變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在企業(yè)變電站中應(yīng)用分析

摘 要：變電站的綜合自動(dòng)化水平隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、微機(jī)自動(dòng)化技術(shù)和遠(yuǎn)動(dòng)通信技術(shù)的進(jìn)步而得到飛速發(fā)展，繼110kV、220kV等高等級(jí)別變電站之后，在35/10kV企業(yè)變配電站中也開(kāi)始注重綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，提高變電站的監(jiān)控和管理工作效率。本文將對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)進(jìn)行剖析，并以35/10kV變電站為研究對(duì)象分析其中的應(yīng)用作用，希望可以為提高變電站綜合自動(dòng)化的應(yīng)用效率提供科學(xué)參考。

1.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

目前在35/10kV變電站中，在對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，需要根據(jù)不同變電站的不同運(yùn)行和管理情況，采用不同的自動(dòng)化系統(tǒng)，而當(dāng)前，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要分為兩種：

★集中式結(jié)構(gòu)。

集中式的結(jié)構(gòu)形式是以變電站的規(guī)模大小為依據(jù)，來(lái)確定監(jiān)控主機(jī)、保護(hù)裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等的 容量和功能配置，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集中采集、計(jì)算和處理各種開(kāi)關(guān)量、模擬量等信息，從而完成各項(xiàng)要求的功能。 其典型系統(tǒng)框圖如圖 1 所示。 集中式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)處理能力一般，開(kāi)放性、擴(kuò)展性、可維護(hù)性較差，開(kāi)發(fā)潛力不足，抗干擾水平低，要求監(jiān)控主機(jī)、保護(hù)裝置有較高的配置和性能。

★分層分布式組屏結(jié)構(gòu)。

隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，分層分布式結(jié)構(gòu)得到了廣泛應(yīng)用。通常情況下，系統(tǒng)的功能在邏輯上既分配在變電站站控層，同時(shí)通過(guò)通信層連接分配在單元層或間隔層的監(jiān)控設(shè)備或微機(jī)保護(hù)裝置，達(dá)到遠(yuǎn)程控制目的，它以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站傳統(tǒng)的繼電保護(hù)、測(cè)量手段、控制方式以及通信和管理模式的改造。站控層布置有系統(tǒng)設(shè)施，同時(shí)在通信層布置系統(tǒng)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中采集功能。該系統(tǒng)將功能分散在各層，但實(shí)行集中管理。其優(yōu)越性在于：變電站主控室的面積顯著縮小;設(shè)備安裝時(shí)距離盡量縮短，電纜使用量大幅減少;現(xiàn)場(chǎng)的工程量減少，縮短了施工工期，節(jié)省了投資;分層分散式組屏結(jié)構(gòu)形式可根據(jù)需求采用不同的組態(tài)形式，有良好的可靠性，方便系統(tǒng)維護(hù)，擴(kuò)展性較好。安科瑞 王晶淼

2.某35kV變電站內(nèi)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用

2.1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)選擇

本站采取了分層分布式集中組屏的結(jié)構(gòu)形式，將自動(dòng)化設(shè)施分為變電站站控層設(shè)施和間隔層設(shè)施。變電站站控層設(shè)施包含變電站監(jiān)控主機(jī)、遠(yuǎn)動(dòng)柜(通信總控單元)等，各間隔層設(shè)備采集的模擬量、開(kāi)關(guān)量以及用電量等由通信層設(shè)施收集處理后，再上傳給監(jiān)控主機(jī)，監(jiān)控主機(jī)下發(fā)給通信層設(shè)備的控制領(lǐng)命，通信管理機(jī)采集處理后，將控制指令發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備設(shè)施。各種實(shí)時(shí)信息由間隔層設(shè)施完成采集，一次設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)由間隔層設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控。主變測(cè)控保護(hù)柜(變壓器狀態(tài)遙信、溫度遙測(cè)、高低壓側(cè)電參量遙測(cè)等)、公共測(cè)控柜(公共設(shè)備遙信遙測(cè)、溫度遙測(cè)、交直流電壓電流遙測(cè)等)、主變計(jì)量屏等安裝在主控室內(nèi)，其余保護(hù)測(cè)控裝置則分散布置在各金屬鎧裝移出式真空開(kāi)關(guān)柜上。所有具有通信能力的智能設(shè)備均能與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信。后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)冗余配置計(jì)算機(jī)2臺(tái)，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)熱備功能，接收通信總控單元上傳信息。配置遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)1臺(tái)，完成值班人員的遠(yuǎn)方“四遙”操作。計(jì)算機(jī)上安裝SCADA系統(tǒng)軟件，結(jié)構(gòu)模塊化，運(yùn)行可靠，維護(hù)檢修方便，有較好的開(kāi)放性。配置電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了當(dāng)變電站交流失電時(shí)仍能給監(jiān)控主機(jī)提供交流電源的作用。

2.2.對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控和管理

(1)對(duì)線路運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控和管理。線路是整個(gè)變電站的命脈，在變電站運(yùn)行過(guò)程中，如果線路出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行情況造成影響，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)變電站陷入癱瘓狀態(tài)。因此在35kV變電站中，就需要通過(guò)對(duì)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)線路運(yùn)行情況的監(jiān)控和管理。通過(guò)自動(dòng)化系統(tǒng)，可以對(duì)變電站中所有接地點(diǎn)以及饋線進(jìn)行監(jiān)控，并在其運(yùn)行過(guò)程中對(duì)線路的運(yùn)行、接地情況以及異常工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，則自動(dòng)啟動(dòng)保護(hù)方案，避免造成更嚴(yán)重影響。35kV進(jìn)線柜各配置一臺(tái)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置APView500，監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動(dòng)與閃變等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電壓暫升/暫降/短時(shí)中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到電能質(zhì)量異常時(shí)，觸發(fā)故障錄波與數(shù)據(jù)記錄，為后續(xù)的電能質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)支撐。

