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王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要：分析了現(xiàn)階段 35kV變電站的綜合性自動化系統(tǒng)的基本概念與特點，探討了35kV變電站的綜合性自動化系統(tǒng)的基本功能和結構設計原則，提出了具有針對性的設計應用方案，保障 35kV變電站在綜合性自動化系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
關鍵詞：35kV變電站；綜合性自動化系統(tǒng)；應用
0. 引言
變電站是電力系統(tǒng)中的一個關鍵性節(jié)點，是連接發(fā)電廠與用電負荷的紐帶，擔負著電能匯集、電壓等級轉換、傳輸、分配等重要任務，其運行的穩(wěn)定性與安全可靠性對整個電網的影響重大。而二次設備的可靠性與穩(wěn)定性能決定著變電站的基本運行狀態(tài)，為了讓變電站的運行更加穩(wěn)定、安全和可靠，現(xiàn)階段的辦法就是提高變電站的自動化水平。即實現(xiàn)35kV變電站綜合性自動化。本文結合35kV變電站基本概念及運行特點，分析其結構設計原則與應用方案，進一步提高變電站的安全可靠性與穩(wěn)定性。
1. 35kV變電站綜合性自動化系統(tǒng)的概念與特點
1.1基本概念
35kv變電站綜合性自動化指的是采取先進的現(xiàn)代電子通信技術、信息處理技術、計算機技術等，對變電站的二次設備功能重新組合并優(yōu)化設計。二次設備主要包括有：信號測量裝置、控制裝置、繼電保護裝置、自動裝置、遠動裝置以及故障錄波裝置等。利用先進的現(xiàn)代電子通信技術、信息處理技術、計算機技術等，使變電站實現(xiàn)設備運行狀態(tài)的監(jiān)控，執(zhí)行測量與微機保護功能等，從而實現(xiàn)綜合性調度的通信功能。
1.2主要特點
35kV變電站的綜合性自動化系統(tǒng)將采集的比較完整的相關電力系統(tǒng)信息與數(shù)據，通過計算機的快速計算、邏輯判斷等能力，監(jiān)控變電站設備的運行操作，并把輸入的信息經過自動化系統(tǒng)轉化成數(shù)字量，通過計算機的通信網絡來交換數(shù)據，讓信息與數(shù)據實現(xiàn)資源共享，同時通過對數(shù)據進行變換與數(shù)字濾波等處理，保證各種量值的度。除此之外。防抖技術、冗余技術和自我診斷技術也能夠在一定程度上提高監(jiān)控的可靠性與準確性，變電站屏幕顯示其運行狀態(tài)與操作故障情況，能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制屏與信號屏等顯示設備，從而使得監(jiān)控的信息更加清晰直觀，還能夠減少硬件設備的重復投資、節(jié)省更多的控制電纜、節(jié)約控制面積，進而提高變電站的經濟效益。總而言之，變電站綜合性自動化系統(tǒng)的主要特點表現(xiàn)在功能的綜合化、監(jiān)控的清晰化與結構的微機化等。
2. 35kV變電站綜合性自動化系統(tǒng)的主要功能
2.1監(jiān)控子系統(tǒng)功能
變電站中監(jiān)控子系統(tǒng)功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面中：①數(shù)據的采集與處理功能。包括：采集與處理模擬量功能。通過采集、顯示、傳輸和處理電壓、電流、頻率、油溫、功率因數(shù)及功率等模擬量來完成變電站的測量功能；采集、顯示、處理及判斷、觸發(fā)相應開關量的警報信號來實現(xiàn)設備運行情況的顯示、警報與記錄的功能；獲取相應有功與無功的電能，同時實現(xiàn)電能平衡與分時累計等統(tǒng)計功能來完成電能采集與處理：通過數(shù)據的通信接口來采集各種設備信息，并通過計算機的監(jiān)控系統(tǒng)對這些數(shù)據進行分別處理。②控制操作的功能。采用監(jiān)控系統(tǒng)來調節(jié)控制斷路器、隔離開關、接地開關、有載分接開關以及安全自動裝置等，同時能分為自動控制與手動控制。③警報與處理的功能。在監(jiān)控系統(tǒng)運行的時候，對變電站中采集的電壓電流、頻率溫度及設備開關等量值進行不問斷監(jiān)視，一旦有異常現(xiàn)象，就能夠及時發(fā)出事故警報．同時把事故發(fā)生的時間與發(fā)生的原因記錄下來。方便后來的故障分析與檢查，有利于故障隱患。④遠動的功能。在綜合性自動化系統(tǒng)中，遠動功能是其一個重要的組成部分，當變電站中沒有人值班時，遠動功能就可以把數(shù)據直接傳輸?shù)郊卣局校瑥亩鴮崿F(xiàn)數(shù)據的遠傳并執(zhí)行遙控命令。
⑤同步時鐘的功能。在變電站中電網的時鐘準確性決定了電網設備安全可靠與穩(wěn)定運行．電網的自動監(jiān)控與記錄要求有統(tǒng)一的時鐘，現(xiàn)階段選擇的是全球標準時鐘，滿足變電站的同步時鐘要求。⑥人機聯(lián)合功能。變電站的操作人員可以通過自動化信息系統(tǒng)對變電站的數(shù)據與信息進行了解，主要是對事件的記錄順序、值班記錄、警報記錄與保護整定值等通過電子面板全部顯示在操作人員面前。⑦運行管理的功能。按照運行管理的需求實現(xiàn)各項工作的管理功能。主要包括：事故記錄、模擬操作、操作指導、運行監(jiān)控及記錄、交班記錄、設備管理等。
2.2微機系統(tǒng)的保護功能
微機系統(tǒng)的保護功能是變電站中也是基本的功能，其主要保護包括變電站中高壓輸電線路及其后備保護，變壓器與非電量及其后備保護，母線、低壓配電線路、無功補償?shù)妊b置的保護以及站用變保護等，各個保護項目除了具備完善、獨立的保護功能之外，還要有下列附屬功能：①記錄事件的功能，對在變電站中發(fā)生過的重要事件進行記錄與保存。②與系統(tǒng)時鐘同步功能，方便準確的記錄‘事故的時間與保護操作的時間。③能夠同時把多種定值保護儲存下來。④能夠提供通信接口，支持保護項目和計算機系統(tǒng)之間的通信協(xié)議。⑤能夠在出現(xiàn)故障時進行自我診斷。⑥各個保護項目能夠滿足繼電保護裝置所具有的選擇性與快速性、靈敏性及可靠性要求。
