淺析35kV變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備的改造方案

李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：現(xiàn)代的變電站主要是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、無線通訊、網(wǎng)絡(luò)通信及電子脈沖信號處理技術(shù),配合電子閉路監(jiān)視、控制、測量、保護(hù)以及遠(yuǎn)程通信調(diào)度一系列的綜合自動(dòng)化技術(shù)。在經(jīng)濟(jì)改革的近10年中,商業(yè)活動(dòng)和國民經(jīng)濟(jì)高速增長,因此,對于變電站的改造也要與此同步進(jìn)行,以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)高速發(fā)展的需求。

關(guān)鍵詞：綜合自動(dòng)化；自動(dòng)化。

1 變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備的改造原則

變電站綜合自動(dòng)化的設(shè)備改造需分為2次:首先,先建立自動(dòng)化設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)與變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成。在線監(jiān)測系統(tǒng)和變電站自動(dòng)化系統(tǒng)集成的改造可以提高高壓電氣設(shè)備的運(yùn)行可靠性,而且可以實(shí)現(xiàn)意義上的變電站無人化操作。其次,繼續(xù)提高變電站設(shè)備的電腦智能化水平,引入PLC技術(shù),實(shí)現(xiàn)變電站從多人操作到少人操作、從少人操作到無人電子操作配合規(guī)律巡視的平穩(wěn)過渡:變電站的電腦設(shè)備引入先進(jìn)的WEBServer技術(shù)和防火墻技術(shù),使變電站的運(yùn)行管理人員可通過Internet/lntranet實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問和維護(hù);結(jié)合無線通信工程,綜合考慮變電站的調(diào)度通道等一系列的問題。

2 變電站綜合自動(dòng)化設(shè)備的改造方案

(1)系統(tǒng)一般采用雙機(jī)冗余模式,分為站級層和間隔層2層。RTU兼做監(jiān)控系統(tǒng)控制、測量模塊方案該方案是在保留原遠(yuǎn)動(dòng)裝置基礎(chǔ)上進(jìn)行的升級換代以及擴(kuò)容改造。系統(tǒng)以電腦監(jiān)控系統(tǒng)為核心,與站級層構(gòu)成雙主機(jī)冗余備份系統(tǒng),間隔層按功能單元?jiǎng)澐?綜合遙調(diào)、遙測、遙信、遙控、通訊于一體。

(2)全監(jiān)控方案,采用分層布置方式,變電站保護(hù)和測控既又相互獨(dú)立。保護(hù)裝置工作不受測控和外部通信的影響,確保保護(hù)的性和可靠性;同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)信息共享,為變電站綜合自動(dòng)化提供了完整的解決方案。該系統(tǒng)可分為以下3層。

①變電站層采用間隔層和通信層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu),由遠(yuǎn)動(dòng)、就地監(jiān)控、“五防”主站組成。遠(yuǎn)動(dòng)及就地監(jiān)控均采用雙機(jī)備用,增加可靠性。該層為變電值班人員、調(diào)度運(yùn)行人員提供變電站監(jiān)視、控制和管理功能。

②間隔層測控單元組、保護(hù)單元屏布置于主控室。測控單元采用WorldFlP高速現(xiàn)場總線組網(wǎng),保護(hù)單元采用485口接入保護(hù)信息管理系統(tǒng)。

③通信層支持全以太網(wǎng)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。雙網(wǎng)采用均衡流量管理,地保證了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性。通信協(xié)議采用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約,可方便地實(shí)現(xiàn)不同廠家的設(shè)備互連。支持不同的規(guī)約向不同的調(diào)度所或集控站轉(zhuǎn)發(fā)不同的信息報(bào)文。支持GPS硬件對時(shí)網(wǎng)絡(luò)。

3 變電站自動(dòng)化改造中所需要注意的一些問題

3.1 變電站的事故信號的統(tǒng)一改造

當(dāng)事故信號的問題在常規(guī)控制方式的變電站中,運(yùn)行發(fā)生事故時(shí)變電站將產(chǎn)生事故報(bào)警音響并經(jīng)過遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備向調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出事故信號,調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采用這個(gè)事故信號啟動(dòng)事故相應(yīng)的處理軟件(推出事故畫面、啟動(dòng)報(bào)警音響等)。由此可以看出,事故信號在變電站的自動(dòng)化操作中是非常重要的一個(gè)信號,尤其是在無人值守的變電站中,因?yàn)楸O(jiān)控運(yùn)行調(diào)度工作人員在同一時(shí)間內(nèi)需要監(jiān)控多個(gè)變電站的工作運(yùn)行狀態(tài),因而變電站的事故信號也就成為了監(jiān)控運(yùn)行調(diào)度人員中止手頭上的工作進(jìn)而進(jìn)入故障處理的重要信號。

