安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘  要：分析了現(xiàn)階段 35kV變電站的綜合性自動化系統(tǒng)的基本概念與特點，探討了35kV變電站的綜合性自動化系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計原則，提出了具有針對性的設(shè)計應(yīng)用方案，保障 35kV變電站在綜合性自動化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：35kV變電站；綜合性自動化系統(tǒng)；應(yīng)用 

0 引言

變電站是電力系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵性節(jié)點，是連接發(fā)電廠與用電負(fù)荷的紐帶，擔(dān)負(fù)著電能匯集、電壓等級轉(zhuǎn)換、傳輸、分配等重要任務(wù)，其運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全可靠性對整個電網(wǎng)的影響重大。而二次設(shè)備的可靠性與穩(wěn)定性能決定著變電站的基本運(yùn)行狀態(tài)，為了讓變電站的運(yùn)行更加穩(wěn)定、安全和可靠，現(xiàn)階段的辦法就是提高變電站的自動化水平。即實現(xiàn)35kV變電站綜合性自動化。本文結(jié)合35kV變電站基本概念及運(yùn)行特點，分析其結(jié)構(gòu)設(shè)計原則與應(yīng)用方案，進(jìn)一步提高變電站的安全可靠性與穩(wěn)定性。

1 35kV變電站綜合性自動化系統(tǒng)的概念與特點

1.1基本概念

35kv變電站綜合性自動化指的是采取的現(xiàn)代電子通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等，對變電站的二次設(shè)備功能重新組合并優(yōu)化設(shè)計。二次設(shè)備主要包括有：信號測量裝置、控制裝置、繼電保護(hù)裝置、自動裝置、遠(yuǎn)動裝置以及故障錄波裝置等。利用的現(xiàn)代電子通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等，使變電站實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，執(zhí)行測量與微機(jī)保護(hù)功能等，從而實現(xiàn)綜合性調(diào)度的通信功能。

1.2主要特點

35kV變電站的綜合性自動化系統(tǒng)將采集的比較完整的相關(guān)電力系統(tǒng)信息與數(shù)據(jù)，通過計算機(jī)的快速計算、邏輯判斷等能力，監(jiān)控變電站設(shè)備的運(yùn)行操作，并把輸入的信息經(jīng)過自動化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，通過計算機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)來交換數(shù)據(jù)，讓信息與數(shù)據(jù)實現(xiàn)資源共享，同時通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行變換與數(shù)字濾波等處理，保證各種量值的度。除此之外。防抖技術(shù)、冗余技術(shù)和自我診斷技術(shù)也能夠在一定程度上提高監(jiān)控的可靠性與準(zhǔn)確性，變電站屏幕顯示其運(yùn)行狀態(tài)與操作故障情況，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制屏與信號屏等顯示設(shè)備，從而使得監(jiān)控的信息更加清晰直觀，還能夠減少硬件設(shè)備的重復(fù)投資、節(jié)省更多的控制電纜、節(jié)約控制面積，進(jìn)而提高變電站的經(jīng)濟(jì)效益?？偠灾?，變電站綜合性自動化系統(tǒng)的主要特點表現(xiàn)在功能的綜合化、監(jiān)控的清晰化與結(jié)構(gòu)的微機(jī)化等。

