韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

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

概述

青島海洋科技園位于青島市黃島區江山南路與規劃珠江路交匯處，規劃建筑面積約23萬(wàn)平方米。產(chǎn)業(yè)定位于應用型海洋科技研發(fā)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、IC 設計、先進(jìn)制造及裝備研發(fā)。建設內容包含科研辦公及配套設施、海洋科研實(shí)驗室、海洋創(chuàng )新推動(dòng)平臺等，計劃建設成為青島應用型海洋科技資源的整合平臺、海洋科技人才的聚集平臺、海洋科技企業(yè)的孵化和成果轉化平臺、海洋科技服務(wù)業(yè)的培育和加速平臺。

本次建設內容為：海洋科技產(chǎn)業(yè)園生產(chǎn)基地(一期)項目，位于山東省青島市石寨山路以北，鳳凰山路以東，包括1#生產(chǎn)廠(chǎng)房、2#生產(chǎn)廠(chǎng)房及3#生產(chǎn)廠(chǎng)房，總占地面積為53333.31平方米，總建筑面積81329.49㎡。

全廠(chǎng)共設置35kV變電所1座，區域變電所2座。35kV變電所內含35kV開(kāi)關(guān)柜、35kV變壓器鎧裝箱、10kV開(kāi)關(guān)柜及0.4kV開(kāi)關(guān)柜。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。本項目采用35kV單電源進(jìn)線(xiàn)，本變電站為主站，10kV1#分所、10kV2#分所電源引自本變電站。本變電站35kV變壓器容量為1X10000kVA，10kV變壓器容量為2X800kVA，備用一臺發(fā)電機1X800kW。所內安裝35kV高壓柜4面、10kV中壓柜9面、10000kVA變壓器1臺、800kVA變壓器2臺、0.4kV低壓柜16面、10kV電容柜1組、調度通信屏、主變保護屏、后臺等1組，直流屏1組100Ah、10kV無(wú)功補償共2700kvar、0.4kV無(wú)功補償共480kvar。實(shí)際無(wú)功補償后功率因數應達到0.95以上。若達不到，須增加補償容量。

圖1 青島海洋科技園現場(chǎng)圖

系統結構

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

解決方案

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部分一次系統圖如圖4所示，共有9面開(kāi)關(guān)柜、其中1面10kV進(jìn)線(xiàn)柜、2面變壓器出線(xiàn)柜、2面至分所的饋線(xiàn)柜、1面隔離柜、1面PT柜、1面計量柜、1面備用饋線(xiàn)柜。

方案綜述

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35kV變電所計量柜處裝有計量?jì)x表，其中在35kV變電所安裝負荷采集終端箱，收集計量點(diǎn)計量表的電能信息，用于遠程監控及電量數據采集。

在35kV總變二次值班室配置1套DC220V/100AH柜式直流電源，各區域變電所在高壓柜配置DC220V/50AH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;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)裝置的時(shí)鐘同步;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主變溫度巡檢儀、主變檔位變送器、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;在二次值班室配置一面通訊屏、一面調度數據網(wǎng)屏，SDH型STM-4光傳輸設備1套，PTN接入層光傳輸設備1套，共同安裝于光通信屏;48芯0DF、16單元DDF、4端口IAD，共同安裝于通信配線(xiàn)屏，電網(wǎng)110kV姜家變電站安裝:STM-4光接口板2塊、GE光模塊2個(gè)，安裝于現運行SDH設備和PTN設備上。24芯光纖配線(xiàn)單元箱1臺，安裝于現狀姜家變電站通信配線(xiàn)柜內。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。

功能需求

微機保護需求

變電站綜合自動(dòng)化系統中，多數子系統都是由微機構成的，都具有一定的故障診斷功能，這就使得變電站一、二次設備的可靠性得到了提高。

35kV/10kV 降壓變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置主變保護屏。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，其作用是對變壓器一側的電流及電壓進(jìn)行監控，如發(fā)現問(wèn)題，及時(shí)發(fā)出預警信息，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器，避免變壓器發(fā)生故障；

高低后備保護裝置：作為35kV側/10kV側的后備保護以及變壓器的非電量保護，其作用是在前兩個(gè)裝置都無(wú)法正常運行的情況下，通過(guò)智能和人工的配合，來(lái)完成對整個(gè)變壓器運行的監控和保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器，避免其出現故障，影響整個(gè)變電站的運行。

高低側測控裝置：用于監測35kV側/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，將測量的數據反饋回控制系統進(jìn)行分析，一旦出問(wèn)題及時(shí)后臺對變壓器進(jìn)行保護處理；

檔位變送器：監測主變壓器在工作中的接頭位置，用于降壓變壓器檔位測量及有載調壓。

本地數據采集

變電站綜合自動(dòng)化系統需采集設備有組屏保護7臺、分散保護14臺、儀表180臺，數量共計201臺，本地設備根據數據類(lèi)型主要分為遙測、遙信兩類(lèi)數據，部分數據展示如下：

調度上傳需求

黃島區以黃島島名命名，1979年1月，膠南縣再度劃歸青島市，同年從膠南縣劃出黃島、辛安、薛家島3處人民公社，設立青島市黃島區。1984年，青島經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區成立。1990年12月，撤銷(xiāo)膠南縣，設立膠南市（縣級市）。1992年11月，黃島區境內設立青島保稅區。1993年，青島經(jīng)濟技術(shù)開(kāi)發(fā)區擴展到黃島全區，兩區體制合一。2012年9月，撤銷(xiāo)黃島區、縣級膠南市，設立黃島區。地方電網(wǎng)要求本項目數據兩路上傳，一路上傳到黃島區調度部分，另一路經(jīng)黃島區匯聚中心上傳至青島市平臺，兩路上傳均采用雙通道上傳，整體方案冗余配置，確保調度上傳的穩定性與可靠性。

本項目計量數據獨立上傳，數據網(wǎng)僅上傳安全Ⅰ區數據，數據網(wǎng)及二次安防設備信息與清單如下：

表1 數據網(wǎng)及二次安防設備清單

配置設備清單

表2 我司提供方案設備列表

現場(chǎng)應用圖

圖7 10kV 1#分所電氣一次圖

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。

圖12 實(shí)時(shí)監測主界面圖

主變監測

在35kV變電站中主要關(guān)注的就是主變壓器，主變壓器獨立界面分析，可以查看變壓器基本信息（變壓器型號、容量、調壓方式、溫度），也可以直接查看詳細電參量，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)功率運行曲線(xiàn)。

圖13 主變壓器監測界面圖

分變電所監測

各分變電所獨立監測界面，可以直接查看分變電所回路詳細電參量與斷路器開(kāi)關(guān)狀態(tài)，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、保護跳閘信號和事故預告信。

圖14 分變電所監測界面圖

光字牌

根據監控系統實(shí)時(shí)數據庫獲取保護信息表，通過(guò)多排欄的形式展示單個(gè)設備間隔保護信號，監視各種設備運行狀態(tài)，實(shí)現越限報警，供變電站集中監控系統運維人員維護，由監控人員使用。

結語(yǔ)

通過(guò)變電站綜合自動(dòng)化系統內各設備間相互交換信息，數據共享，實(shí)現變電站運行監視和控制，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，因此用戶(hù)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。

參考文獻

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[2] 劉賽豪.10kV 變電站綜合自動(dòng)化設計[J].文摘版：工程技術(shù)（建筑）,2016:39.

[3] 胡裕民.變電站綜合自動(dòng)化技術(shù)探討[J].科技創(chuàng )新導報,2019:174-175.

作者介紹：

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。