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全分散安装模式在高速铁路电力配电所综合自动化系统中的应用分析

  中图分类号:TM76 文章编号:1009-2374(2016)09-0104-02 DOI:10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.09.050
  1 概述
  随着计算机技术、现代电子技术、通信技术、信号处理技术的不断发展,配电所综合自动化技术的结构体系也随之不断变化,各项性能指标及可靠性也在不断提高。目前综合自动化系统主要采用分层分布式
  结构。
  1.1 分层分布式结构概念
  分布式结构是指系统采用多个功能模块协同工作,各模块之间通过网络实现数据通信。例如馈线的保护可以配置一套微机保护装置,变压器的保护可以配置一套变压器的微机保护装置,如果有多条馈线则配置多套微机保护装置,所有的微机保护装置之间再通过通信接口和监控子系统进行信息交换,保护装置互相独立,单个保护装置故障不会对其他装置的正常工作造成
  影响。
  分层分布即从结构上分层布置、从功能上分布布置。在分层分布式结构中,综合自动化系统按照设备的功能被分为三层:变电所层、间隔层和过程层(通常也称为设备层),从功能上分布布置就是将变电所自动化系统需要完成的功能由多个微机系统来完成,在变电所层使用计算机或工控机来作为监控的平台。
  变电所层包括监控主机、远动管理机等。间隔层的主要功能是实施对一次设备的保护和控制,对本层的实时数据信息汇总,同时在通信功能上具有承上启下的作用,即同时完成与过程层及变电所层的高速网络通信功能,该层的设备主要有各种微机保护装置、自动控制装置、数据采集装置和RTU等。过程层是一次设备与二次设备的接口,过程层设备实际上是指与变电站一次侧设备(断路器、隔离开关和电压电流互感器等)的接口设备。在变电所层和间隔层设通信网络,供系统中各层的设备进行信息交换。
  1.2 配电所自动化系统分层分布式结构的形式
  1.2.1 系统集中组屏。集中组屏的结构是把间隔层的各个单元装置按照功能分类,相同功能的安装在一个屏(柜)上,例如变压器保护屏、馈线保护屏等。在集中组屏结构中,所有的变电所层、间隔层的二次设备都放在控制室内,管理和维护方便,但安装时电缆都要铺设到控制室,导致电缆较多,增加了电缆的
  投资。
  1.2.2 分散安装与集中组屏相结合。分散与集中相结合的结构形式是面向电气一次回路或电气间隔的方法进行设计的,各间隔单元的设备相对独立,保护测控装置分散安装在开关柜上或者直接安装在一次设备附近,变电所层设备通过网络对间隔单元进行信息交换和管理。分散安装与集中组屏相结合的结构形式既可以分散安装在间隔开关柜上,也可以在控制室内集中组屏或分层组屏。这种结构形式下集中了分布式的优点,配置灵活,同时还可以最大限度地节约二次设备之间的线路连接,减少控制室占地面积。
  1.2.3 全分散式。全分散式的自动化系统是指将保护、测量、控制、闭锁等功能单元就地分散安装在一次主设备的开关柜上,例如以变压器、断路器、母线等一次主设备为安装单位,这些分散的单元通过网络与安装在主控制室内的变电所层设备进行信息交换。
  全分散式模式下使得原来只能集中组屏的一次设备保护测控装置也可以直接安装在高压场附近,实现了地理位置的高度分散,使连接电缆长度进一步缩短,系统中自动化设备的独立性和适应性更强。
  2 高速铁路电力配电所的全分散安装模式
  新建设的高速铁路的电力配电所大都按照全分散的模式进行设计,将配电所内所有的保护测控装置都安装在一次设备的开关柜上,通过网络和控制室的变电所层交换信息。图1是高速铁路电力配电所的全分散安装的结构图:
  图1 高速铁路电力配电所全分散安装结构图
  3 全分散安装的优越性
  相比于集中式结构,全分散式安装模式兼具保护、监控功能,模块间既相互独立又相互融合。占地面积小,减少投资,并易于操作和维护,提高了系统的稳定性。通过通信网络保护装置和监控装置交换数据,大大简化了二次设备之间的连接,也减轻了变电站二次侧系统的设计工作。所有的开关量、模拟量从设备现场通过电缆引到本间隔所在的继保室,保护的开关量也只需在屏间跳线,所需电缆的长度被大大降低,相应的投资也减少,由于外力、老鼠等外界因素造成电缆损坏的几率也随之降低。
  原来高压线路保护装置和主变保护装置只能集中组屏安装,现在可以就地分散布置在高压开关柜上,实现地理位置的高度分散,同时可减少占地面积、控制电缆的用量,同时利用光纤技术和局域网等先进的通信技术,组成一个全分散的自动化系统,把这些分散在各开关柜上的保护功能模块和测控等集成功能模块连接成一个整体。系统中自动化设备的独立性和适应性更强,单个设备故障影响范围减小。
  全分散安装模式将现场设备的电压、电流、功率、开关状态等信息通过监控单元转变为数字信号,然后通过光纤网络传送到上层以太网。这种数据传输方式由于采用了光纤传输,可以避免电磁干扰,大大提高了系统的抗干扰水平,同时保证传输质量和速度,具有远程诊断功能,可以对系统进行在线维护。
  全分散安装模式具有很高的可扩充性,在未来配电所需要增加新设备时,只需直接将新增设备对应的就地监控单元接入网络上,不会对所内其他现有设备造成
  影响。
  4 结语
  从高速铁路电力配电所运行的情况来看,全分散式安装模式具有系统稳定安全、技术先进、配置合理、维修扩充方便等优点,并且随着计算机技术、通信技术、现代电子技术和信号处理技术的发展,这种安装方式将被广泛应用,更加显示出它的优越性,并为高速铁路电力配电所的高可靠性和远期实现无人值守创造了更有利的条件。

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