2 35kV變電站綜合性自動化系統(tǒng)的主要功能

2.1監(jiān)控子系統(tǒng)功能

變電站中監(jiān)控子系統(tǒng)功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面中：①數(shù)據(jù)的采集與處理功能。包括：采集與處理模擬量功能。通過采集、顯示、傳輸和處理電壓、電流、頻率、油溫、功率因數(shù)及功率等模擬量來完成變電站的測量功能；采集、顯示、處理及判斷、觸發(fā)相應(yīng)開關(guān)量的警報信號來實現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行情況的顯示、警報與記錄的功能；獲取相應(yīng)有功與無功的電能，同時實現(xiàn)電能平衡與分時累計等統(tǒng)計功能來完成電能采集與處理：通過數(shù)據(jù)的通信接口來采集各種設(shè)備信息，并通過計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分別處理。②控制操作的功能。采用監(jiān)控系統(tǒng)來調(diào)節(jié)控制斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、有載分接開關(guān)以及安全自動裝置等，同時能分為自動控制與手動控制。③警報與處理的功能。在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的時候，對變電站中采集的電壓電流、頻率溫度及設(shè)備開關(guān)等量值進(jìn)行不問斷監(jiān)視，一旦有異?，F(xiàn)象，就能夠及時發(fā)出事故警報．同時把事故發(fā)生的時間與發(fā)生的原因記錄下來。方便后來的故障分析與檢查，有利于故障隱患。④遠(yuǎn)動的功能。在綜合性自動化系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動功能是其一個重要的組成部分，當(dāng)變電站中沒有人值班時，遠(yuǎn)動功能就可以把數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)郊卣局?，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳并執(zhí)行遙控命令。

⑤同步時鐘的功能。在變電站中電網(wǎng)的時鐘準(zhǔn)確性決定了電網(wǎng)設(shè)備安全可靠與穩(wěn)定運(yùn)行．電網(wǎng)的自動監(jiān)控與記錄要求有統(tǒng)一的時鐘，現(xiàn)階段選擇的是全球標(biāo)準(zhǔn)時鐘，滿足變電站的同步時鐘要求。⑥人機(jī)聯(lián)合功能。變電站的操作人員可以通過自動化信息系統(tǒng)對變電站的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行了解，主要是對事件的記錄順序、值班記錄、警報記錄與保護(hù)整定值等通過電子面板全部顯示在操作人員面前。⑦運(yùn)行管理的功能。按照運(yùn)行管理的需求實現(xiàn)各項工作的管理功能。主要包括：事故記錄、模擬操作、操作指導(dǎo)、運(yùn)行監(jiān)控及記錄、交班記錄、設(shè)備管理等。

2.2微機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)功能

微機(jī)系統(tǒng)的保護(hù)功能是變電站中也是基本的功能，其主要保護(hù)包括變電站中高壓輸電線路及其后備保護(hù)，變壓器與非電量及其后備保護(hù)，母線、低壓配電線路、無功補(bǔ)償?shù)妊b置的保護(hù)以及站用變保護(hù)等，各個保護(hù)項目除了具備完善、獨(dú)立的保護(hù)功能之外，還要有下列附屬功能：①記錄事件的功能，對在變電站中發(fā)生過的重要事件進(jìn)行記錄與保存。②與系統(tǒng)時鐘同步功能，方便準(zhǔn)確的記錄‘事故的時間與保護(hù)操作的時間。③能夠同時把多種定值保護(hù)儲存下來。④能夠提供通信接口，支持保護(hù)項目和計算機(jī)系統(tǒng)之間的通信協(xié)議。⑤能夠在出現(xiàn)故障時進(jìn)行自我診斷。⑥各個保護(hù)項目能夠滿足繼電保護(hù)裝置所具有的選擇性與快速性、靈敏性及可靠性要求。

3 變電站的綜合性自動化系統(tǒng)設(shè)計主要原則

3.1自動化系統(tǒng)的配置設(shè)計

整個變電站配置一臺高性能的工控機(jī)．在進(jìn)行變電站的調(diào)試與試運(yùn)行、檢查、維護(hù)及檢修期間。要以變電站本身的工作為核心，采用測控裝置對現(xiàn)場的數(shù)字量及模擬量進(jìn)行采集，對實時信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的統(tǒng)計分析與處理，向操作人員提供各種顯示畫面和警報事件以及打印報表，從而實現(xiàn)對所有電器設(shè)備的測量與監(jiān)視、警報與控制、記錄與管理功能．進(jìn)一步實現(xiàn)無功控制與自動電壓調(diào)節(jié)的功能，并通過預(yù)設(shè)的控制方案或者是無功電壓曲線，來給相關(guān)的測控裝置發(fā)出主變電站調(diào)整有載開關(guān)抽頭及低壓無功的補(bǔ)償設(shè)備投切命令。一般在正常運(yùn)行的過程中，可以通過一口或者是多口的調(diào)制解調(diào)器來及時響應(yīng)變電站系統(tǒng)調(diào)度端與核心控制站之間的數(shù)據(jù)召集，從而將繼電保護(hù)數(shù)據(jù)資料與信息傳送到上層設(shè)備中。與此同時，還能方便變電站工程師完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)參數(shù)、報表制作、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、遠(yuǎn)程維護(hù)和系統(tǒng)診斷等功能。

