摘 要：變電站綜合自動(dòng)化系統是將變電站內的二次設備經(jīng)過(guò)功能的組合和優(yōu)化設計，利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信號處理技術(shù)，實(shí)現對全變電站的主要設備和輸、配電線(xiàn)路的自動(dòng)監視、測量、控制、保護、并與上級調度通信的綜合性自動(dòng)化功能。

 

關(guān)鍵詞：變電站綜合自動(dòng)化系統；自動(dòng)監視；保護；調度通信

 

      靜脈產(chǎn)業(yè)，這一概念早期由日本學(xué)者提出，專(zhuān)家們形象地將廢棄物轉換為再生資源的行業(yè)稱(chēng)為“靜脈產(chǎn)業(yè)”——因其變廢為寶，循環(huán)利用，如同將含有較多二氧化碳的血液送回心臟的靜脈。安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園是為創(chuàng )建安慶市經(jīng)濟健康持續 發(fā)展的長(cháng)期環(huán)境安全保證、建設資源節約型社會(huì )、推進(jìn)和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、提高土地利用價(jià)值、構建固體廢棄物綜合處置和資源化平臺、*改善安慶市整個(gè)城市的面貌、解決未來(lái)安慶市固體廢棄物的出路，實(shí)現物質(zhì)與能量循環(huán)利用。

      本次建設內容包括：危險廢物處理中心、有機廢棄物處理中心、配套建設園區污水處理廠(chǎng)和園區管理中心等，該建設內容包括了安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園項目紅線(xiàn)范圍內得所有固體廢棄物處理子項目，以及園區紅線(xiàn)范圍內、外為園區配套的市政設施。全廠(chǎng)共設置35kV變電所1座，區域變電所3座。35kV變電所為獨立二層建筑物，其中一層為35kV開(kāi)關(guān)室、35kV變壓器室、10kV開(kāi)關(guān)室，二層為10kV變壓器及0.4kV開(kāi)關(guān)室、通信室。區域變電所為裝置樓一層獨立區域，配置10kV開(kāi)關(guān)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。本項目外線(xiàn)電源由國網(wǎng)安慶市供電公司提供，第一路電源為晴嵐變35kV京環(huán)313專(zhuān)線(xiàn)作為常用電源、35kV電壓等級，第二路電源為朝陽(yáng)變10kV山口17線(xiàn)作為備用電源、10kV電壓等級。

圖1 靜脈產(chǎn)業(yè)園現場(chǎng)圖

 

      變電站綜合自動(dòng)化系統是指：通過(guò)執行規定功能來(lái)實(shí)現某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，變電站綜合自動(dòng)化系統是利用先進(jìn)的計算機技術(shù)、現代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實(shí)現對變電站二次設備的功能進(jìn)行重新組合、優(yōu)化設計，對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量。

      系統可分為三層結構：即現場(chǎng)設備層、網(wǎng)絡(luò )通訊層和平臺管理層。

      現場(chǎng)設備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設備，用于采集站內配電柜內電氣運行參數、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、電氣接點(diǎn)溫度等數據，同時(shí)分別在35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源，保障現場(chǎng)設備良好的運行環(huán)境。

      網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，分散10kV變電站通過(guò)數據采集箱（內置智能網(wǎng)關(guān)）采集數據通過(guò)光纖上傳至通信室變電站綜合自動(dòng)化監控系統平臺；同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當遠動(dòng)通信裝置，將現場(chǎng)設備數據采集后通過(guò)交換機經(jīng)縱向加密數據加密后上傳調度網(wǎng)。

      平臺管理層：?變電站綜合自動(dòng)化監控系統平臺、國網(wǎng)安徽省安慶電力調度控制中心平臺。

圖2 監控系統網(wǎng)絡(luò )結構圖

      本項目35kV變電所1座，區域變電所3座，35kV變電所為獨立二層建筑物，其中一層為35kV開(kāi)關(guān)室、35kV變壓器室、10kV開(kāi)關(guān)室，二層為10kV變壓器及0.4kV開(kāi)關(guān)室、通信室。區域變電所為裝置樓一層獨立區域，配置10kV開(kāi)關(guān)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。。

      35kV變電所內35kV開(kāi)關(guān)室一次系統圖如圖1所示，共有4面開(kāi)關(guān)柜，分別為：1面進(jìn)線(xiàn)柜、1面出線(xiàn)柜、1面計量柜、1面PT柜。

圖3 35kV開(kāi)關(guān)室一次系統圖

      35kV變電所內10k開(kāi)關(guān)室一次系統圖如圖2所示，共有16面開(kāi)關(guān)柜、其中2面10kV進(jìn)線(xiàn)柜、9面變壓器出線(xiàn)柜（含備用出線(xiàn)柜3面）、1面母聯(lián)柜、1面隔離柜、2面PT柜、1面計量柜。

