1.概述

變電站是電力網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)，它連接線(xiàn)路輸送電能。綜合變電站自動(dòng)化技術(shù)在變電站中應用，將先進(jìn)的電子通訊技術(shù)、智能控制技術(shù)、信號處理等技術(shù)進(jìn)去，實(shí)現對相關(guān)設備的合理、智能化控制，進(jìn)一步提高了供電系統的可靠性。盡管我國在變電站綜合自動(dòng)化系統方面取得了一定的成績(jì)，但我們對其核心技術(shù)掌握還不夠深入，且在其應用過(guò)程中經(jīng)常出現選型不完善、不合理現象。因此，對變電站綜合自動(dòng)化系統進(jìn)行深入研究與分析，進(jìn)一步研究變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展提供參考，實(shí)現物質(zhì)與能量循環(huán)利用。

2.變電站綜合自動(dòng)化系統發(fā)展過(guò)程

變電站綜合自動(dòng)化系統是指完成以下基本功能：

l 從當地和遠方獲取電力系統信息；

l 支持當地手動(dòng)和自動(dòng)功能；

l 在變電站自動(dòng)化系統和電網(wǎng)管理系統之間，提供與開(kāi)關(guān)設備的通信連接和接口。

這些功能可以由大量裝用的智能電子設備（IED）不同程度的組合來(lái)實(shí)現。

變電站綜合自動(dòng)化系統的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個(gè)階段；

1）開(kāi)關(guān)設備和網(wǎng)絡(luò )管理系統的接口是在各變電站的遠方終端單元（RTU）。RTU是一個(gè)集中單元，含有大量的輸入與輸出，基本沒(méi)有當地功能，但是具有與遠方網(wǎng)絡(luò )控制系統的通信功能。結構上僅是站級概念，現場(chǎng)有關(guān)重要信息（如保護動(dòng)作信息等）通過(guò)硬接點(diǎn)送給RTU裝置，變電站的監測量一般經(jīng)變送器變換后送給RTU，開(kāi)關(guān)量監測是直接引至RTU，RTU的控制輸出一般經(jīng)遙控執行柜發(fā)出控制命令。整體系統功能不強、硬件設備重復、整體性能指標低、適合于老系統改造。

2）相比與RTU，變電站自動(dòng)化系統以不同程度的分散結構實(shí)現上述基本功能，通過(guò)這些功能可對變電站進(jìn)行管理，實(shí)現從線(xiàn)路隔離與接地到收集狀態(tài)監測數據等所有自動(dòng)化功能。RTU的通信功能在變電站自動(dòng)化發(fā)展中變?yōu)橥ㄐ沤涌?，由通信網(wǎng)關(guān)執行，根據所用的通信協(xié)議，網(wǎng)關(guān)將規約雙向轉換（即規約轉換器），在變電站自動(dòng)化分布式智能電子設備中存儲的信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送給SCADA主站與遠方調度電網(wǎng)管理系統。

3）隨著(zhù)信息技術(shù)已經(jīng)進(jìn)步到可以實(shí)現廣域保護，依靠協(xié)調防御計劃來(lái)保護整個(gè)電力系統，以及IEC61850作為《變電站通信網(wǎng)絡(luò )和系統》的新國際標準，數字化變電站將以三層兩網(wǎng)式部署，三層分別是指站控層設備、間隔層設備和過(guò)程層設備，兩網(wǎng)分別是指站控層網(wǎng)絡(luò )和過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )。間隔層包括數字式保護、計量、監控等二次設備，負責間隔內信息的運算處理與控制，以及與過(guò)程層和站控層之間的網(wǎng)絡(luò )通信工作；過(guò)程層主要包括電子式互感器、合并單元、智能斷路器、智能開(kāi)關(guān)、智能終端，該層主要實(shí)現信號的采集和對系統的操作控制。三層設備之間通過(guò)分層、分布、開(kāi)放式的兩層網(wǎng)絡(luò )實(shí)現連接，兩層網(wǎng)絡(luò )物理上相互獨立，站控層網(wǎng)絡(luò )構建為全站統一的MMS網(wǎng)，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò )則包括GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)。但數字化變電站設置了大量的智能終端、交換機等過(guò)程層設備，使得整體動(dòng)作延時(shí)增加、網(wǎng)絡(luò )復雜。