3.2 35kV綜合性自動化的設(shè)計方案

35kV變電站原有的保護(hù)裝置中所具有的性能并不能很好地滿足現(xiàn)階段綜合性自動化的需求，所以就需要替換35kV的間隔保護(hù)監(jiān)控項目與電壓切換裝置。這是一種集保護(hù)、監(jiān)控的設(shè)備，并把它經(jīng)由規(guī)約轉(zhuǎn)換器在監(jiān)控網(wǎng)中接人．從而實現(xiàn)35kV全部出線P、Q、I的遙測與保護(hù)信號、斷路器的遙信以及遙控復(fù)歸保護(hù)信號、斷路器的遙控操作等。而對于一些重要的保護(hù)裝置信號，要接人公用的測控系統(tǒng)，加裝隔離35kV間隔刀閘的輔助接點，其具體的內(nèi)容主要體現(xiàn)在下列幾個方面：①對35kV母線的二次電壓回路向二次措施票轉(zhuǎn)移的過程要嚴(yán)格地執(zhí)行。②把35kV母線原來的二次電壓回路向220kV的電壓接入，同時切換并列裝置。

3.3后備控制與緊急控制的功能設(shè)計

在變電站的綜合性自動化系統(tǒng)的功能設(shè)計中。主要采用后備控制與緊急控制的功能，其功能主要包括：人工進(jìn)行的操作控制功能、低頻減載的功能、備自投使用功能及穩(wěn)定控制的功能等。完善后備控制與緊急控制的功能設(shè)計，能夠地實現(xiàn)變電站綜合性自動化。

3.4變電站中綜合性自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計

在變電站的綜合性自動化系統(tǒng)設(shè)計中．要根據(jù)實際情況充分考慮供電現(xiàn)場的環(huán)境，對綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行合理的設(shè)計，主要包括集中式、全分散式與集中分散結(jié)合式結(jié)構(gòu)，如圖1一圖3所示。

圖1集中式結(jié)構(gòu)圖

圖2全分散式結(jié)構(gòu)圖

圖3集中與分散結(jié)合式結(jié)構(gòu)圖

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(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。

針對工程具體情況，設(shè)計方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價格比*，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。

4.2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以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1 實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(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)，實時監(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。

4.4.2 報警處理

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

1） 事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(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，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

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

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

2） 對每一測量值（包括計算量值），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)告報警和事故報警。

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

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、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警信息。

4.4.3 調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(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施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(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，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

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

第四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。

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，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，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）定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

4） 監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4 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)、管理提供可靠的安全保障。

5系統(tǒng)硬件配置

6 結(jié)語

本文分析并設(shè)計了適合35kV變電站綜合性自動化系統(tǒng)采用的計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，完成變電站中各個子系統(tǒng)與裝置的信息交換，讓變電站中測控與保護(hù)功能不僅相對獨(dú)立，而且互相，從而保護(hù)變電站內(nèi)裝置工作不受到外界通信影響，實現(xiàn)資源共享，為變電站的綜合性自動化系統(tǒng)提供一個的解決對策，讓綜合性自動化系統(tǒng)更地應(yīng)用到35kV的變電站中，保證變電站的安全可靠性與運(yùn)行的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 何成碧．35kV變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用研究[J]．電力建設(shè)，輸配電技術(shù)．

[2] 陳力，關(guān)亞飛．變電站綜自改造典型問題解決[J]．中國電力企業(yè)管理，2009(32)．

[3] 盧建兵．110kV變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計研究[J]．自動化與儀器儀表，2012(2)．

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