韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：變電所自動(dòng)化控制系統是對變電所執行自動(dòng)監視、測量、控制和協(xié)調的綜合性系統。本文對變電所自動(dòng)化控制中的計算機監控系統和監控保護分別進(jìn)行了分析,并著(zhù)重探討了變電所自動(dòng)化控制系統應用中的幾個(gè)問(wèn)題:通信網(wǎng)絡(luò )和備用電源自投裝置等。

關(guān)鍵詞：監控系統；微機繼電保護；通信網(wǎng)絡(luò )

0引言

隨著(zhù)近年來(lái)不斷地加大對基礎設施的建設,電網(wǎng)投資與建設的規模亦不斷擴大,對電網(wǎng)的安全、穩定、、智能化運行亦提出了更高的要求,尤其是隨著(zhù)當今世界電力電子技術(shù)地高速發(fā)展,變電所的自動(dòng)化程度已愈來(lái)愈高。在此背景下,應運產(chǎn)生了一種自動(dòng)控制及無(wú)人化運行的系統——變電站綜合自動(dòng)化系統。利用計算機控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信等技術(shù),變電所的自動(dòng)化控制系統將變電所的一次、二次設備(包括數據采集、運行控制、保護、ATS自動(dòng)轉換設備等)進(jìn)行功能塊整合、分組和優(yōu)化,以實(shí)現對變電所設備進(jìn)行在線(xiàn)時(shí)測量、監視、控制、記錄。

1變電所監控系統的基本功能

1.1 采集與處理數據

主變運行溫度、母線(xiàn)電壓、電流、功率因數等參數采用數據采集單元進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的采集和處理。微機系統通過(guò)采集以上數據,對數據庫進(jìn)行更新。

1.2 控制功能

控制功能包括對變電所各電壓等級斷路器、消弧線(xiàn)圈、主變風(fēng)機、控制無(wú)功補償接觸器等進(jìn)行就地與遠程控制。

1.3 報警事件處置

控制系統有兩種報警類(lèi)型,一:提示性報警,二:事故性報警。前者包括設備狀態(tài)一般性異常報警、數據超限、主站、從站的某個(gè)單元、模塊狀態(tài)異常等,后者包括非操作引起的斷路器跳閘、保護聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)動(dòng)作等等。

1.4 時(shí)間順序記錄事件功能

計算機監控系統以ms級時(shí)間單位對斷路器狀態(tài)、主變參數、一、二次線(xiàn)路參數、保護元件的動(dòng)作信號信息進(jìn)行采集并記錄,并能在顯示器上進(jìn)行顯示及打印機上進(jìn)行打印。

1.5 在線(xiàn)統計計算

根據采樣的實(shí)時(shí)數據,能夠計算每一時(shí)間間隔的的電壓值、電流值、有功功率、無(wú)功功率、有功系數、主變溫度值、量動(dòng)作狀態(tài)等,并給出以上數據的按年、月、日進(jìn)行劃分的分時(shí)段統計數據。比如電壓、電流的值、,功率因數的合格率等。

1.6 顯示及打印畫(huà)面

變電所配電系統一次接線(xiàn)圖、直流系統圖能夠在顯示器上顯示,能夠顯示統計數據、某些關(guān)鍵數據歷史變化曲線(xiàn)、某些報警事件,能夠打印歷史數據、報警記錄等等。

1.7 系統的自我診斷和自我

監控系統能夠在線(xiàn)實(shí)時(shí)診斷系統的硬件、軟件運行情況,一旦發(fā)現異常,即能生成并發(fā)出報警信息。自我診斷的范圍包括:主站、從站系統、I/O單元、模組、外設、軟件故障等,非嚴重的提示報警,系統可以進(jìn)行自我。

1.8 平日管理功能

平日管理功能指負責計算機監控系統的工程師對系統進(jìn)行的日常檢查、管理、維護、更新優(yōu)化等工作。包括功能維護管理和數據庫維護管理兩方面內容。功能維護管理包括自動(dòng)化控制系統的啟動(dòng)停止控制,對各種應用功能運行狀態(tài)的監測,各種應用數據的顯示圖表的加載、生成和編輯。數據庫維護是工程師對數據庫中的應用參數進(jìn)行增刪和修改。

2繼電保護功能和應用

2.1 保護功能

(1)變壓器一般配置差動(dòng)保護和瓦斯保護兩種主保護,配置零序電流保護、過(guò)流保護等后備保護。

(2)110KV以下線(xiàn)路測控保護配置重合閘和過(guò)電流保護,110KV以上線(xiàn)路測控保護配置零序電流保護、綜合重合閘保護等。

2.2 微機繼電保護原理

(1)硬件系統:微機繼電保護硬件系統是由大量的IC(集成電路)組成,通常由CPU、定時(shí)器、存儲器、寄存器、A/D轉換器、D/A轉換等部件組成。而依靠數據采集系統(該系統主要由采樣保持電路、模數轉換器(A/D轉換器)等組成)來(lái)完成微機繼電保護系統中的的信息獲取工作。

