)模如何，微機保護監(jiān)控裝置均集中組屏安裝于主控制室，盡管目前分散式微機保護測控裝置大量裝于開關上，但對于開關為戶外開關的保護監(jiān)控裝置，仍然采用集中組屏安裝于主控制室；導致這一觀念的原因是，大家一直擔心微機保護監(jiān)控裝置安裝于戶外端子箱運行可靠性和通信網絡在戶外鋪設運行可靠性；擔心微機保護監(jiān)控裝置在戶外運行受溫度、惡劣環(huán)境等影響，微機保護監(jiān)控裝置不能長期運行和可靠動作；擔心產品使用壽命縮短和運行維護困難等。基于以上原因，微機保護監(jiān)控裝置大量安裝于戶外端子箱上，一直沒有大量推廣應用；導致采用以全分散式微機保護監(jiān)控裝置為基礎變電站自動化系統(tǒng)，二次電纜并未減少，電纜溝施工工作量同選用電磁型繼電保護情況完全一樣，主控制室面積仍未縮小甚至取消，全分散式戶外微機變電站自動化系統(tǒng)優(yōu)越性能未得到充分發(fā)揮，嚴重影響變電站向小型化方向發(fā)展。本文通過對全分散式變電站自動化系統(tǒng)選型原則描述和實際應用舉例，說明滿足選型原則微機保護監(jiān)控裝置及變電站自動化系統(tǒng)均可應用于戶外變電站，有利于變電站小型化。

1、全分散式戶外變電站自動化系統(tǒng)選型原則

1．1一般原則

全分散式戶外變電站綜合自動化系統(tǒng)，分為三層：間隔設備層、通信網絡層、站控監(jiān)控層；間隔設備層完成線路、電容器、變壓器等設備現(xiàn)場控制、監(jiān)測及保護功能，裝于戶外端子箱上；通信網絡層主要完成各種設備通信功能及各種智能設備、自動裝置等通信接口功能；站控監(jiān)控層主要完成全站數(shù)據(jù)采集與處理、斷路器控制等監(jiān)控功能。整個自動化系統(tǒng)可完成變電站遙控、遙信、遙測、遙調等功能，實現(xiàn)變電站無人值班或少人值班。

1． 2微機保護監(jiān)控裝置選型原則

1、微機保護監(jiān)控裝置必須為全分散式設計，即保護監(jiān)控裝置功能按一次設備間隔設計，保護監(jiān)控裝置可下放到戶外端子箱安裝。

2、微機保護監(jiān)控裝置結構必須為全密封結構，以提高裝置抗惡劣環(huán)境能力（如潮濕、溫度、灰塵、有害氣體等）。

3、硬件標準化且完全通用，有利于運行維護。

4、微機保護監(jiān)控裝置獨立完成各設備的保護、測量、控制、信號功能，能同調度或后臺配合，完成"四遙"功能，且保護動作不依賴通信網絡。

5、微機保護監(jiān)控裝置出口最好為獨立出口、帶獨立信號，具有獨立遙控跳合閘執(zhí)行繼電器，以提高保護監(jiān)控裝置可靠性和符合我國運行習慣。

6、微機保護監(jiān)控裝置交直流通用，裝置電源范圍寬。

7、具有事故記錄、故障錄波等功能。

8、由于裝于戶外端子箱上，顯示部分最好選用數(shù)碼管。

9、微機保護監(jiān)控裝置抗電磁干擾能力強，具有抗共模、差模、靜電、輻射電磁場、快速瞬變等干擾能力。

11、微機保護監(jiān)控裝置具有較高絕緣水平和較高耐壓水平，以保證保護監(jiān)控裝置長期可靠運行。

12、微機保護監(jiān)控裝置對變電所接地電阻無特殊要求，無需抗干擾端子。

1． 3通信網絡選型原則

1、通信網絡選用總線型通信網絡，如CAN總線、LON總線等，滿足標準規(guī)約，直接構成分布式系統(tǒng)；

2、通信網絡具有高可靠性，抗強電磁干擾能力強，具有非破壞性總線裁決技術，即當一臺保護監(jiān)控裝置通信故障時，不能影響整個通信網絡運行，有故障保護監(jiān)控裝置自動切斷同通信網絡聯(lián)系，同時將故障信息送向監(jiān)控主機或調度；

3、通信網絡實時性能強，即當現(xiàn)場發(fā)生事故時，保證在重載情況下各種數(shù)據(jù)安全可靠傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，不死機。

