淺析10kV～35kV 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：變電站綜合自動(dòng)化是自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等高科技在變電站領(lǐng)域的綜合應(yīng)用。通過采集到比較齊全的數(shù)據(jù)和信息,利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和邏輯判斷能力,可方便的監(jiān)視和控制變電站內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行和操作。本文利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì),采用多臺(tái)微型計(jì)算機(jī)和大規(guī)模集成電路組成的自動(dòng)化系統(tǒng),改變常規(guī)的測量和監(jiān)視儀表,代替常規(guī)控制屏、信號(hào)系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)屏,用微機(jī)保護(hù)代替常規(guī)的繼電保護(hù)屏,從而改變了常規(guī)的繼電保護(hù)裝置不能與外界通信的缺陷,實(shí)現(xiàn)了對(duì)全站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù),以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。

關(guān)鍵詞：變壓站;綜合自動(dòng)化系統(tǒng);系統(tǒng)設(shè)計(jì);變壓站改造

隨著我國電力工業(yè)和電力系統(tǒng)的發(fā)展,對(duì)變電站的、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求越來越高,通過實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化,可以提高電網(wǎng)的、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平,減少基建投資,并為推廣變電站無人值班提供了手段。隨著電網(wǎng)復(fù)雜程度的增加,各級(jí)調(diào)度要求更多的信息,以便及時(shí)掌握電網(wǎng)及變電站的運(yùn)行情況。為提高變電站的可控性,要求采用更多的遠(yuǎn)方集中控制、集中操作和反事故措施,本文利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等,提供技術(shù)裝備,可改變傳統(tǒng)的二次設(shè)備模式,實(shí)現(xiàn)信息共享,簡化系統(tǒng),減少電纜,減少占地面積,對(duì)變電站進(jìn)行的技術(shù)改造。變電站綜合自動(dòng)化是將變電站的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計(jì),利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)、實(shí)現(xiàn)對(duì)全站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動(dòng)監(jiān)視、測量、自動(dòng)控制和微機(jī)保護(hù),以及與調(diào)度通信等綜合性的自動(dòng)化功能。通過變電站自動(dòng)化可提高供電質(zhì)量,提高電壓合格率;可提高變電站的、可靠運(yùn)行水平;可提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行、管理水平;縮小變電站占地面積,降低造價(jià),減少總投資;減少維護(hù)工作量,減少值班員勞動(dòng),實(shí)現(xiàn)減人增效。

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)的功能

對(duì)于以往的變電站技術(shù)改造和對(duì)于新建的變電站采用技術(shù),都要提高變電站的自動(dòng)化水平,逐步實(shí)現(xiàn)無人值班和調(diào)度自動(dòng)化。結(jié)合我國的情況,變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的要實(shí)現(xiàn)下述五個(gè)方面的變化:(1)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測量系統(tǒng);(2)取代指針式儀表;(3)改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤;(4)取代常規(guī)的告警、報(bào)警、信號(hào)、光字牌等;(5)取代常規(guī)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置等。

1.2 操作控制及人機(jī)聯(lián)系功能

操作人員可通過CRT屏幕對(duì)斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行投、切控制,同時(shí)要能接受遙控操作命令,進(jìn)行遠(yuǎn)方操作;為防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)故障時(shí)無法操作被控設(shè)備,在設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)保留人工直接跳、合閘手段。監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,對(duì)采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量,要不斷的進(jìn)行越限監(jiān)視,如發(fā)現(xiàn)越限,立刻發(fā)出告警信號(hào),同時(shí)記錄和顯示超越時(shí)間和越限值,另外,還要監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電,自控裝置是否正常等。操作人員或調(diào)度員只要面對(duì)CRT顯示器的屏幕,通過操作鼠標(biāo)或鍵盤,就可以對(duì)全站的運(yùn)行情況和運(yùn)行參數(shù)一目了然,可以對(duì)全站的斷路器和隔離開關(guān)等進(jìn)行分、合操作,改變了傳統(tǒng)的依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏等手段的操作方式。包括:采集和計(jì)算的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù);實(shí)時(shí)主接線圖;事件順序記錄;越限報(bào)警顯示;值班記錄顯示;歷史趨勢顯示;保護(hù)定值和自控裝置的設(shè)定顯示等。變電站投入運(yùn)行后,隨著送電量的變化,保護(hù)定值、越限值等需要修改,甚至由于負(fù)荷的增長,需要更換原有的設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)可完成定時(shí)打印報(bào)表和日志、開關(guān)操作記錄打印、事件順序記錄打印等。