(2)軟件系統:軟件系統主要分為監控程序和系統程序,監控程序的作用是對包括輸入、輸出狀態(tài),設定、修改和顯示保護裝置的參數值進(jìn)行監視,同時(shí)控制微機保護裝置的硬件電路狀態(tài);系統程序是監控程序的運行環(huán)境系統程序。系統程序的主要功能是:1)循環(huán)自檢功能,2)中斷響應功能,3)事件處理功能。

3主要問(wèn)題的分析研究

3.1 通信技術(shù)

變電所自控系統常見(jiàn)的有如下幾種通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù):(1)使用傳統的RS-232/485現場(chǎng)總線(xiàn)進(jìn)行數據低速傳輸,(2)采用局部控制網(wǎng)絡(luò )如常見(jiàn)的Lonworks和CAN兩種通信技術(shù)實(shí)現數據的中速傳輸,(3)采用Ethernet實(shí)現站內設備的分布式連接。系統結構由監控主機、交換機、現場(chǎng)控制模塊組成,監控主機通過(guò)Ethernet傳輸實(shí)時(shí)數據,實(shí)現人機對話(huà),完成監控管理等功能。

3.2 ATS(備用電源自動(dòng)切換裝置)

為保證ATS能夠正常地工作,通常需要注意以下幾點(diǎn):

(1)ATS應能實(shí)時(shí)監測工作母線(xiàn)的電壓狀態(tài),當工作母線(xiàn)故障、電源變壓器故障、斷路器因為某種原因跳閘時(shí),將引起工作母線(xiàn)失壓,這時(shí)ATS應該能夠瞬間自動(dòng)切換投入使用,以保證負荷的不間斷供電。

(2)當ATS失電時(shí),ATS自投裝置應不動(dòng)作,因為如果在此狀態(tài)下勉強對事故產(chǎn)生響應,將ATS切入網(wǎng)絡(luò ),其不能發(fā)揮任何作用。(3)供電系統發(fā)生故障時(shí),一定要先排除系統故障,然后才可將ATS投入使用,否則很有可能將備用電源投入到故障網(wǎng)絡(luò )中,使發(fā)生故障的網(wǎng)絡(luò )不但不能解除故障,反而使故障程度進(jìn)一步發(fā)生難以預測的惡化的后果。

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)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(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯(lián)系界面，實(shí)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(gè)二次子系統組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò )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(jià)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(wǎng)絡(luò )結構，站控層網(wǎng)絡(luò )采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò )采用單網(wǎng)雙機熱備配置。

4.2應用場(chǎng)所：

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶(hù)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(shí)時(shí)監測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統，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。

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(dòng)作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)時(shí)報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢(xún)并打印的功能。

事故報警通過(guò)手動(dòng)，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(fā)生階段，允許下一個(gè)報警信號進(jìn)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(hù)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(kāi)關(guān)事故跳閘到次數或開(kāi)關(guān)拉閘到次數，推出報警信息，提示用戶(hù)檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報警器、語(yǔ)音、短信、電話(huà)等但不限于以上幾種方式，用戶(hù)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(jìn)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(shí)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(yōu)先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現場(chǎng)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(yōu)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(xiàn)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(jìn)行下一步操作。同一時(shí)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(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；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(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4）監控系統的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4 用戶(hù)權限管理

系統設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)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(gè)權限組里添加用戶(hù)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(yǔ)

在當今世界科學(xué)技術(shù)和社會(huì )生產(chǎn)力迅速提高的今天,采用變電所自動(dòng)化控制系統,能夠地減少人員投入、提高工作效率,保證電力供應的高質(zhì)、穩定、連續和可靠運行,同時(shí)地提高了整個(gè)電力系統的自動(dòng)化控制水平。本文對變電所自動(dòng)化控制運行系統進(jìn)行了概括性地分析和研究,隨著(zhù)現代電力電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、計算機技術(shù)、AI等技術(shù)的迅速發(fā)展,必將進(jìn)一步地提高變電所自動(dòng)化控制系統的自動(dòng)化程度,其功能亦將會(huì )更加完善和強大,以不斷滿(mǎn)足社會(huì )快速進(jìn)步對電力發(fā)展的需要。

參考文獻

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[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版．

[4]王凱.變電所自動(dòng)化控制系統應用與分析

作者介紹：

韓歡慶，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(dòng)化系統、電力監控系統解決方案