以往使用計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備和保留控制屏幕的無人值守變電站里,通常產(chǎn)生事故信號的方法是在控制回路里加上一個(gè)雙位置的記憶繼電器,這種產(chǎn)生事故信號的辦法多年前在使用RTU的無人值守改造工程中經(jīng)常使用,事故信號的產(chǎn)生方式和控制屏操作KK開關(guān)與實(shí)際開關(guān)的位置不對應(yīng)相同。而在110kv變電站事故信號的生成原理與RTU無人值守變電站的產(chǎn)生方法相類似。都是在回路上將操作回路里的KKJ繼電器的后結(jié)合點(diǎn)與斷路器位置信號點(diǎn)進(jìn)行串聯(lián),從而能夠形成一個(gè)電器單元的事故信號,這樣在監(jiān)控系統(tǒng)中僅僅需要把各電氣單元的事故信號輸入軟件或者進(jìn)行有序運(yùn)算就能成為整個(gè)變電站的事故信號。

3.2 變電站的電力系統(tǒng)統(tǒng)一時(shí)鐘改

造隨著變電站的自動(dòng)化程度日漸提高,整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)中的時(shí)鐘同步問題就開始變得受關(guān)注起來。只有把時(shí)間統(tǒng)一,才能夠形成全站系統(tǒng)在gps時(shí)鐘同步下開始運(yùn)行監(jiān)控以及事故后的故障分析,在需要了解和分析事故發(fā)生原因和過程時(shí),更是可以通過查看各個(gè)節(jié)點(diǎn)開關(guān)的動(dòng)作順序作為依據(jù)。因此同步時(shí)鐘是保障電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的的重要措施。

因?yàn)樽冸娬局械淖詣?dòng)化設(shè)備會(huì)來自不同的生產(chǎn)廠家,各個(gè)廠家的接口種類繁多,各種裝置的數(shù)量也不盡相同,因而我們在實(shí)際的操作中經(jīng)常會(huì)遇到諸如GPS對時(shí)接口和需要接受對時(shí)的設(shè)備接口無法通信的問題。因此在設(shè)計(jì)時(shí),設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該對各種設(shè)備的接口問題進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。特別是保護(hù)測控裝置和其他智能設(shè)備與后臺監(jiān)控設(shè)備之間的接口問題。因?yàn)樽冸娬揪C合自動(dòng)化改造后,組網(wǎng)方式往往是以以太網(wǎng)的形式出現(xiàn),而大部分廠商的舊設(shè)備上只有串行接口或者PS485接口,或者在與其他廠家的設(shè)備需要通信的時(shí)候,因?yàn)閰f(xié)議的不兼容導(dǎo)致了通信失敗。所以上述的問題都需要在設(shè)計(jì)之初對需要訂購的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)籌安排合理設(shè)計(jì),在必要的時(shí)候增設(shè)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備,從而避免出現(xiàn)接口無法對接的情況發(fā)生。

3.3 變電站中監(jiān)控系統(tǒng)改造的穩(wěn)定性問題

在變電站綜合自動(dòng)化改造完成后,不論變電站是否有人值守,操作人員不論是否在變電站內(nèi)或是不在主控站內(nèi)調(diào)度室內(nèi),也都能夠通過顯示器對所有的變電站進(jìn)行的監(jiān)控和操作。因而變電站內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)是不是能夠長時(shí)間保持穩(wěn)定、無故障的運(yùn)行,就成為了提高變電站運(yùn)行管理水平的關(guān)鍵因素了。

在變電站自動(dòng)化改造完成后,許多的運(yùn)行維護(hù)任務(wù)都需要通過計(jì)算機(jī)來完成。但是因?yàn)榫C合自動(dòng)化裝置的硬件更新升級速度非常快,因此選擇的設(shè)備有可能在短時(shí)間內(nèi)就成為落伍的產(chǎn)品。而監(jiān)控軟件由于涉及的局限性只有在運(yùn)行中才能發(fā)現(xiàn)BUG,BUG也容易導(dǎo)致監(jiān)控工作不能夠正常運(yùn)行。從而影響了變電站系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。隨著各類綜合自動(dòng)化技術(shù)的不斷提高,以上的問題都會(huì)逐步得到解決。同時(shí)也需要設(shè)計(jì)人員要及時(shí)學(xué)習(xí)了解各類硬件設(shè)備。在選擇綜合自動(dòng)化產(chǎn)品以及所需的后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備時(shí)候,能夠進(jìn)行綜合考量。統(tǒng)籌各方面的因素,選擇一款程序運(yùn)行穩(wěn)定性高,功能齊全的綜合自動(dòng)化產(chǎn)品。

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4.1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)越，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(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。

4.4.2 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；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)事故跳閘到指定次數(shù)或開關(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。

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(shí)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(shí)，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(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。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)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(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。

5系統(tǒng)硬件配置

6 結(jié)語變電站的綜合自動(dòng)化是未來變電站發(fā)展的必然的道路,綜合自動(dòng)化變電站的優(yōu)越性在供電質(zhì)量、變電站性、變電站可靠性的運(yùn)行方面都會(huì)有較好的表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳贊.35kV變電站綜合自動(dòng)化改造．
[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版．

作者介紹：

李婧婧，女，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，手機(jī):13651946738（微信同號），郵箱:3007987123@qq.com