1.3 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的功能

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有保證、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動(dòng)控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo),因此,電壓、無功控制的具體調(diào)控目標(biāo)如下:(1)維持供電電壓在規(guī)定的范內(nèi);(2)保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡;(3)保證電壓合格的前提下使電能損耗為。在變電站中,對(duì)電壓和無功的自動(dòng)控制,主要是自動(dòng)調(diào)節(jié)有載變壓器的分接頭位置和自動(dòng)控制無功補(bǔ)償設(shè)備的投、切或控制其運(yùn)行工況。電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)頻率偏移過大時(shí),發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備都會(huì)受到不良的影響。因而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生有功功率缺額的事故時(shí),迅速地切斷部分負(fù)荷,減小系統(tǒng)的有功缺額,使系統(tǒng)頻率維持在正常水平或允許的范圍內(nèi)。在具有兩路電源供電的變電所中,電源進(jìn)線可分為工作電源進(jìn)線和備用電源進(jìn)線兩種。備用電源自投裝置就是當(dāng)工作電源因故障被斷開后,能自動(dòng)的而迅速的將備用電源投入工作的裝置。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式有集中式、分層分布式、分散與集中相結(jié)合三種類型,本文采用的是分散與集中相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。對(duì)于10kV～35kV的配電線路,可以將這個(gè)的保護(hù)、測量、控制單元分散安裝在各個(gè)開關(guān)柜中,然后由監(jiān)控主機(jī)通過光纖或電纜網(wǎng)絡(luò),對(duì)它們進(jìn)行管理和交換信息。至于高壓線路保護(hù)裝置和變壓器保護(hù)裝置,仍可采用集中組屏安裝在控制室內(nèi)。因此,本文所采用的硬件結(jié)構(gòu)是:(1)

10kV～35kV饋線保護(hù)采用分散式結(jié)構(gòu),就地安裝,節(jié)約控制電纜;(2)高壓線路保護(hù)和變壓器保護(hù)采用集中組屏,保護(hù)屏安裝在控制室內(nèi),通過現(xiàn)場總線于保護(hù)管理機(jī)通信;(3)其它自動(dòng)裝置中,備用電源自投控制裝置和電壓、無功控制裝置采用集中組屏結(jié)構(gòu),安裝于控制室或保護(hù)室內(nèi)。

3.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對(duì)工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)格比優(yōu)，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。

3.2應(yīng)用場所：

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級(jí)的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

3.4.2 報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2） 對(duì)每一測量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3） 開關(guān)事故跳閘次數(shù)或開關(guān)拉閘次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。

3.4.3 調(diào)節(jié)與控制

操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級(jí)：

第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。

第三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對(duì)任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時(shí)控制。操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4） 監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對(duì)直流為110V（220V）、5A，對(duì)交流為220V、5A。

3.4.4 用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)能代替常規(guī)的二次設(shè)備,變電站微機(jī)保護(hù)的軟、硬件設(shè)置既要與監(jiān)控系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立,又能相互協(xié)調(diào)。微機(jī)保護(hù)裝置具有串行接口或現(xiàn)場總線接口,向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供保護(hù)動(dòng)作信息或保護(hù)定值等信息。系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性要好,利用數(shù)字通信的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

[1]曲仁秀,王志國.10kV～35kV 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì).

[2]馮世崗,高瑞斌,等.調(diào)度綜合自動(dòng)化管理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J].電力系統(tǒng)通信,2006,7.

[3] 李猛,林榕.變電站綜合自動(dòng)化實(shí)施方案的分析[J].廣東電力,2006,2.

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。