淺析35kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)

引言

隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展,變電站自動(dòng)化水平也不斷提高。這就要求在我們進(jìn)行變電站電氣設(shè)計(jì)時(shí)不斷采用性能可靠、技術(shù)先進(jìn)及自動(dòng)化程度高的產(chǎn)品,使變電站的繼電保護(hù)突破了傳統(tǒng)的繼電保護(hù)形式,出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心的綜合自動(dòng)化保護(hù)形式且被迅速推廣和應(yīng)用。

1 對(duì)傳統(tǒng)變電站的分析

傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)已不能滿足廠用電要求,其主要原因是：

1）傳統(tǒng)電磁測(cè)量?jī)x表和繼電器等模擬設(shè)備具有測(cè)量誤差大、數(shù)量多、功耗大、不能記錄事件發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間和順序,不便于值班人員監(jiān)視觀察等。

2）依靠值班人員的感官和判斷能力對(duì)以上信息進(jìn)行分析不可避免存在誤差,將會(huì)出現(xiàn)丟失信息、錯(cuò)誤判斷和處理等情況。

3）二次接線系統(tǒng)無自檢、存儲(chǔ)記憶和復(fù)讀功能,若元器件、儀表或繼電器本身?yè)p壞,不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和報(bào)警。二次設(shè)備之間的信息交換和通信能力差,信息資源無法得到綜合利用,不能進(jìn)行畫面顯示和集中控制。

為解決變電站存在的以上問題,目前以綜合自動(dòng)化臟控保護(hù)裝置取代傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置,經(jīng)過設(shè)計(jì)研究和安裝調(diào)試,現(xiàn)在已進(jìn)入系統(tǒng)試運(yùn)行階段。

2 35kV變電站的功能要求

2.1一次系統(tǒng)原則

變配電所采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后對(duì)一次系統(tǒng)接線沒有影響,一次系統(tǒng)接線方式及供電方案按要求與規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。應(yīng)發(fā)揮計(jì)算機(jī)的圖形顯示功能,模擬信號(hào)盤簡(jiǎn)化或取消。實(shí)現(xiàn)無人或少人職守,值班室面積減小,分散值班集中于一處值班。

2.2二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

按要求,保持開關(guān)柜內(nèi)的繼電保護(hù)、計(jì)量、信號(hào)與控制回路,值班室的信號(hào)系統(tǒng)(信號(hào)屏、計(jì)量屏與控制屏)只包括電源進(jìn)線與母聯(lián)聯(lián)絡(luò)開關(guān)柜,所有出線開關(guān)柜均不再進(jìn)入信號(hào)系統(tǒng)。電源進(jìn)線、母聯(lián)開關(guān)柜及所有出線開關(guān)柜的信號(hào)系統(tǒng)(信號(hào)、計(jì)量與控制)全部進(jìn)入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)箍§合課題要求,此方案具有技術(shù)先進(jìn)、維護(hù)方便、可靠性高、施工周期短、使用效果好、造價(jià)低、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。

3 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1一次系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）一次系統(tǒng)的電氣主接線方案保持,在單線系統(tǒng)圖的設(shè)備型號(hào)說明中注明采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后所增加的設(shè)備數(shù)量與型號(hào),如電量變送器、電力監(jiān)控器等。

2）對(duì)于需通過綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)方遙控操作的開關(guān),改用能進(jìn)行遠(yuǎn)方合閘的自動(dòng)開關(guān)

3）主回路開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的開關(guān),要有—對(duì)獨(dú)立的常開接點(diǎn)引入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。低壓自動(dòng)開關(guān)的型號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)也要注意滿足這一要求,多選一對(duì)常開輔助接點(diǎn)。

3.2 二次系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容

變電站二次系統(tǒng)作就是對(duì)變電站的監(jiān)控和保護(hù),是變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,一般可分為繼電保護(hù)設(shè)計(jì)和測(cè)量回路設(shè)計(jì)兩部分：

3.2.1繼電保護(hù)設(shè)計(jì)

1）35kV供電系統(tǒng)選用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)保護(hù),而且考慮采用變配電所綜合自動(dòng)化單元。

2）10kV電系統(tǒng)保護(hù)和監(jiān)控分開,其保護(hù)仍以常規(guī)繼電器保護(hù)為主,另外再設(shè)計(jì)只有監(jiān)控功能的變電站綜合自動(dòng)化單元。

3）380/220V低壓配電系統(tǒng),以自動(dòng)開關(guān)與熔斷器保護(hù)為主,有監(jiān)控功能的變配電綜合自動(dòng)化單元,本工程設(shè)計(jì)中暫不考慮本部分內(nèi)容。

3.2.2測(cè)量回路設(shè)計(jì)

1）需要進(jìn)入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù)則根據(jù)有關(guān)規(guī)定與用戶實(shí)際需要來確定,在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中測(cè)量參數(shù)是影響系統(tǒng)控制功能的主要因素,一定按有關(guān)規(guī)定和功能需求來確定。