3. 變電站的綜合性自動化系統(tǒng)設計主要原則
3.1自動化系統(tǒng)的配置設計
整個變電站配置一臺高性能的工控機．在進行變電站的調試與試運行、檢查、維護及檢修期間。要以變電站本身的工作為核心，采用測控裝置對現(xiàn)場的數(shù)字量及模擬量進行采集，對實時信息數(shù)據進行及時的統(tǒng)計分析與處理，向操作人員提供各種顯示畫面和警報事件以及打印報表，從而實現(xiàn)對所有電器設備的測量與監(jiān)視、警報與控制、記錄與管理功能．進一步實現(xiàn)無功控制與自動電壓調節(jié)的功能，并通過預設的控制方案或者是無功電壓曲線，來給相關的測控裝置發(fā)出主變電站調整有載開關抽頭及低壓無功的補償設備投切命令。一般在正常運行的過程中，可以通過一口或者是多口的調制解調器來及時響應變電站系統(tǒng)調度端與核心控制站之間的數(shù)據召集，從而將繼電保護數(shù)據資料與信息傳送到上層設備中。與此同時，還能方便變電站工程師完善系統(tǒng)數(shù)據庫與系統(tǒng)參數(shù)、報表制作、網絡維護、遠程維護和系統(tǒng)診斷等功能。
3.2 35kV綜合性自動化的設計方案
35kV變電站原有的保護裝置中所具有的性能并不能很好地滿足現(xiàn)階段綜合性自動化的需求，所以就需要替換35kV的間隔保護監(jiān)控項目與電壓切換裝置。這是一種集保護、監(jiān)控的設備，并把它經由規(guī)約轉換器在監(jiān)控網中接人．從而實現(xiàn)35kV全部出線P、Q、I的遙測與保護信號、斷路器的遙信以及遙控復歸保護信號、斷路器的遙控操作等。而對于一些重要的保護裝置信號，要接人公用的測控系統(tǒng)，加裝隔離35kV間隔刀閘的輔助接點，其具體的內容主要體現(xiàn)在下列幾個方面：①對35kV母線的二次電壓回路向二次措施票轉移的過程要嚴格地執(zhí)行。②把35kV母線原來的二次電壓回路向220kV的電壓接入，同時切換并列裝置。
3.3后備控制與緊急控制的功能設計
在變電站的綜合性自動化系統(tǒng)的功能設計中。主要采用后備控制與緊急控制的功能，其功能主要包括：人工進行的操作控制功能、低頻減載的功能、備自投使用功能及穩(wěn)定控制的功能等。完善后備控制與緊急控制的功能設計，能夠地實現(xiàn)變電站綜合性自動化。
3.4變電站中綜合性自動化系統(tǒng)的結構模型設計
在變電站的綜合性自動化系統(tǒng)設計中．要根據實際情況充分考慮供電現(xiàn)場的環(huán)境，對綜合自動化系統(tǒng)的結構模型進行合理的設計，主要包括集中式、全分散式與集中分散結合式結構，如圖1一圖3所示。
4. 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)解決方案
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、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機，提供站內運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)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*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。
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、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
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；預告報警包括一般設備變位、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(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(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。
3） 開關事故跳閘到指/定次數(shù)或開關拉閘到指/定次數(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，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。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，設備就地檢修控制。具有優(yōu)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(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，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。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(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。
系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
本文分析并設計了適合35kV變電站綜合性自動化系統(tǒng)采用先進的計算機互聯(lián)網通信技術，完成變電站中各個子系統(tǒng)與裝置的信息交換，讓變電站中測控與保護功能不僅相對獨立，而且互相，從而保護變電站內裝置工作不受到外界通信影響，實現(xiàn)資源共享，為變電站的綜合性自動化系統(tǒng)提供一個的解決對策，讓綜合性自動化系統(tǒng)更地應用到35kV的變電站中，保證變電站的安全可靠性與運行的穩(wěn)定性。
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[5] 安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版.
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