4、通信網絡具有很完整自檢功能。

5、斷路器控制必須能實現(xiàn)遠方遙控跳合閘，遙控跳合閘執(zhí)行正確率必須為100%，開關就地必須保留手動的強電控制回路。

6、通信電纜選用屏蔽雙絞線。

7、通信網絡對接地電阻無特殊要求。

1． 4站控監(jiān)控層選型原則

1、站控監(jiān)控層分為帶主機模式和不帶監(jiān)控主機模式，帶主機模式，可建一小控制室，面積為10平方。不帶監(jiān)控主機模式，可以不建主控制室。

2、同調度連接可通過監(jiān)控主機或網絡管理單元連接，最好選用網絡管理單元同調度相連，監(jiān)控主機只做當?shù)乇O(jiān)控功能。

3、監(jiān)控主機或網絡管理單同保護監(jiān)控裝置通過通信網絡聯(lián)絡，監(jiān)控主機只作日常管理和監(jiān)視工作；監(jiān)控主機或數(shù)據(jù)通信控制裝置可通過POLLING、CDT、DNP3.0、u4F、IEC－60870－101等規(guī)約通調度相連，實現(xiàn)遠方調度集中監(jiān)控。

4、監(jiān)控軟件必須全部漢化，必須具有完整密碼功能。

5、監(jiān)控軟件功能必須完整。

1． 5戶外端子箱選型原則

1、采用雙層結構，外層為材料為不銹鋼，內層選用負離鋅板材。

2、全面考慮戶外端子箱的防雨、防潮、抗高溫、低溫能力，能達IP5級。

3、合理設計端子箱布置，合理考慮檢修、運行方便性。

4、所有端子箱盡量設計標準、統(tǒng)一。

2．1白云變電所情況

白云66kV變電所位于遼寧丹東市東港開發(fā)區(qū)內，1999年05月01日投運，現(xiàn)有31.5MVA主變壓器1臺，有載調壓，17個檔位，10kV出線6回。白云66kV變電所是一座小型化、戶外型的綜合自動化變電所，全部設備戶外布置。

2．2自動化系統(tǒng)特點

2．2．1白云變電所自動化系統(tǒng)特點

白云變電所的綜合自動化部分采用北京德威特電力系統(tǒng)自動化有限公司生產的DVPS-600F系統(tǒng).該系統(tǒng)最顯著的特點是可在惡劣的環(huán)境下(如低溫、潮濕、強電磁場干擾、有害氣體、灰塵等)長期可靠運行，適合東北惡劣的氣候環(huán)境。

北京德威特電力系統(tǒng)自動化有限生產的DVPS－600F系統(tǒng)，是目前國內比較先進的適合惡劣氣候特點的綜合自動化系統(tǒng)，是白云變電所所有設備的核心。

DVPS－600F是專門為變電站進行成套設計的面向用戶的開放式軟硬件系統(tǒng)、分布式安裝變電站綜合自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為變電站層、間隔層、通信網絡層；系統(tǒng)突出解決了變電站間隔層微機保護監(jiān)控裝置（DVP600系列微機保護監(jiān)控裝置）在惡劣環(huán)境下（如低溫、潮濕、強電磁場干擾、有害氣體、灰塵等)長期可靠運行問題；突出解決了變電站綜合自動化系統(tǒng)中變電站層和間隔層之間通訊網絡的可靠性、快速性和多種規(guī)約的兼容性問題。突出解決了變電站綜合自動化系統(tǒng)同地區(qū)電網調度自動化系統(tǒng)之間通訊的可靠性、快速性和多種規(guī)約的兼容性問題。

白云變電站綜合自動化系統(tǒng)主機和縣調主機之間數(shù)據(jù)由調制解調器再通過光纜連接在一起；變電站綜合自動化層又由主機和對應于現(xiàn)場間隔的微機保護監(jiān)控通過實時通訊網絡（CAN網）連接在一起。

