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淺析35kV變電站綜合性自動化系統的設計應用方案

發布時間： 2022-08-25　　點擊次數： 1223次

王晶晶

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：分析了現階段 35kV變電站的綜合性自動化系統的基本概念與特點，探討了35kV變電站的綜合性自動化系統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的安全穩定運行。

關鍵詞：35kV變電站；綜合性自動化系統；應用

0. 引言

變電站是電力系統中的一個關鍵性節點，是連接發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定性能決定著變電站的基本運行狀態，為了讓變電站的運行更加穩定、安全和可靠，現階段的辦法就是提高變電站的自動化水平。即實現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定性。

1. 35kV變電站綜合性自動化系統的概念與特點

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，使變電站實現設備運行狀態的監控，執行測量與微機保護功能等，從而實現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將采集的比較完整的相關電力系統信息與數據，通過計算機的快速計算、邏輯判斷等能力，監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轉化成數字量，通過計算機的通信網絡來交換數據，讓信息與數據實現資源共享，同時通過對數據進行變換與數字濾波等處理，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控的可靠性與準確性，變電站屏幕顯示其運行狀態與操作故障情況，能夠代替傳統的控制屏與信號屏等顯示設備，從而使得監控的信息更加清晰直觀，還能夠減少硬件設備的重復投資、節省更多的控制電纜、節約控制面積，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的主要特點表現在功能的綜合化、監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的主要功能

2.1監控子系統功能

變電站中監控子系統功能主要體現在以下幾個方面中：①數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、觸發相應開關量的警報信號來實現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，同時實現電能平衡與分時累計等統計功能來完成電能采集與處理：通過數據的通信接口來采集各種設備信息，并通過計算機的監控系統對這些數據進行分別處理。②控制操作的功能。采用監控系統來調節控制斷路器、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。在監控系統運行的時候，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視，一旦有異常現象，就能夠及時發出事故警報．同時把事故發生的時間與發生的原因記錄下來。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據直接傳輸到集控站中，從而實現數據的遠傳并執行遙控命令。

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定運行．電網的自動監控與記錄要求有統一的時鐘，現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人機聯合功能。變電站的操作人員可以通過自動化信息系統對變電站的數據與信息進行了解，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、運行監控及記錄、交班記錄、設備管理等。

2.2微機系統的保護功能

微機系統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、無功補償等裝置的保護以及站用變保護等，各個保護項目除了具備*、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，對在變電站中發生過的重要事件進行記錄與保存。②與系統時鐘同步功能，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之間的通信協議。⑤能夠在出現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設計主要原則

3.1自動化系統的配置設計

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，采用測控裝置對現場的數字量及模擬量進行采集，對實時信息數據進行及時的統計分析與處理，向操作人員提供各種顯示畫面和警報事件以及打印報表，從而實現對所有電器設備的測量與監視、警報與控制、記錄與管理功能．進一步實現無功控制與自動電壓調節的功能，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調度端與核心控制站之間的數據召集，從而將繼電保護數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*系統數據庫與系統參數、報表制作、網絡維護、遠程維護和系統診斷等功能。

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的間隔保護監控項目與電壓切換裝置。這是一種集保護、監控的設備，并把它經由規約轉換器在監控網中接人．從而實現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，加裝隔離35kV間隔刀閘的輔助接點，其具體的內容主要體現在下列幾個方面：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定控制的功能等。*后備控制與緊急控制的功能設計，能夠地實現變電站綜合性自動化。

3.4變電站中綜合性自動化系統的結構模型設計

在變電站的綜合性自動化系統設計中．要根據實際情況充分考慮供電現場的環境，對綜合自動化系統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解決方案

4.1安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，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*，監控系統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協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

4.2安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統結構

4.3安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統功能

4.3.1 實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

4.3.2 報警處理

監控系統具有事故報警功能。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、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），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/定次數或開關拉閘到指/定次數，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。

4.3.3 調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，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、執行，并在站級層設置操作員、監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）監控系統的控制輸出。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。

4.3.4 用戶權限管理

系統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，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5. 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統硬件配置

6. 結語

本文分析并設計了適合35kV變電站綜合性自動化系統采用先進的計算機互聯網通信技術，完成變電站中各個子系統與裝置的信息交換，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，實現資源共享，為變電站的綜合性自動化系統提供一個的解決對策，讓綜合性自動化系統更地應用到35kV的變電站中，保證變電站的安全可靠性與運行的穩定性。