摘要:變電所自動化控制系統(tǒng)是對變電所執(zhí)行自動監(jiān)視、測量、控制和協(xié)調(diào)的綜合性系統(tǒng)。本文對變電所自動化控制中的計算機監(jiān)控系統(tǒng)和監(jiān)控保護分別進行了分析,并著重探討了變電所自動化控制系統(tǒng)應用中的幾個問題:通信網(wǎng)絡和備用電源自投裝置等。
關鍵詞:監(jiān)控系統(tǒng);微機繼電保護;通信網(wǎng)絡
隨著近年來不斷地加大對基礎設施的建設,電網(wǎng)投資與建設的規(guī)模亦不斷擴大,對電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、、智能化運行亦提出了更高的要求,尤其是隨著當今世界電力電子技術地高速發(fā)展,變電所的自動化程度已愈來愈高。在此背景下,應運產(chǎn)生了一種自動控制及無人化運行的系統(tǒng)——變電站綜合自動化系統(tǒng)。利用計算機控制技術、網(wǎng)絡通信等技術,變電所的自動化控制系統(tǒng)將變電所的一次、二次設備(包括數(shù)據(jù)采集、運行控制、保護、ATS自動轉換設備等)進行功能塊整合、分組和優(yōu)化,以實現(xiàn)對變電所設備進行在線時測量、監(jiān)視、控制、記錄。
1變電所監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能
主變運行溫度、母線電壓、電流、功率因數(shù)等參數(shù)采用數(shù)據(jù)采集單元進行實時數(shù)據(jù)的采集和處理。微機系統(tǒng)通過采集以上數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)庫進行更新。
控制功能包括對變電所各電壓等級斷路器、消弧線圈、主變風機、控制無功補償接觸器等進行就地與遠程控制。
控制系統(tǒng)有兩種報警類型,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(shù)據(jù)超限、主站、從站的某個單元、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)鎖開關動作等等。
計算機監(jiān)控系統(tǒng)以ms級時間單位對斷路器狀態(tài)、主變參數(shù)、一、二次線路參數(shù)、保護元件的動作信號信息進行采集并記錄,并能在顯示器上進行顯示及打印機上進行打印。
根據(jù)采樣的實時數(shù)據(jù),能夠計算每一時間間隔的的電壓值、電流值、有功功率、無功功率、有功系數(shù)、主變溫度值、量動作狀態(tài)等,并給出以上數(shù)據(jù)的按年、月、日進行劃分的分時段統(tǒng)計數(shù)據(jù)。比如電壓、電流的值、,功率因數(shù)的合格率等。
變電所配電系統(tǒng)一次接線圖、直流系統(tǒng)圖能夠在顯示器上顯示,能夠顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)、某些關鍵數(shù)據(jù)歷史變化曲線、某些報警事件,能夠打印歷史數(shù)據(jù)、報警記錄等等。
監(jiān)控系統(tǒng)能夠在線實時診斷系統(tǒng)的硬件、軟件運行情況,一旦發(fā)現(xiàn)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(tǒng)、I/O單元、模組、外設、軟件故障等,非嚴重的提示報警,系統(tǒng)可以進行自我。
平日管理功能指負責計算機監(jiān)控系統(tǒng)的工程師對系統(tǒng)進行的日常檢查、管理、維護、更新優(yōu)化等工作。包括功能維護管理和數(shù)據(jù)庫維護管理兩方面內(nèi)容。功能維護管理包括自動化控制系統(tǒng)的啟動停止控制,對各種應用功能運行狀態(tài)的監(jiān)測,各種應用數(shù)據(jù)的顯示圖表的加載、生成和編輯。數(shù)據(jù)庫維護是工程師對數(shù)據(jù)庫中的應用參數(shù)進行增刪和修改。
(1)變壓器一般配置差動保護和瓦斯保護兩種主保護,配置零序電流保護、過流保護等后備保護。
(2)110KV以下線路測控保護配置重合閘和過電流保護,110KV以上線路測控保護配置零序電流保護、綜合重合閘保護等。
(1)硬件系統(tǒng):微機繼電保護硬件系統(tǒng)是由大量的IC(集成電路)組成,通常由CPU、定時器、存儲器、寄存器、A/D轉換器、D/A轉換等部件組成。而依靠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(該系統(tǒng)主要由采樣保持電路、模數(shù)轉換器(A/D轉換器)等組成)來完成微機繼電保護系統(tǒng)中的的信息獲取工作。
(2)軟件系統(tǒng):軟件系統(tǒng)主要分為監(jiān)控程序和系統(tǒng)程序,監(jiān)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(shù)值進行監(jiān)視,同時控制微機保護裝置的硬件電路狀態(tài);系統(tǒng)程序是監(jiān)控程序的運行環(huán)境系統(tǒng)程序。系統(tǒng)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。
變電所自控系統(tǒng)常見的有如下幾種通信網(wǎng)絡技術:(1)使用傳統(tǒng)的RS-232/485現(xiàn)場總線進行數(shù)據(jù)低速傳輸,(2)采用局部控制網(wǎng)絡如常見的Lonworks和CAN兩種通信技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的中速傳輸,(3)采用Ethernet實現(xiàn)站內(nèi)設備的分布式連接。系統(tǒng)結構由監(jiān)控主機、交換機、現(xiàn)場控制模塊組成,監(jiān)控主機通過Ethernet傳輸實時數(shù)據(jù),實現(xiàn)人機對話,完成監(jiān)控管理等功能。
為保證ATS能夠正常地工作,通常需要注意以下幾點:
(1)ATS應能實時監(jiān)測工作母線的電壓狀態(tài),當工作母線故障、電源變壓器故障、斷路器因為某種原因跳閘時,將引起工作母線失壓,這時ATS應該能夠瞬間自動切換投入使用,以保證負荷的不間斷供電。
(2)當ATS失電時,ATS自投裝置應不動作,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,其不能發(fā)揮任何作用。(3)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時,一定要先排除系統(tǒng)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)絡中,使發(fā)生故障的網(wǎng)絡不但不能解除故障,反而使故障程度進一步發(fā)生難以預測的惡化的后果。
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)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(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機,提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面,實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能,形成全站監(jiān)控,并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信;間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成,在站控層及站控層網(wǎng)絡失效的情況下,仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)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*,監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成,采用分層分布式網(wǎng)絡結構,站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
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端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng),以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài),實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
監(jiān)控系統(tǒng)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(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,事故報警立即發(fā)出音響報警(報警音量任意調(diào)節(jié)),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(fā)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(nèi)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(guī)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)開關事故跳閘到次數(shù)或開關拉閘到次數(shù),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(xiàn)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(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能,允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)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/就地切換開關放在就地位置時,將閉鎖所有其他控制功能,只進行現(xiàn)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(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(zhí)行,并在站級層設置操作員、監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)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。
