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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(dòng)化系統(tǒng)的基本概念與特點(diǎn)，探討了35kV變電站的綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)的基本功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，提出了具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)應(yīng)用方案，保障 35kV變電站在綜合性自動(dòng)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(dòng)化系統(tǒng)；應(yīng)用
0. 引言
變電站是電力系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵性節(jié)點(diǎn)，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(jí)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(duì)整個(gè)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(dòng)化水平。即實(shí)現(xiàn)35kV變電站綜合性自動(dòng)化。本文結(jié)合35kV變電站基本概念及運(yùn)行特點(diǎn)，分析其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)化系統(tǒng)的概念與特點(diǎn)
1.1基本概念
35kv變電站綜合性自動(dòng)化指的是采取先進(jìn)的現(xiàn)代電子通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，對(duì)變電站的二次設(shè)備功能重新組合并優(yōu)化設(shè)計(jì)。二次設(shè)備主要包括有：信號(hào)測(cè)量裝置、控制裝置、繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)裝置以及故障錄波裝置等。利用先進(jìn)的現(xiàn)代電子通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，使變電站實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控，執(zhí)行測(cè)量與微機(jī)保護(hù)功能等，從而實(shí)現(xiàn)綜合性調(diào)度的通信功能。
1.2主要特點(diǎn)
35kV變電站的綜合性自動(dòng)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(guò)計(jì)算機(jī)的快速計(jì)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(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，通過(guò)計(jì)算機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)交換數(shù)據(jù)，讓信息與數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)資源共享，同時(shí)通過(guò)對(duì)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(hào)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?？偠灾冸娬揪C合性自動(dòng)化系統(tǒng)的主要特點(diǎn)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(dòng)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(gè)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(guò)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(lái)完成變電站的測(cè)量功能；采集、顯示、處理及判斷、觸發(fā)相應(yīng)開(kāi)關(guān)量的警報(bào)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行情況的顯示、警報(bào)與記錄的功能；獲取相應(yīng)有功與無(wú)功的電能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)電能平衡與分時(shí)累計(jì)等統(tǒng)計(jì)功能來(lái)完成電能采集與處理：通過(guò)數(shù)據(jù)的通信接口來(lái)采集各種設(shè)備信息，并通過(guò)計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)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(lái)調(diào)節(jié)控制斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、有載分接開(kāi)關(guān)以及安全自動(dòng)裝置等，同時(shí)能分為自動(dòng)控制與手動(dòng)控制。③警報(bào)與處理的功能。在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的時(shí)候，對(duì)變電站中采集的電壓電流、頻率溫度及設(shè)備開(kāi)關(guān)等量值進(jìn)行不問(wèn)斷監(jiān)視，一旦有異?，F(xiàn)象，就能夠及時(shí)發(fā)出事故警報(bào)．同時(shí)把事故發(fā)生的時(shí)間與發(fā)生的原因記錄下來(lái)。方便后來(lái)的故障分析與檢查，有利于故障隱患。④遠(yuǎn)動(dòng)的功能。在綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)中，遠(yuǎn)動(dòng)功能是其一個(gè)重要的組成部分，當(dāng)變電站中沒(méi)有人值班時(shí)，遠(yuǎn)動(dòng)功能就可以把數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)郊卣局?，從而?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳并執(zhí)行遙控命令。
⑤同步時(shí)鐘的功能。在變電站中電網(wǎng)的時(shí)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(dòng)監(jiān)控與記錄要求有統(tǒng)一的時(shí)鐘，現(xiàn)階段選擇的是全球標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，滿足變電站的同步時(shí)鐘要求。⑥人機(jī)聯(lián)合功能。變電站的操作人員可以通過(guò)自動(dòng)化信息系統(tǒng)對(duì)變電站的數(shù)據(jù)與信息進(jìn)行了解，主要是對(duì)事件的記錄順序、值班記錄、警報(bào)記錄與保護(hù)整定值等通過(guò)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(shí)現(xiàn)各項(xiàng)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(wú)功補(bǔ)償?shù)妊b置的保護(hù)以及站用變保護(hù)等，各個(gè)保護(hù)項(xiàng)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(duì)在變電站中發(fā)生過(guò)的重要事件進(jìn)行記錄與保存。②與系統(tǒng)時(shí)鐘同步功能，方便準(zhǔn)確的記錄‘事故的時(shí)間與保護(hù)操作的時(shí)間。③能夠同時(shí)把多種定值保護(hù)儲(chǔ)存下來(lái)。④能夠提供通信接口，支持保護(hù)項(xiàng)目和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的通信協(xié)議。⑤能夠在出現(xiàn)故障時(shí)進(jìn)行自我診斷。⑥各個(gè)保護(hù)項(xiàng)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(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要原則
