淺談微機綜合自動化系統在化工企業變電站中應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：大型化工企業供配電具有集約型特點，化工企業內35kV變電站和10kV變電所數量大、分布廣，對于老的大多大型及中型化工企業而言，其變電站或變電所內高壓電氣設備為舊式繼電保護裝置，可靠性差，隨著化工企業的快速發展，用電負荷快速增長，整體電網技術水平已很難滿足目前的供電要求。因此，結合化工企業實際供配電設施設備及用電需求，將新一代微機綜合自動化系統應用到化工企業供配電改造中。

關鍵詞：化工企業；供配電改造；變電站；微機綜合自動化系統

變電站微機綜合自動化系統在實際應用中能夠將所用資源及信息相互結合，實現共享模式，其系統操作簡單，減少了使用過程中的維修次數。相比傳統的供電設備其供電穩定性及實用性優勢明顯化，因此在開展實施化工企業供配電改造中應用該自動化系統，使化工企業的發展更具效益性。

結合目前現有的化工企業供電系統及裝置設備來看，大多大型及中型化工企業主要是將電磁型繼電保護裝置應用到35kV或10kV的變電站中來。實際運行操作中因為種種原因導致部分變電站在改造或需要擴充的情況下不能很好地實現控制、室內增添新型設備，如控制盤、繼電保護器的安裝等。尤其是在供電運行中因為現有的電磁型常規繼電所涉及的保護元件出現嚴重的腐蝕、老化等現象而導致供電障礙。有些老舊零部件已經很難保證正常供電的需求，從而使整個化工企業的供電使用安全性能及穩定性能受到了威脅，造成后期工作的延誤。在化工企業供電運行中，因為10kV的變電設備配備的是少油開關，在實際運行中時間較長，這就導致部分配件及線路老化，從而達不到后期供電需求及供電改造的要求。因此結合現代化供電需求及供電設備將變電站微機綜合自動化系統應用到化工企業供配電改造中來，實現化工企業供電使用的穩定性及安全性。

隨著化工行業的不斷發展，變電站的使用要能跟得上供電及配電需求，大多化工企業都想朝著少油、防污、節能及自動化的方向發展前行。這就需要相關管理部門結合化工企業實際的供電電網結構及變電站配電特點出發，從省資源、效率快、電網結構科學合理、能夠滿足自動化等方向出發，實施合理且針對性較強的化工企業供電改造。

對于10kV的變電站在正常運行過程中，電動機在運作過程中主要是以饋線回路作為供電線路。在運作過程中可采用輪流制工作的措施對其進行日常維護，維護期間制定相關有針對性的措施對保護進行改造，也就是將現有的老舊電磁式繼電保護裝備改造為微機自動化式保護裝備。化工企業停止用電進入休息階段時，相關工作人員需對重要饋電路線及備自投、進線裝置開展實施科學的有針對性的微機綜合自動化系統的更新。

大中型化工企業除了使用10kV的變電站以外，還有35kV的變電站供電系統。相比10kV而言，35kV的變電站在初步設計制造期間就相對更科學合理，并且在運作期間屬于負荷中心，這就為現期的供電改造提供了有力的改造條件。35kV變電站在改造方案實施時，只需要對高壓設備進行有目的局部改造就可以，剩下的可在二次保護監控系統實施維護期間采用分批分期的方法實現微機綜合自動化系統的改造。由于35kV在整個化工企業供電的作用及使用范圍較廣，因此想要實現35kV變電站的自動化改造，可在3年之內完成所有供電改造。

大中型化工企業在建設投入性的變電站時，可結合供電需求及現期使用原則將少油、防污、節能及自動化的設備一步到位地應用到本企業中來。直接朝著省資源、效率快、電網結構科學合理、滿足自動化的方向出發，使供電性能安全、穩定，電網監管系統完善，將真正的變電站微機綜合自動化系統應用到化工企業供電改造中來。

化工廠供電設備在具體使用時基本采用的都是集中式組屏和分散式組屏兩種，集中式大的特點在于監控及保護集中組屏，一般安裝在主控室內。安裝期間主要涵蓋的設備有遙信插箱、遙控、遙測、相應的保護裝置等，該組屏對應若干線路及設備，各大電氣在實施控制直流回路、測量交流回路時都需要用電纜將其送至主控室內。結合化工企業實際用電及生產情況，饋線一般使用數量在70條以下20條以上時，為了更好地適應化工企業供配電改造的應用與發展，主要將分層分散式布置應用到實際中來，其具體分布機構與功能使用設計原則如下。

3.1系統層次使用功能及結構

廠站級別的設置在具體應用中主要以集中式組屏為主。而設備具有間隔時，主要是以分散式布置為主，為了減少二次電纜的使用，又將監控保護系統分開應用到各個開關柜中，該系統結構大的優點在于層次分明。其中分布主要是指：將設備組織按照間隔單元層的系統形式進行分布，通過不同站內通信互聯網實現變電站的通信使用，結合功能分配的作用將對稱分布式設計原則應用到其中。分層則是指單獨成立并有可控性的通信分層、變電站分層及間隔單元分層。