系統(tǒng)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(jīng)授權的操作系統(tǒng)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(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 | 可顯示變電站主接線圖,模擬配電網(wǎng)絡運行,實現(xiàn)無人值班模式;根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波,協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題,盡量縮短停電時間;實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù),對配電系統(tǒng)和用電設備進行用能分析和能效管理 | |
網(wǎng)關 | ANet- 2E8S1 | 8路RS485串口,光耦隔離,2路以太網(wǎng)接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入,ModbusTCP(主、從)、104(主、從)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳,支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GB SD卡(32GB)、支持不同協(xié)議向多平臺轉發(fā)數(shù)據(jù);每個設備的多個報警設置。輸入電源:AC/DC 220V,導軌式安裝。 | |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M | 主控單元,可接20路弧光信號或4個擴展單元,配置弧光保護(8組)、失靈保護(4組)、TA斷線監(jiān)測(4組)、11個跳閘出口; | |
ARB5-E | 擴展單元,多可以插接6塊擴展插件,每個擴展插件可以采集5路弧光信號: | ||
ARB5-S | 弧光探頭,可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室,也可于低壓柜?;」馓筋^的檢測范圍為180°,半徑0.5m的扇形區(qū)域; | ||
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質量 在線監(jiān)測 | APView500 | 相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子)、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波,波形實時顯示及故障波形查看,PQDIF格式文件存儲,內(nèi)存32G,16D0+22D1,通訊2RS485+1RS232+1GPS,3以太網(wǎng)接口(+1維護網(wǎng)口)+1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù),支持61850協(xié)議。 | |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 | 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出; | |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 | 合金片固定,CT感應取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125℃,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米; | |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 | 三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,實時及需量,本月和上月值,電流、電壓不平衡度,66種報警類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴展記錄,2-63次諧波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD顯示; | |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 | 8路溫度巡檢,預埋PT100,RS485接口,2路繼電器輸出; | |
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E | 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器;U、I、P、Q等全電參量測量;2路告警輸出;1路RS485通訊; | |
ATE400 | 合金片固定,CT感應取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125C,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米; | ||
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 | 無線溫濕度傳感器,溫度精度:±1℃,濕度精度:±3%RH,發(fā)射頻率:5min,傳輸距離:200m,電池壽命:≥3年(可更換) | |
ATC600 | 兩種工作模式:終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳,ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù),1路485,2路報警出口。 |
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護(帶方向、低壓閉鎖)、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護; | 操作回路、 雙以太網(wǎng)口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量
|
35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護(帶方向、低壓閉鎖)、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護; | ||
35kV主變 (2000kVA以上) | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護; | ||
AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護(帶方向、復合電壓閉鎖)、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停; | |||
35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護(帶方向、復合電壓閉鎖)、零序過流、過負荷保護(告警/跳閘)、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護; | ||
35kV電機 (2000kW以上) | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉等電機綜合保護; | ||
10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護(告警/跳閘)、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡; | ||
35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測; | ||
10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護(告警/跳閘)、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護; | ||
35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) | AM6-B | 兩進線備投/母聯(lián)備投/自適應備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護(帶方向、復合電壓閉鎖)、PT斷線告警、過負荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護; |
在當今世界科學技術和社會生產(chǎn)力迅速提高的今天,采用變電所自動化控制系統(tǒng),能夠地減少人員投入、提高工作效率,保證電力供應的高質、穩(wěn)定、連續(xù)和可靠運行,同時地提高了整個電力系統(tǒng)的自動化控制水平。本文對變電所自動化控制運行系統(tǒng)進行了概括性地分析和研究,隨著現(xiàn)代電力電子技術、網(wǎng)絡通信技術、自動化控制技術、計算機技術、AI等技術的迅速發(fā)展,必將進一步地提高變電所自動化控制系統(tǒng)的自動化程度,其功能亦將會更加完善和強大,以不斷滿足社會快速進步對電力發(fā)展的需要。
[1]劉介才.主編.工廠供電[M].機械工業(yè)出版社,2009.
[2]翁利民.主編.無人值班變電所的綜合自動化[M].江西電力,2000.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.
[4]王凱.變電所自動化控制系統(tǒng)應用與分析