淺析35kV變電站綜合自動化設備的改造方案

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：現代的變電站主要是利用計算機技術、電子技術、無線通訊、網絡通信及電子脈沖信號處理技術,配合電子閉路監視、控制、測量、保護以及遠程通信調度一系列的綜合自動化技術。在經濟改革的近10年中,商業活動和國民經濟高速增長,因此,對于變電站的改造也要與此同步進行,以適應當今社會高速發展的需求。

關鍵詞：綜合自動化；自動化。

1 變電站綜合自動化設備的改造原則

變電站綜合自動化的設備改造需分為2次:首先,先建立自動化設備在線監測系統與變電站自動化系統集成。在線監測系統和變電站自動化系統集成的改造可以提高高壓電氣設備的運行可靠性,而且可以實現意義上的變電站無人化操作。其次,繼續提高變電站設備的電腦智能化水平,引入PLC技術,實現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律巡視的平穩過渡:變電站的電腦設備引入先進的WEBServer技術和防火墻技術,使變電站的運行管理人員可通過Internet/lntranet實現遠程訪問和維護;結合無線通信工程,綜合考慮變電站的調度通道等一系列的問題。

2 變電站綜合自動化設備的改造方案

(1)系統一般采用雙機冗余模式,分為站級層和間隔層2層。RTU兼做監控系統控制、測量模塊方案該方案是在保留原遠動裝置基礎上進行的升級換代以及擴容改造。系統以電腦監控系統為核心,與站級層構成雙主機冗余備份系統,間隔層按功能單元劃分,綜合遙調、遙測、遙信、遙控、通訊于一體。

(2)全監控方案,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結構,由遠動、就地監控、“五防"主站組成。遠動及就地監控均采用雙機備用,增加可靠性。該層為變電值班人員、調度運行人員提供變電站監視、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高速現場總線組網,保護單元采用485口接入保護信息管理系統。

③通信層支持全以太網雙網結構。雙網采用均衡流量管理,地保證了網絡傳輸的實時性和可靠性。通信協議采用電力行業標準規約,可方便地實現不同廠家的設備互連。支持不同的規約向不同的調度所或集控站轉發不同的信息報文。支持GPS硬件對時網絡。

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一改造

當事故信號的問題在常規控制方式的變電站中,運行發生事故時變電站將產生事故報警音響并經過遠動設備向調度自動化系統發出事故信號,調度自動化系統采用這個事故信號啟動事故相應的處理軟件(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,因為監控運行調度工作人員在同一時間內需要監控多個變電站的工作運行狀態,因而變電站的事故信號也就成為了監控運行調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備和保留控制屏幕的無人值守變電站里,通常產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常使用,事故信號的產生方式和控制屏操作KK開關與實際開關的位置不對應相同。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繼電器的后結合點與斷路器位置信號點進行串聯,從而能夠形成一個電器單元的事故信號,這樣在監控系統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 變電站的電力系統統一時鐘改

造隨著變電站的自動化程度日漸提高,整個運行系統中的時鐘同步問題就開始變得受關注起來。只有把時間統一,才能夠形成全站系統在gps時鐘同步下開始運行監控以及事故后的故障分析,在需要了解和分析事故發生原因和過程時,更是可以通過查看各個節點開關的動作順序作為依據。因此同步時鐘是保障電網系統運行的的重要措施。

因為變電站中的自動化設備會來自不同的生產廠家,各個廠家的接口種類繁多,各種裝置的數量也不盡相同,因而我們在實際的操作中經常會遇到諸如GPS對時接口和需要接受對時的設備接口無法通信的問題。因此在設計時,設計人員就應該對各種設備的接口問題進行統籌考慮。特別是保護測控裝置和其他智能設備與后臺監控設備之間的接口問題。因為變電站綜合自動化改造后,組網方式往往是以以太網的形式出現,而大部分廠商的舊設備上只有串行接口或者PS485接口,或者在與其他廠家的設備需要通信的時候,因為協議的不兼容導致了通信失敗。所以上述的問題都需要在設計之初對需要訂購的設備進行統籌安排合理設計,在必要的時候增設協議轉換設備,從而避免出現接口無法對接的情況發生。

3.3 變電站中監控系統改造的穩定性問題

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或是不在主控站內調度室內,也都能夠通過顯示器對所有的變電站進行的監控和操作。因而變電站內的監控系統是不是能夠長時間保持穩定、平穩的運行,就成為了提高變電站運行管理水平的關鍵因素了。

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常快,因此選擇的設備有可能在短時間內就成為落伍的產品。而監控軟件由于涉及的局限性只有在運行中才能發現BUG,BUG也容易導致監控工作不能夠正常運行。從而影響了變電站系統的運轉。隨著各類綜合自動化技術的不斷提高,以上的問題都會逐步得到解決。同時也需要設計人員要及時學習了解各類硬件設備。在選擇綜合自動化產品以及所需的后臺監控系統設備時候,能夠進行綜合考量。統籌各方面的因素,選擇一款程序運行穩定性高,功能齊全的綜合自動化產品。

4安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

4.1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，性能價格比優越，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應用場所：

適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。

4.3系統結構

4.4系統功能

4.4.1 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。

4.4.2 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）開關事故跳閘到固定次數或開關拉閘到固定次數，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。

4.4.3 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。

4.4.4 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、管理提供可靠的保障。

5系統硬件配置

6 結語變電站的綜合自動化是未來變電站發展的必然的道路,綜合自動化變電站的優越性在供電質量、變電站性、變電站可靠性的運行方面都會有較好的表現。

參考文獻

[1] 陳贊.35kV變電站綜合自動化改造．
[2] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版．

作者介紹：

劉細鳳，女，現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、電力監控系統解決方案