整個自動化系統(tǒng)的基礎成員是DVP－600系列微機保護監(jiān)控裝置和DVP－611分散式微機監(jiān)控裝置。微機保護裝置、微機監(jiān)控裝置由多微機協(xié)調工作，雙重化硬件配置，每臺一次設備單元對應于一個獨立微機保護裝置，專責于設備的保護、測量、控制、信號；所有微機監(jiān)控裝置裝于戶外端子箱上，脈沖電度表脈沖數(shù)接入保護監(jiān)控裝置電度接口；保護監(jiān)控裝置動作和運行不依賴通訊網和監(jiān)控主機；事故音響信號和預告音響信號由DVP－601微機中央信號監(jiān)控裝置獨立構成，即變電站中央信號系統(tǒng)不依賴監(jiān)控主機；變電站間隔層（微機保護監(jiān)控裝置和微機監(jiān)控裝置）通過實時通訊網（CAN網）同監(jiān)控主機相連。監(jiān)控主機通過CAN網從變電站間隔層微機保護監(jiān)控裝置、微機監(jiān)控裝置獲取信息，監(jiān)控主機只負責全變電站日常管理工作和實現(xiàn)變電站遠方監(jiān)控；改變以前必須將微機保護監(jiān)控裝置、微機監(jiān)控裝置、RTU裝置集中組屏放于主控制室的傳統(tǒng)做法，從而極大減化變電站的二次接線，縮小變電站的占地面積，節(jié)約投資，提高整個綜合自動化運行情況。所有遙控、遙測、遙信、遙調均通過調度完成，實現(xiàn)變電所為無人值班。

2．2．2 DVPS－600F全分散式自動化系統(tǒng)特點

典型的分布式系統(tǒng)