3.1自動(dòng)化系統(tǒng)的配置設(shè)計(jì)
整個(gè)變電站配置一臺(tái)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(cè)控裝置對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字量及模擬量進(jìn)行采集，對(duì)實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析與處理，向操作人員提供各種顯示畫(huà)面和警報(bào)事件以及打印報(bào)表，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所有電器設(shè)備的測(cè)量與監(jiān)視、警報(bào)與控制、記錄與管理功能．進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)無(wú)功控制與自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)的功能，并通過(guò)預(yù)設(shè)的控制方案或者是無(wú)功電壓曲線，來(lái)給相關(guān)的測(cè)控裝置發(fā)出主變電站調(diào)整有載開(kāi)關(guān)抽頭及低壓無(wú)功的補(bǔ)償設(shè)備投切命令。一般在正常運(yùn)行的過(guò)程中，可以通過(guò)一口或者是多口的調(diào)制解調(diào)器來(lái)及時(shí)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(shí)，還能方便變電站工程師完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)參數(shù)、報(bào)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(dòng)化的設(shè)計(jì)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(dòng)化的需求，所以就需要替換35kV的間隔保護(hù)監(jiān)控項(xiàng)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(shí)現(xiàn)35kV全部出線P、Q、I的遙測(cè)與保護(hù)信號(hào)、斷路器的遙信以及遙控復(fù)歸保護(hù)信號(hào)、斷路器的遙控操作等。而對(duì)于一些重要的保護(hù)裝置信號(hào)，要接人公用的測(cè)控系統(tǒng)，加裝隔離35kV間隔刀閘的輔助接點(diǎn)，其具體的內(nèi)容主要體現(xiàn)在下列幾個(gè)方面：①對(duì)35kV母線的二次電壓回路向二次措施票轉(zhuǎn)移的過(guò)程要嚴(yán)格地執(zhí)行。②把35kV母線原來(lái)的二次電壓回路向220kV的電壓接入，同時(shí)切換并列裝置。
3.3后備控制與緊急控制的功能設(shè)計(jì)
在變電站的綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)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(jì)，能夠地實(shí)現(xiàn)變電站綜合性自動(dòng)化。
3.4變電站中綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型設(shè)計(jì)
在變電站的綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中．要根據(jù)實(shí)際情況充分考慮供電現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，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。
4. 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)解決方案
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(kāi)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*，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。
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(cè)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(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。
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(huà)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(guò)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(cè)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(kāi)關(guān)事故跳閘到指/定次數(shù)或開(kāi)關(guān)拉閘到指/定次數(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(huà)面閃爍、聲光報(bào)警器、語(yǔ)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。
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(kāi)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(chǎng)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，以確保操作的安全性和正確性。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(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開(kāi)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(wú)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。
系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過(guò)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)、管理提供可靠的安全保障。
本文分析并設(shè)計(jì)了適合35kV變電站綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，完成變電站中各個(gè)子系統(tǒng)與裝置的信息交換，讓變電站中測(cè)控與保護(hù)功能不僅相對(duì)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(shí)現(xiàn)資源共享，為變電站的綜合性自動(dòng)化系統(tǒng)提供一個(gè)的解決對(duì)策，讓綜合性自動(dòng)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。
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