3.2通信層與變電站層之間的聯系

為了使整個運作系統具有安全可靠性的同時還能很好地實現監控功能，在設計建設時應將雙后臺雙機監控方式應用到現場網絡總線控制實施與網絡拓撲結構中來。對于饋線回路數達到70條以下20條以上的10kV變電所或是35kV變電站而言，直接可將雙網雙機結構應用到其中。而針對饋線回路比較少的10kV變電所而言，主要是將單網雙機結構采用到其中。我國在采用人工計算機操作時，主要是將Windows系統應用到實際操作中來，該系統操作簡單、內容豐富，在系統投入使用中出現特殊情況時都可與系統協商，實現特殊處理化。在網絡通信系統的使用上一般都采用TCP或IP通信協議，使化工企業生產系統與變電站微機綜合自動化系統地結合在一起。結合化工企業實際用電的特點得出，在進行通信層與變電站層連接設計時可將雙機雙網雙后臺系統機構與雙機單網雙后臺系統機構應用到實際操作中，具體系統機構分布圖如圖1、圖2所示。

3.3配置間隔及單元層結構

變電站微機綜合自動化系統中，配置間隔及單元層的保護檢測單元主要有兩個類型的實施方案：一是間隔層保護測控單元分開配置；二是間隔級保護單元合一配置。化工企業所使用的變電站設備在作為對外貿易階段依據時只有進線的供電才有效，與饋線回路有關的線路只能作為本企業核算依據。在本企業與其他企業聯合用電或是本企業收入效益良好的情況下才能采用配置間隔及分配置的結構；如果大型化工企業所用配電站線路較多，便可將配置間隔及合一配置的結構應用到貢獻裝置中來?，F期所使用的監控保護裝置，內部的監控及控制功能主要是由CPU1及CPU2兩個的模件負責完成。在實施通信接口聯系時主要是通過RS485通信接口來完成。配置間隔及合一配置的結構在實際運作中，既有性還確保了安全性及實用性，同時也為化工企業節省了用電資金的投入。

圖1雙機雙網雙后臺系統機構圖

圖2雙機單網雙后臺系統機構圖

3.4自動化系統功能結構的改進及應用

化工企業在進行供配電改造時，為了將變電站微機綜合自動化系統的作用有效發揮出來，與實際用電需求相結合，對技術指標及功能實用性進行完善。其主要要求有以下幾點：

使用功能上的要求及改進：在進行數據實際采集、遙控、遙測等操作時。按照變配電的實際需求來設定。以及數據的處理及統計、報警處理及限制監控、數據在運行期間的統計與計算等。

操作控制的改進及應用，開關與斷路器間的分合、變壓器分接頭在實際操作期間的特殊操作及調節。

運行記錄的改進，主要在于設備線路的各種操作、運行、某種事件的發生等，將分欄記錄運用到其中。

歷史數據及報表的改進，經過改造后的變電站微機綜合自動化系統，報表按照要求自動生成所需數據，并且對收集到的數據有自動保存及顯示的作用。同時對與信息的保護、各種運作、波形、時間等按企業相關要求進行記載，能夠對事故進行追憶，可再現事故的畫面。

經過改造后具有很好的人機界面，主要是對電氣的主接線圖、參數、曲線等相關要求進行在線設定，并具有豐富的設定資源及友好的人機操作性能。

在技術操作及使用指導上，所需SOE分辨率及系統時鐘精度按照國家標準執行。如遙控命令傳送時間、事故推移畫面時間、畫面在調用期間的響應時間等，快速準確。

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能完成間隔層設備的就地監控功能。

針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比高，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

4.2應用場所：

適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

4.4.2報警處理

監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，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，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

3）開關事故跳閘次數或開關拉閘次數，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，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第一級控制，設備就地檢修控制。具有優先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現場操作。

第二級控制，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，具有遠方/站控層的切換。

第四級控制，遠方控制，優先級。

原則上間隔層控制和設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、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，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。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。

4）監控系統的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c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用戶權限管理

系統設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

在進行化工企業供配電改造中將變電站微機綜合自動化系統應用到其中，憑借自身優勢使化工企業供電系統得到安全穩定的發展，減少了維護的次數，而且提高了供電的可靠性。因此與現期供電現狀相結合，對其進行有針對性的改造，提高化工企業用電質量及生產質量，更好地貢獻于我國經濟發展。

參考文獻

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[2]劉黎曉.供電綜合自動化技術應用[J].通訊世界,2016（8）:165-168.

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[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

作者介紹：

任運業，男，現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化系統、電力監控系統解決方案。