圖4 10kV開(kāi)關(guān)室一次系統圖

圖5 各分散10kV變電所進(jìn)線(xiàn)柜一次系統圖

 

      本次工程在35kV、10kV配電系統中配置微機保護裝置，對每面35kV、10kV高壓開(kāi)關(guān)柜內配置開(kāi)關(guān)狀態(tài)操控裝置，對電氣量采集和對電氣設備（如斷路器）的狀態(tài)監視、控制和調節，發(fā)生故障時(shí)，由微機保護裝置完成瞬態(tài)電氣量的采集、監視和控制，迅速切除故障設備和完成事故后的恢復操作。

      在每面35kV、10kV高壓變配電開(kāi)關(guān)柜配置1臺多功能電表，在晴嵐變35kV京環(huán)313專(zhuān)線(xiàn)間隔處、客戶(hù)側35kV變電所備用電源計量柜處、客戶(hù)側35kV變電所主用電源計量柜處、客戶(hù)側35kV變電所低壓柜辦公照明出線(xiàn)處、客戶(hù)側35kV變電所低壓柜職工宿舍負荷出線(xiàn)處裝有計量?jì)x表，其中在總變電所安裝負荷采集終端箱，收集計量點(diǎn)客戶(hù)側四處計量表的電能信息，用于遠程監控及電量數據采集。

      在35kV總變配置1套DC220V/100AH柜式直流電源，各區域變電所在高壓柜配置DC220V/20AH分布式直流電源，為整個(gè)變電站的斷路器、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源。

      在通信室配置一臺時(shí)鐘同步裝置，實(shí)現變電站內所有微機保護裝置、監控主機、規約轉換裝置、遠動(dòng)裝置、廠(chǎng)站采集終端的時(shí)鐘同步。

      在通信室配置一套變電站綜自自動(dòng)化系統，通過(guò)規約轉換裝置采集站內UPS、直流屏數據，通過(guò)光纖組網(wǎng)與分散的各區域10kV變電所通信實(shí)現變電站綜合自動(dòng)化監控與管理。

在通信室配置一面通訊屏、一面調度數據網(wǎng)屏，通訊屏配置1套155M光傳輸設備，內配1塊155M單光口板，配置2臺PCM接入設備（1臺安裝在35kV靜脈變，一臺安裝在安慶市調度），通過(guò)專(zhuān)用通道點(diǎn)對點(diǎn)方式實(shí)現變電站與調度端通訊。調度數據網(wǎng)屏配置數據1臺路由器、2臺交換機、2臺縱向加密裝置、1臺網(wǎng)絡(luò )安全監測裝置、1臺廠(chǎng)站采集終端，廠(chǎng)站采集終端實(shí)現站內的總電能計量與所用變計量。

3.2.1.本地數據采集

      變電站綜合自動(dòng)化系統需采集設備數量共計34臺，本地設備根據數據類(lèi)型主要分為遙測、遙信、電能三類(lèi)數據，部分數據展示如下：

?遙測量

 

 

 

?遙信量

 

?電能量

 

3.2.2.電力安全防護需求

      為了加強安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程電力監控系統安全防護，抵御及惡意代碼等對監控系統發(fā)起的惡意破壞和攻擊，以及其它非法操作，防止電力監控系統癱瘓和失控，和由此導致的變電站一次系統事故和其他事故，需制定電力安全防護方案。

      安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程內配置變電站監控系統、調度數據網(wǎng)系統、電能量采集裝置。

?變電站監控系統

      本站變電站監控系統采用系統組態(tài)軟件Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監控系統，配置一臺監控后臺主機兼操作員站。主要實(shí)現變電站的數據采集、監視和控制功能，以監測控制計算機為主體，加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象（生產(chǎn)過(guò)程）共同構成的整體。在這個(gè)系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制，采用IEC104規約、端口號2404，并實(shí)時(shí)與地調自動(dòng)化主站系統進(jìn)行數據傳輸。裝置操作系統采用64位WINDOWS 7旗艦版，數據庫版本為SQL Server 2008R2。

?電能量采集裝置

      本站配備了一套積成電子生產(chǎn)的型號為iES-E70廠(chǎng)站采集終端電能量采集裝置。電能量采集器是一種用于采集、存儲和轉送電站關(guān)口表采集和生成的計量計費信息的裝置，配置2個(gè)以太網(wǎng)口，電源供電方式為：交直流220V。裝置通過(guò)與電度表通信，收集電度表采集和生成的計量計費信息。采集器通過(guò)調度數據網(wǎng)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與計量計費主系統通信，地調接入網(wǎng)上傳通信端口為1020，上報所采集和生成的的計量計費信息。

      項目二次系統及生產(chǎn)廠(chǎng)商、操作系統具體版本號等情況如下：

表1 監控系統或設備列表

表2 網(wǎng)絡(luò )及安全防護系統和設備列表

 

