淺析35kV變電站綜合自動化設(shè)備的改造方案

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 

摘要：現(xiàn)代的變電站主要是利用計算機技術(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、保護以及遠程通信調(diào)度一系列的綜合自動化技術(shù)。在經(jīng)濟改革的近10年中,商業(yè)活動和國民經(jīng)濟高速增長,因此,對于變電站的改造也要與此同步進行,以適應(yīng)當(dāng)今社會高速發(fā)展的需求。

關(guān)鍵詞：綜合自動化；自動化。

1 變電站綜合自動化設(shè)備的改造原則

變電站綜合自動化的設(shè)備改造需分為2次:首先,先建立自動化設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)集成。在線監(jiān)測系統(tǒng)和變電站自動化系統(tǒng)集成的改造可以提高高壓電氣設(shè)備的運行可靠性,而且可以實現(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)備引入先進的WEBServer技術(shù)和防火墻技術(shù),使變電站的運行管理人員可通過Internet/lntranet實現(xiàn)遠程訪問和維護;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 變電站綜合自動化設(shè)備的改造方案

(1)系統(tǒng)一般采用雙機冗余模式,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動裝置基礎(chǔ)上進行的升級換代以及擴容改造。系統(tǒng)以電腦監(jiān)控系統(tǒng)為核心,與站級層構(gòu)成雙主機冗余備份系統(tǒng),間隔層按功能單元劃分,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,變電站保護和測控既又相互獨立。保護裝置工作不受測控和外部通信的影響,確保保護的性和可靠性;同時可以實現(xiàn)信息共享,為變電站綜合自動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),由遠動、就地監(jiān)控、“五防"主站組成。遠動及就地監(jiān)控均采用雙機備用,增加可靠性。該層為變電值班人員、調(diào)度運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),保護單元采用485口接入保護信息管理系統(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)膶崟r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)不同的信息報文。支持GPS硬件對時網(wǎng)絡(luò)。

3 變電站自動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,運行發(fā)生事故時變電站將產(chǎn)生事故報警音響并經(jīng)過遠動設(shè)備向調(diào)度自動化系統(tǒng)發(fā)出事故信號,調(diào)度自動化系統(tǒng)采用這個事故信號啟動事故相應(yīng)的處理軟件(推出事故畫面、啟動報警音響等)。由此可以看出,事故信號在變電站的自動化操作中是非常重要的一個信號,尤其是在無人值守的變電站中,因為監(jiān)控運行調(diào)度工作人員在同一時間內(nèi)需要監(jiān)控多個變電站的工作運行狀態(tài),因而變電站的事故信號也就成為了監(jiān)控運行調(diào)度人員中止手頭上的工作進而進入故障處理的重要信號。

以往使用計算機遠動設(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)合點與斷路器位置信號點進行串聯(lián),從而能夠形成一個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行有序運算就能成為整個變電站的事故信號。

3.2 變電站的電力系統(tǒng)統(tǒng)一時鐘改

造隨著變電站的自動化程度日漸提高,整個運行系統(tǒng)中的時鐘同步問題就開始變得受關(guān)注起來。只有把時間統(tǒng)一,才能夠形成全站系統(tǒng)在gps時鐘同步下開始運行監(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,更是可以通過查看各個節(jié)點開關(guān)的動作順序作為依據(jù)。因此同步時鐘是保障電網(wǎng)系統(tǒng)運行的的重要措施。

因為變電站中的自動化設(shè)備會來自不同的生產(chǎn)廠家,各個廠家的接口種類繁多,各種裝置的數(shù)量也不盡相同,因而我們在實際的操作中經(jīng)常會遇到諸如GPS對時接口和需要接受對時的設(shè)備接口無法通信的問題。因此在設(shè)計時,設(shè)計人員就應(yīng)該對各種設(shè)備的接口問題進行統(tǒng)籌考慮。特別是保護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。因為變電站綜合自動化改造后,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)備需要通信的時候,因為協(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)計之初對需要訂購的設(shè)備進行統(tǒng)籌安排合理設(shè)計,在必要的時候增設(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)是不是能夠長時間保持穩(wěn)定、***的運行,就成為了提高變電站運行管理水平的關(guān)鍵因素了。

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

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(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)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(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*，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 實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(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 報警處理

監(jiān)控系統(tǒng)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(yù)告報警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(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(rèn)一次報警。報警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)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(nèi)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(shè)置四種規(guī)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(yù)告報警和事故報警。

3）開關(guān)事故跳閘到**次數(shù)或開關(guān)拉閘到**次數(shù)，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(xiàn)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(jù)自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3 調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，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)備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(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，具有遠方/站控層的切換。

第四級控制，遠方控制，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(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復(fù)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(shè)備進行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4 用戶權(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、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、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化是未來變電站發(fā)展的必然的道路,綜合自動化變電站的*性在供電質(zhì)量、變電站性、變電站可靠性的運行方面都會有較好的表現(xiàn)。

參考文獻

[1] 陳贊.35kV變電站綜合自動化改造．

[2] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版．

作者介紹：

李明君，男，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化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案