系統(tǒng)縱向分為三層，即站控層、間隔層及通信網絡層。間隔層設備在橫向按變電站一次設備分布式布置，

相互獨立。僅通過屏蔽雙絞線構成總線式CAN通信網相聯(lián)，其功能齊全、配置靈活、具有極高的可靠性，

被認為是綜合自動化技術的發(fā)展趨勢。

微機保護監(jiān)控裝置全戶外安裝

微機保護監(jiān)控裝置不集中組柜安裝于主控制室，所有微機保護監(jiān)控裝置全部安裝于戶外端子箱上，取消

變電所主控制室，只設一間10平方米工具間。小間供安裝通信設備及直流屏用。不用修建電纜溝，幾乎沒

有二次電纜，變電站土建工程大為減少，極大降低工程造價。且運行維護十分方便。

系統(tǒng)抗環(huán)境溫度及電磁干擾能力強

系統(tǒng)保護監(jiān)控裝置裝于端子箱上已經經過環(huán)境溫度－30℃低溫和環(huán)境溫度為＋40℃高溫多年運行考驗，系

統(tǒng)穩(wěn)定運行，通信網絡可靠，無任何拒動和誤動記錄。

自動化程度高、可靠性高

采用本系統(tǒng)可以取消常規(guī)模擬屏、常規(guī)操作控制臺。間隔層設備保護、監(jiān)控及自動裝置由現(xiàn)場就地獨立完成，

間隔層設備同站控監(jiān)控系統(tǒng)僅通過通信網絡連接。保護動作、自動裝置動作、備用電源自投不依賴通信網絡，

間隔層設備同過普通屏蔽雙絞線CAN網絡同站控主機相連，站控制主機只做監(jiān)控管理工作。

交直流兩用

整個自動化系統(tǒng)交直流兩用，既可以用交流操作電源，又可以用直流操作電源。使用十分方便。

采用成熟的現(xiàn)場總線技術

站級層采用工業(yè)現(xiàn)場控制總線---CAN總線。由CAN總線構成的變電站綜合自動化系統(tǒng)，是一種總線式網絡

系統(tǒng)，具有擴展方便，抗強電磁干擾能力強，傳輸速率高，無數(shù)據(jù)瓶頸，溫度適應范圍寬等優(yōu)點，特別適合

變電站惡劣的工作環(huán)境。

開放式、易擴展性系統(tǒng)設計

通過采用DVP－602微機數(shù)據(jù)通信控制裝置所帶國際國內公認的標準規(guī)約及接口方式（如RS485，

RS232等），可方便的與其他公司相關的智能設備相連，并進行信息交換；另外，充分考慮到變電站擴建、

改造等因素，間隔層設備基于模塊化設計，可根據(jù)要求任意配置，變電站層設備配置靈活。

遠動信息直采直送

遠動與監(jiān)控系統(tǒng)共用間隔層的保護監(jiān)控裝置傳送來的信息，達到分布式RTU技術要求標準，滿足調度自動化信息直采直送的要求。

分散式低周減載及分散式小電流接地選線功能

分散式采集各出線回路零序電流和零序諧波電流方向，通過DVP－602或后臺系統(tǒng)集中比較，實現(xiàn)小電流接地

選線功能。

電壓無功綜合控制功能

可通過調度系統(tǒng)和當?shù)乇O(jiān)控，實現(xiàn)變電所遠方調壓及電壓無功綜合控制功能。

2．2．3 DVP－600全分散式微機保護監(jiān)控裝置特點

分散式

按每個功能單元(間隔)對應于一個小機箱設計，裝置可下放到開關(現(xiàn)場)附近安裝，同主機之間由CAN總線通迅電纜聯(lián)絡。統(tǒng)計表明，發(fā)電廠，變電站大量復雜的二次連接電纜接觸不良是造成發(fā)電廠，變電站發(fā)生惡性事故的重要原因之一。把監(jiān)控保護功能分散到就地獨立完成，僅由普通屏蔽雙絞線和主機聯(lián)絡，主機只作日常管理工作，避免了以往將所有測量、控制、保護、信號線都接入主控室，極大地減化了二次接線，節(jié)省了投資，提高了系統(tǒng)可靠性及可維護性、減少了事故隱患。

硬件標準化

機箱由四塊小插件組成，電路原理簡單、易于掌握，插件硬件通用，不需任何調節(jié)就可互換到DVP600系列不同用途的機箱中，更換后測量精度不受影響，便于系統(tǒng)快速修復。

微機保護微機監(jiān)控既統(tǒng)一又不喪失獨立性

在同一機箱內將各功能分散到保護CPU、監(jiān)控CPU、通訊CPU中并行處理，保護 CPU一個插件、監(jiān)控CPU和通訊CPU一個插件，各插件獨立工作，由串行通訊聯(lián)絡，保護插件和監(jiān)控插件分別由各自獨立電源供電，獨立跳合閘出口繼電器。

微機保護硬件雙重化設計

雙重化裝置開關電源，雙重化保護CPU，多重化出口繼電器。

先進高速的通訊方式

采用高可靠的CAN總線工業(yè)控制現(xiàn)場網絡，網上任意設備間均可直接進行數(shù)據(jù)交換，接口芯片自動完成網絡協(xié)議和校驗，監(jiān)控主站數(shù)量任意增減，徹底克服了主從式網絡結構的瓶頸現(xiàn)象。

高可靠性

所有元件均采用CMOS工業(yè)級芯片，抗干擾能力強，故障率極低，獨特的布線設計，電磁屏蔽、軟硬件冗余、瞬態(tài)抑制等措施使裝置具有很高的抗干擾能力，任一元件損壞均保證自動進行及時有效的處理，任何情況下不影響正常工作。

全密封鋼結構防振機箱

由于低功耗無須考慮散熱，機箱采用了全密封結構，使灰塵、潮濕、有害氣體的影響大大降低，再加上寬溫度的工作范圍，使裝置適合于安裝在控制現(xiàn)場，改變了過去微機監(jiān)控裝置必須安裝在主控室，以及要求加空調和室內密封的傳統(tǒng)做法。

超低功耗設計

裝置電源交直流220V通用，電源功耗4.5W，交流電壓功耗低于0.1VA，交流電流功耗低于0.25VA，中間沒有變送器環(huán)節(jié)。

開關量使用+220V電壓輸入

以往微機監(jiān)控使用+24V作開入量電源，由于發(fā)電廠，變電站強磁場干擾，信號誤報現(xiàn)象時有發(fā)生，本裝置直接使用直流+220V作開入電源，既簡化接線又消除信號誤報現(xiàn)象。

完整的電氣防跳及控制回路

裝置具有開關的防跳繼電器和常規(guī)控制回路的接口。用于交流操作防跳繼電器外附。

靈活的硬件組態(tài)工作方式

小機箱模擬量中任一個均可由廠家和用戶協(xié)商任意定義為電流或電壓輸入；開關量中任一個也可定義為脈沖或電平方式，以及進行計數(shù)和事件記錄等;出口繼電器可以任意指派其作用，以便滿足各種特殊功能的要求。