      安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程現場(chǎng)應用的監控服務(wù)器系統組態(tài)軟件Acrel-1000（超級狗用戶(hù)鎖），以及網(wǎng)絡(luò )邊界處的通信網(wǎng)關(guān)機ANet-2E8S1等，使用非LINUX Ubantu的安全加固操作系統，已關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，具體內容如下：

      (1)確定生產(chǎn)控制大區計算機設備各網(wǎng)卡的IP地址正確配置

      (2)關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)

      (3)禁止網(wǎng)絡(luò )非法外聯(lián)；

      (4)USB口、光驅用封條貼住，禁止USB、光驅移動(dòng)介質(zhì)接入

      (5)強化口令密碼，刪除默認多余賬戶(hù)，不同的賬戶(hù)對應不同的權限設置

      (6)禁止在計算機上安裝與運行監控系統無(wú)關(guān)的軟件。

      使用其它系統同樣進(jìn)行主機安全加固，加固方式包括：

      (1)卸載不必要的應用軟件、主機密碼復雜度，

      (2)主機多余賬戶(hù)刪除，關(guān)閉3389、135、138、445端口

      (3)使用無(wú)惡意芯片和無(wú)安全隱患計算機、存儲設備

      (4)確定生產(chǎn)控制大區計算機設備各網(wǎng)卡的IP地址正確配置

      (5)關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，禁止網(wǎng)絡(luò )非法外聯(lián)

      (6)強化口令密碼，刪除默認多余賬戶(hù)，不同的賬戶(hù)對應不同的權限設置

      (7)禁止在計算機上安裝與運行監控系統無(wú)關(guān)的軟件。

      現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )設備如A、B網(wǎng)交換機，業(yè)務(wù)交換機等，對網(wǎng)口實(shí)行MAC地址綁定，實(shí)現專(zhuān)口專(zhuān)用，對于多余網(wǎng)口進(jìn)行關(guān)閉并用防塵塞封堵端口貼上“端口禁用標志”。

      安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程項目監控系統安全分區及邊界防護如下圖所示：

圖6 監控系統安全分區及邊界防護圖

 

圖7 10kV有機車(chē)間變電所圖

圖8 10kV有機車(chē)間變電所圖

圖9 10kV朝陽(yáng)變山口17線(xiàn)備用電源變電所圖

圖10 通信室現場(chǎng)圖

      Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，10kV配電系統中監測的開(kāi)關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車(chē)工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信。

圖11 實(shí)時(shí)監測主界面圖

      在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無(wú)功功率、總功率因數、正向有功電能等，并可以查看24小時(shí)相電流趨勢曲線(xiàn)。

圖12 電參量查詢(xún)界面圖

      能查詢(xún)各回路或設備時(shí)間的運行參數，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無(wú)功功率、正向有功電能等。 

圖13 電參量運行統計報表界面圖

      能夠對遙信變位，保護動(dòng)作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統事件和報警進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

圖14 歷史數據查詢(xún)界面圖

      具備定時(shí)抄表匯總統計功能，用戶(hù)可以自由查詢(xún)自系統正常運行以來(lái)任意時(shí)間段內各配電節點(diǎn)的用電情況，即該節點(diǎn)進(jìn)線(xiàn)用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表。

圖15 電能量運行日報表界面圖

      系統支持實(shí)時(shí)監視接入系統的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統網(wǎng)絡(luò )結構；可在線(xiàn)診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò )異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖16 站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

      可以對整個(gè)配電系統范圍內的設備進(jìn)行遠程遙控操作。配電系統維護人員可以通過(guò)監控系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時(shí)執行調度系統或站內相應的操作命令。

圖17 遙控操作界面圖

4.8.曲線(xiàn)查詢(xún)

      在曲線(xiàn)查詢(xún)界面可以直接查看各電參量曲線(xiàn)，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數等曲線(xiàn)。

圖18 曲線(xiàn)查詢(xún)界面圖

      變電站綜合自動(dòng)化系統在變電站的作用越來(lái)越顯著(zhù)，對實(shí)現電網(wǎng)調度自動(dòng)化和運維管理現代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運行水平起到了很大的作用，因此縣級電網(wǎng)中的變電站要進(jìn)一步加強綜合自動(dòng)化系統水平，提高運維人員的技能，保證電網(wǎng)安全穩定運行。

[1] 李新顏.變電站綜合自動(dòng)化監控系統的研究與實(shí)現[D].上海交通大學(xué).2009-05

[2] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會(huì ).《電力監控系統安全防護規定》．2014-08-01

[3] 錢(qián)怡，江波.變電站綜合自動(dòng)化系統存在的問(wèn)題及解決措施[J].2016:16

韓歡慶，本科，測控技術(shù)與儀器專(zhuān)業(yè)，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(dòng)化解決方案。