2）需要進(jìn)入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的各種測(cè)量參數(shù),首先經(jīng)過電力系統(tǒng)的電流互感器與電壓互感器變?yōu)榻y(tǒng)一的交流0~5A電流和0~100V電壓,380/220V系統(tǒng)直接利用0~220v或0~380V電壓,然后再經(jīng)各種電量變送器將交流參數(shù)變?yōu)橹绷?~5V或4~20mA信號(hào)給綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。

3）電量變送器的種類與電工測(cè)量?jī)x表完全對(duì)應(yīng),有什么類型的電工測(cè)量?jī)x表,就有什么樣類型的電量變送器。

4）電量變送器的一次接線與電工測(cè)量?jī)x表完全相同,電流回路串聯(lián)在電流互感器二次回路中,電壓回路并聯(lián)在電壓互感器二次回路中。設(shè)計(jì)時(shí)將電量變送器統(tǒng)一布置于電流互感器電流回路的末端．避免與電工儀表相互交叉布置。

5）電壓變送器的測(cè)量輸入電壓值應(yīng)提高20％,高壓選交流l200V,低壓選交流250V或420V。各種電量變送器的輸出一般選直流0~5V或4~20mA。

6）采用變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)后,其監(jiān)控單元均為交流采樣,直接從電流或電壓互感器獲取0~5A或0~100V測(cè)量信號(hào),低壓直接取220V或380V信號(hào),開關(guān)柜上各種測(cè)量?jī)x表可以取消,或按用戶需要設(shè)置。

7）電度計(jì)量應(yīng)選用帶脈沖輸出的電度表,其型號(hào)及一次接線與原電度表相同,只在備注中說明帶脈沖輸出即可,并注明與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)相匹配的直流電源電壓,設(shè)計(jì)時(shí)選用自帶供電電源的有源型,輸出為隔離型的脈沖電度表。計(jì)量柜電度表一般不進(jìn)入綜合自動(dòng)化系統(tǒng),所以在進(jìn)線開關(guān)柜內(nèi)增加有功與無功脈沖電度表各一塊,作為內(nèi)部統(tǒng)計(jì)用電量使用。

4 信號(hào)測(cè)控回路設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容

所有需要綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視的開關(guān)狀態(tài),均有一對(duì)常開接點(diǎn)引到綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。所有常開接點(diǎn)共用一個(gè)信號(hào)地線,但不能與交流系統(tǒng)地線相連接。所有信號(hào)繼電器均有一對(duì)單獨(dú)的常開接點(diǎn)引到綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。有信號(hào)系統(tǒng)時(shí),信號(hào)繼電器另設(shè)一對(duì)常開接點(diǎn)引到信號(hào)系統(tǒng),以上兩種常開接

點(diǎn)應(yīng)分開,由于電壓等級(jí)不同不能共用地線。

4.1控制回路設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容

1）綜合自動(dòng)化系統(tǒng)都有合閘與分閘繼電器輸出接點(diǎn),一般接點(diǎn)容量為AC25OV、1A,將其連接到開關(guān)柜的合、分閘開關(guān)或按鍵上就可以進(jìn)行遠(yuǎn)方合分閘操作。

2）綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的合分閘繼電器觸頭與開關(guān)柜上合分閘開關(guān)或按鈕之間設(shè)計(jì)手動(dòng)與遠(yuǎn)方自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)。

3）10kV及以上的供配電系統(tǒng)需要綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)方合分閘操作時(shí),其控制開關(guān)取消不對(duì)應(yīng)接線,選用自復(fù)式轉(zhuǎn)換開關(guān),也可選用控制按鈕。

4）所有進(jìn)入綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的遠(yuǎn)方操作開關(guān)的手動(dòng)分閘操作開關(guān)或按鈕有一對(duì)獨(dú)立的常開接點(diǎn)引到綜合自動(dòng)化系統(tǒng),以便在人工手動(dòng)分閘時(shí)給綜合自動(dòng)化系統(tǒng)—個(gè)開關(guān)量輸入信號(hào)發(fā)出非誤動(dòng)作報(bào)警信號(hào)。本課題研究的主要內(nèi)容為35kV變電站綜合自動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和原理分析以及系統(tǒng)中變壓器保護(hù)的應(yīng)用軟件開發(fā)與分析。

5 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

5.1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(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。

5.2應(yīng)用場(chǎng)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(jí)的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.4系統(tǒng)功能

5.4.1 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、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

5.4.2 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(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(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。

5.4.3 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)：

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(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。

5.4.4 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。

6 系統(tǒng)硬件配置

7 結(jié)語

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果證明變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)和變電站無人值班技術(shù)是變電站監(jiān)控和保護(hù)發(fā)展的主流和必然趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

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安科瑞電氣電子產(chǎn)品選型介紹 吳智敏

審核編輯黃昊宇