圖1 變電站綜合自動(dòng)化系統發(fā)展歷程圖

3. Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統解決方案

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統采用一臺或兩臺監控主機實(shí)現變電站的所有繼電保護、測量監視、操作控制、信號數據通信和事件記錄打印等功能，采用模塊化軟件連接來(lái)實(shí)現集中信息采集、集中處理運算、集中展示交互。具有工作可靠、結構簡(jiǎn)單、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)。

方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監控系統采用集中式監控方案，其中主變部分由AM5SE系列微機保護裝置配置整套主變保護屏，實(shí)現主變的差動(dòng)保護、后備保護、非電量保護及主變溫度監測與檔位控制；其他回路及回路就地配置AM5SE系列微機保護裝置。實(shí)現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。

為總變配置1套DC220V/100AH柜式交直流電源，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)屏配置數據路由器、交換機、縱向加密裝置、網(wǎng)絡(luò )安全監測裝置等設備，提供變電站內數據調度上傳通道，并對該電力調度數據網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )安全監測，廠(chǎng)站采集終端實(shí)現站內的總電能計量與所用變計量。

功能需求

電氣設備安全防護

在35kV、10kV配電系統中配置AM5SE系列微機保護裝置，其中35kV主變配置整套主變保護屏，實(shí)現主變的差動(dòng)保護、后備保護、非電量保護及主變溫度監測與檔位控制；35kV其他回路及10kV各回路就地配置AM5SE系列微機保護裝置。

l 進(jìn)線(xiàn)保護：

     35kV進(jìn)線(xiàn)柜各配置一臺線(xiàn)路保護AM5SE-F（如需光纖差動(dòng)保護，則配置AM6-LD，與對側保持一致），當回路故障時(shí)，用于跳開(kāi)本柜斷路器，切斷故障。35kV進(jìn)線(xiàn)柜各配置一臺電能質(zhì)量監測裝置APView500，監測電能質(zhì)量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動(dòng)與閃變等穩態(tài)數據、電壓暫升/暫降/短時(shí)中斷暫態(tài)數據，當檢測到電能質(zhì)量異常時(shí)，觸發(fā)故障錄波與數據記錄，為后續的電能質(zhì)量分析提供數據支撐。

l 主變壓器保護：

     為了實(shí)時(shí)觀(guān)察和集中管理降壓變壓器運行狀態(tài)，方便降壓變壓器二次監控設備的安裝和檢修，提高保護可靠性和靈敏性，35kV/10kV 主變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置一臺主變保護屏。屏柜設立在電氣監控室，屏柜上裝設1臺差動(dòng)保護裝置AM5SE-D2、1臺高后備保護裝置AM5SE-TB、1臺低后備保護裝置AM5SE-TB、1臺高側測控裝置AM5SE-K、1臺低側測控裝置AM5SE-K、1只變壓器溫控儀ARTM-8、1臺檔位變送器UP858-19AN及轉換開(kāi)關(guān)、壓板、空氣開(kāi)關(guān)等其他控制設備。差動(dòng)保護裝置：作為降壓變壓器內部及引出線(xiàn)短路故障的主保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；高后備保護裝置：作為35kV側的后備保護以及變壓器的非電量保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；低后備保護裝置：作為10kV側的后備保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；高側測控裝置：用于監測35kV側測量電流、測量電壓；低側測控裝置：用于監測10kV側測量電流、測量電壓；變壓器溫控器：監測降壓變壓器內部繞組溫度；檔位變送器：用于降壓變壓器檔位測量及有載調壓。