(2)35kV變電站中，變壓器是整個(gè)變電站的核心，在變電站的運(yùn)行中，應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)，因此在自動(dòng)化系統(tǒng)中，就由監(jiān)控和保護(hù)兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)對(duì)變壓器進(jìn)行管理。為了實(shí)時(shí)觀察和集中管理降壓變壓器運(yùn)行狀態(tài)，方便降壓變壓器二次監(jiān)控設(shè)備的安裝和檢修，提高保護(hù)可靠性和靈敏性，35kV/10kV 降壓變壓器回路采用整套主變保護(hù)裝置集中組屏方式，配置主變保護(hù)屏。屏柜設(shè)立在電氣監(jiān)控室，屏柜上裝設(shè)1臺(tái)差動(dòng)保護(hù)裝置AM5SE-D2、1臺(tái)高后備保護(hù)裝置AM5SE-TB、1臺(tái)低后備保護(hù)裝置AM5SE-TB、1臺(tái)高側(cè)測(cè)控裝置AM5SE-K、1臺(tái)低側(cè)測(cè)控裝置AM5SE-K、1只變壓器溫控儀ARTM-8、1臺(tái)檔位變送器UP858-19AN及轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、壓板、空氣開(kāi)關(guān)等其他控制設(shè)備。

差動(dòng)保護(hù)裝置：作為降壓變壓器內(nèi)部及引出線短路故障的主保護(hù)，其作用是對(duì)變壓器一側(cè)的電流及電壓進(jìn)行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)發(fā)出預(yù)警信息，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器，避免變壓器發(fā)生故障;

高低后備保護(hù)裝置：作為35kV側(cè)/10kV側(cè)的后備保護(hù)以及變壓器的非電量保護(hù)，其作用是在前兩個(gè)裝置都無(wú)法正常運(yùn)行的情況下，通過(guò)智能和人工的配合，來(lái)完成對(duì)整個(gè)變壓器運(yùn)行的監(jiān)控和保護(hù)，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器，避免其出現(xiàn)故障，影響整個(gè)變電站的運(yùn)行。

高低側(cè)測(cè)控裝置：用于監(jiān)測(cè)35kV側(cè)/10kV側(cè)測(cè)量電流、測(cè)量電壓;

變壓器溫控器：監(jiān)測(cè)降壓變壓器內(nèi)部繞組溫度，將測(cè)量的數(shù)據(jù)反饋回控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，一旦出問(wèn)題及時(shí)后臺(tái)對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)處理;

檔位變送器：監(jiān)測(cè)主變壓器在工作中的接頭位置，用于降壓變壓器檔位測(cè)量及有載調(diào)壓。

2.3.變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)

在35kV變電站中，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用的主要功能，就是實(shí)現(xiàn)了整個(gè)變電站監(jiān)控和管理的智能化，即通過(guò)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站運(yùn)行情況的智能監(jiān)管。首先，在其應(yīng)用過(guò)程中，可以通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)變電站進(jìn)行監(jiān)控，并且通過(guò)微機(jī)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，對(duì)整個(gè)變電站的監(jiān)控進(jìn)行機(jī)械操作;其次，應(yīng)用系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)變電站內(nèi)所有線路和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)和分析。如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，可以通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行提示，有系統(tǒng)或者是人工及時(shí)進(jìn)行解決，避免對(duì)整個(gè)變電站的運(yùn)行造成影響;實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、信息共享，工作人員僅需要依靠系統(tǒng)便能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站的遠(yuǎn)程操控，大大提高了整個(gè)變電站的運(yùn)行和管理效率。安科瑞 王晶淼

3.Acrel-1000綜自系統(tǒng)主要功能

3.1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

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)。

其中，配電系統(tǒng)中可以用光字牌形式展示監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)量，主要有：斷路器分、合閘信號(hào)，手車(chē)工作、試驗(yàn)位置信號(hào)，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào)、接地刀合分信號(hào)、變壓器超溫跳閘信號(hào)、高溫報(bào)警信號(hào)，保護(hù)跳閘信號(hào)和事故預(yù)告信。

3.2.電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表

系統(tǒng)同時(shí)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自主查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來(lái)任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況，即該節(jié)點(diǎn)進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

3.3.調(diào)節(jié)與控制

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)：

1、設(shè)備就地檢修控制。具有高優(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。

2、間隔層后備控制。其與站控層控制的切換在間隔層完成。

3、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。

4、遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)低。

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，以確保操作的可靠性。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：

a) 35kV及以下斷路器;

b) 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);

c) 站用電380V斷路器;

d) 主變壓器分接頭;

e)繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

4.結(jié)語(yǔ)

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站的作用越來(lái)越顯著，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和運(yùn)維管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運(yùn)行水平起到了很大的作用，因此電網(wǎng)中的變電站要進(jìn)一步加強(qiáng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)水平，提高運(yùn)維人員的技能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。安科瑞 王晶淼

審核編輯：湯梓紅