淺析10kV～35kV 變電站綜合自動化系統設計與應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。通過采集到比較齊全的數據和信息,利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷能力,可方便的監視和控制變電站內各種設備的運行和操作。本文利用現代計算機技術、通信技術將變電站的二次設備經過功能的組合和優化設計,采用多臺微型計算機和大規模集成電路組成的自動化系統,改變常規的測量和監視儀表,代替常規控制屏、信號系統和遠動屏,用微機保護代替常規的繼電保護屏,從而改變了常規的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷,實現了對全站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護,以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

關鍵詞：變壓站;綜合自動化系統;系統設計;變壓站改造

隨著我國電力工業和電力系統的發展,對變電站的、經濟運行要求越來越高,通過實現變電站綜合自動化,可以提高電網的、經濟運行水平,減少基建投資,并為推廣變電站無人值班提供了手段。隨著電網復雜程度的增加,各級調度要求更多的信息,以便及時掌握電網及變電站的運行情況。為提高變電站的可控性,要求采用更多的遠方集中控制、集中操作和反事故措施,本文利用現代計算機技術、通信技術等,提供技術裝備,可改變傳統的二次設備模式,實現信息共享,簡化系統,減少電纜,減少占地面積,對變電站進行的技術改造。變電站綜合自動化是將變電站的二次設備經過功能的組合和優化設計,利用計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術、實現對全站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護,以及與調度通信等綜合性的自動化功能。通過變電站自動化可提高供電質量,提高電壓合格率;可提高變電站的、可靠運行水平;可提高電力系統的運行、管理水平;縮小變電站占地面積,降低造價,減少總投資;減少維護工作量,減少值班員勞動,實現減人增效。

1.1 監控系統的功能

對于以往的變電站技術改造和對于新建的變電站采用技術,都要提高變電站的自動化水平,逐步實現無人值班和調度自動化。結合我國的情況,變電站綜合自動化系統的要實現下述五個方面的變化:(1)監控系統應取代常規的測量系統;(2)取代指針式儀表;(3)改變常規的操作機構和模擬盤;(4)取代常規的告警、報警、信號、光字牌等;(5)取代常規的遠動裝置等。

1.2 操作控制及人機聯系功能

操作人員可通過CRT屏幕對斷路器和隔離開關進行投、切控制,同時要能接受遙控操作命令,進行遠方操作;為防止計算機系統故障時無法操作被控設備,在設計時,應保留人工直接跳、合閘手段。監控系統在運行過程中,對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量,要不斷的進行越限監視,如發現越限,立刻發出告警信號,同時記錄和顯示超越時間和越限值,另外,還要監視保護裝置是否失電,自控裝置是否正常等。操作人員或調度員只要面對CRT顯示器的屏幕,通過操作鼠標或鍵盤,就可以對全站的運行情況和運行參數一目了然,可以對全站的斷路器和隔離開關等進行分、合操作,改變了傳統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:采集和計算的實時運行參數;實時主接線圖;事件順序記錄;越限報警顯示;值班記錄顯示;歷史趨勢顯示;保護定值和自控裝置的設定顯示等。變電站投入運行后,隨著送電量的變化,保護定值、越限值等需要修改,甚至由于負荷的增長,需要更換原有的設備。監控系統可完成定時打印報表和日志、開關操作記錄打印、事件順序記錄打印等。

1.3 微機保護系統的功能

變電站綜合自動化系統具有保證、可靠供電和提高電能質量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質量的重要指標,因此,電壓、無功控制的具體調控目標如下:(1)維持供電電壓在規定的范內;(2)保持電力系統穩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,對電壓和無功的自動控制,主要是自動調節有載變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設備的投、切或控制其運行工況。電力系統的頻率是電能質量重要的指標之一。電力系統頻率偏移過大時,發電設備和用電設備都會受到不良的影響。因而當系統發生有功功率缺額的事故時,迅速地切斷部分負荷,減小系統的有功缺額,使系統頻率維持在正常水平或允許的范圍內。在具有兩路電源供電的變電所中,電源進線可分為工作電源進線和備用電源進線兩種。備用電源自投裝置就是當工作電源因故障被斷開后,能自動的而迅速的將備用電源投入工作的裝置。

變電站自動化系統的結構形式有集中式、分層分布式、分散與集中相結合三種類型,本文采用的是分散與集中相結合的結構。對于10kV～35kV的配電線路,可以將這個的保護、測量、控制單元分散安裝在各個開關柜中,然后由監控主機通過光纖或電纜網絡,對它們進行管理和交換信息。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置,仍可采用集中組屏安裝在控制室內。因此,本文所采用的硬件結構是:(1)

10kV～35kV饋線保護采用分散式結構,就地安裝,節約控制電纜;(2)高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏,保護屏安裝在控制室內,通過現場總線于保護管理機通信;(3)其它自動裝置中,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構,安裝于控制室或保護室內。

3.1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，仍能獨立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，性能價格比優，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。

3.2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。

3.3系統結構

3.4系統功能

3.4.1 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。

3.4.2 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。

3.4.3 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。

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。

3.4.4 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、管理提供可靠的保障。

變電站綜合自動化系統能代替常規的二次設備,變電站微機保護的軟、硬件設置既要與監控系統相對獨立,又能相互協調。微機保護裝置具有串行接口或現場總線接口,向計算機監控系統提供保護動作信息或保護定值等信息。系統的可擴展性和適應性要好,利用數字通信的優勢,實現數據共享。

[1]曲仁秀,王志國.10kV～35kV 變電站綜合自動化系統設計.

[2]馮世崗,高瑞斌,等.調度綜合自動化管理信息系統的研究與實現[J].電力系統通信,2006,7.

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

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

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。