l 母聯(lián)保護：

母聯(lián)柜配置一臺備自投保護裝置AM5SE-B，用于實(shí)現兩進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)之間的自動(dòng)投切（進(jìn)線(xiàn)備自投/母聯(lián)備自投/聯(lián)切備自投/自適應備自投），同時(shí)實(shí)現母聯(lián)保護功能。

l PT保護：

PT柜配置一臺PT并列及監測裝置AM5SE-UB，實(shí)現兩臺PT柜間的切換以及監測，當回路電壓出現異常時(shí)，及時(shí)發(fā)出告警信號。

l 開(kāi)關(guān)柜綜合測控及電氣節點(diǎn)測溫：

35kV各開(kāi)關(guān)柜配置一臺智能操控無(wú)線(xiàn)測溫裝置ASD320，其中PT柜采用3點(diǎn)電池型測溫傳感器ATE400，用于監測母排溫度；其他柜子均采用12點(diǎn)測溫傳感器ATE400，用于監測母排、斷路器上觸頭斷路器下出頭、電纜出線(xiàn)處的溫度。

l 弧光保護：

進(jìn)線(xiàn)柜配置一臺弧光保護主控單元ARB5-M，母聯(lián)柜配置一臺弧光保護擴展單元ARB5-E，各開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)室配置一只弧光傳感器ARB5-S，當母線(xiàn)室發(fā)生弧光故障時(shí)，弧光保護主控單元及時(shí)跳開(kāi)被保護母線(xiàn)的進(jìn)線(xiàn)、母聯(lián)和其他電源支路斷路器。

本地數據采集

變電站綜合自動(dòng)化系統需采集站內設備信息集中分析管理，根據數據類(lèi)型主要分為遙測、遙信、電能三類(lèi)數據，網(wǎng)關(guān)將規約雙向轉換（即規約轉換器），在變電站自動(dòng)化分布式智能電子設備中存儲的信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳送給SCADA主站。

電力系統安全防護

為了加強變電站綜合自動(dòng)化監控系統安全防護，抵御網(wǎng)絡(luò )攻擊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。

項目實(shí)施需配置變電站綜合自動(dòng)化系統、電能量采集裝置、調度數據網(wǎng)系統。

l 變電站綜合自動(dòng)化系統

變電站綜合自動(dòng)化系統采用系統組態(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。

l 電能量采集裝置

配備一套廠(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。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。

l 調度數據網(wǎng)系統

調度數據網(wǎng)系統是一種為電力調度生產(chǎn)服務(wù)的專(zhuān)用廣域數據網(wǎng)絡(luò )，是電力調度生產(chǎn)部門(mén)之間及電力調度生產(chǎn)部門(mén)與發(fā)電廠(chǎng)、變電站之間計算機監控系統等實(shí)時(shí)和準實(shí)時(shí)數據通信的基礎設施，是確保電網(wǎng)安全、穩定、經(jīng)濟運行的重要手段。一般由路由器、交換機、縱向加密裝置、網(wǎng)絡(luò )安全監測裝置、橫向隔離裝置、防火墻裝置組成。

4.系統功能

實(shí)時(shí)監測

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，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3 實(shí)時(shí)監測主界面圖

電參量查詢(xún)

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4 電參量查詢(xún)界面圖

運行報表

能查詢(xún)各回路或設備設定時(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5 電參量運行統計報表界面圖

歷史事件查詢(xún)

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6 歷史數據查詢(xún)界面圖

電能數據展示

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，也可通過(guò)棒狀圖形式展示分時(shí)電度信息。

圖7 分時(shí)電度界面圖

網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

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8 站內設備系統網(wǎng)絡(luò )拓撲圖

遙控功能

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9 遙控操作界面圖

5.結語(yǔ)

隨著(zhù)通信媒介、通信能力、處理能力的進(jìn)步，變電站綜合自動(dòng)化需求會(huì )大大增加，變電站間的通信也會(huì )產(chǎn)生更高的安全性，因此邁向變電站自動(dòng)化是大勢所趨，變電站綜合自動(dòng)化系統對實(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。

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