顯示整定簡單方便

三個按鍵四位顯示器可以顯示修改一切參數(shù)，無須記憶操作命令。

獨立遙控跳合閘執(zhí)行繼電器

可選擇遙控跳合閘繼電器輸出，由壓板單獨投退。

測量CT和保護CT回路分開

保護電流和測量電流回路獨立；既保證了測量精度又保證了保護回路的安全性。

開關事件記錄

直接記錄外部11個開關狀態(tài)事件的時間及順序并對脈沖計數(shù)，對不同的應用11個開關狀態(tài)定義可以不同。

PT斷線報警

任一相電壓斷線時發(fā)PT斷線報警信號。

裝置故障報警

當裝置自檢發(fā)現(xiàn)有不可恢復的錯誤時發(fā)報警信號。

控制回路斷線報警

當采用斷路器控制時，控制電源保險熔斷或跳閘回路斷線或合閘回路斷線時均發(fā)控制回路斷線報警。

遙控輸出

獨立遙控跳合閘空接點輸出，由外部聯(lián)接片投退。

遙信量

各保護信號，故障參數(shù)，開關量事件記錄。

網絡通信

總線式，普通屏蔽雙絞線，直接同PC機連接。

2．2．4 白云變電所設備配置情況

2．2．4．1微機保護監(jiān)控裝置配置情況

1、10kV線路保護監(jiān)控：配置DVP－631微機線路保護監(jiān)控裝置

2、主變器保護監(jiān)控：

配置DVP－621微機變壓器差動保護裝置

配置DVP－622微機主變器后備保護裝置

配置DVP－611分散式微機監(jiān)控裝置

3、 66kV線路保護監(jiān)控：配置DVP－693微機線路保護監(jiān)控裝置

4、電壓互感器監(jiān)控：配置DVP－671微機PT監(jiān)控裝置

5、中央信號監(jiān)控：配置DVP－601微機中央信號監(jiān)控裝置

2．2．4．2監(jiān)控系統(tǒng)配置情況

1、硬件：配置臺灣研發(fā)工業(yè)控制機，顯示器PHLIPS 21，UPS 三特1KVA 2小時，

CAN網絡控制器，光端機

2、軟件:配置DVPS-600變自動化系統(tǒng)軟件

2．2．5 白云變電所自動化系統(tǒng)運行情況

白云變電所于1999年5月11日投入運行，到2001年12月投運已2年6個月，經過多次系統(tǒng)故障和異常情況的檢驗，所有設備和裝置動作正確、運行可靠，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

一些主要情況簡要介紹如下：

1、99年6月13日，友好線速斷保護動作跳閘，重合成功。故障原因：拉開友好線78號負荷開關時因開關分閘速度慢引起三相短路。

2、 99年6月18日，東港集控站顯示白云變水產線C相全接地，經巡線發(fā)現(xiàn)水產線錦江分22＃右2變臺避雷器C相爆炸。現(xiàn)場情況與集控站顯示一致、正確。

3、 99年6月19日，東港集控站顯示白云變水產線A相全接地，經巡線發(fā)現(xiàn)水產線錦江分葦場線用戶自維線路A相瓷瓶擊穿。現(xiàn)場情況與集控站顯示一致、正確。

4、 99年9月25日03時22分，東港集控站顯示白云變水產線C相全接地，05時03分接地消除。現(xiàn)場情況與集控站顯示一致、正確。

5、 2001年7月10日，白云變電壓互感器故障引發(fā)母線短路，主變過流保護正確動作跳閘，重合成功，避免了故障的擴大。

白云變運行后，經歷了多次故障和異常考驗，綜合自動化設備反映準確。特別是多次接地故障，當?shù)刂鳈C不僅正確反映了接地，而且對接地線路判斷正確，不必通過拉合開關來選擇接地線路，不僅減少了停電損失，而且減少操作次數(shù)，最大限度的避免了誤操作。

6、 2001年01月份，丹東地區(qū)恰遇50年不遇的低溫，東港地區(qū)最低溫度近－30℃，白云變的戶外設備經歷了嚴峻考驗，但無任何異常發(fā)生。

7、東港集控站對白云變遠方操作幾百次，均全部正確執(zhí)行。因東港市改造需要，白云變投運后多次帶送東溝變電所部分負荷，拉合開關操作均由集控站進行。無一失敗。

8、白云變電所地處東港沿海地區(qū)，空氣潮濕，設備易腐蝕。但白云變電所運行兩年多來，經受住了考驗，無任何異常發(fā)生。

9、白云變所主要考核指標完成較好，達到實用化要求：

1、遙信正確率：100%

2、遙控正確率：100%

3、遙調正確率：100%

4、遙測精度：滿足要求

5、監(jiān)控系統(tǒng)可靠率：100%

3、結論

本文通過對全分散式變電站自動化系統(tǒng)選型原則描述，說明微機保護監(jiān)控裝置安裝于戶外端子箱上是完全可行的，以全分散式微機保護監(jiān)控裝置為基礎全分散式戶外變電站自動化系統(tǒng)是完全可行的。通過遼寧丹東電業(yè)局白云66kV變電所設備配置運行情況，證明以分散式微機保護監(jiān)控裝置為基礎的全分散式戶外變電站自動化系統(tǒng)，特別值得在城農網中推廣應用，符合變電站向小型化發(fā)展方向。