Acrel-1000變電站綜合自動化係統應用

簡婷

开云体育手机下载教程 上海嘉定  201801

摘 要：變電站綜合自動化係統是將變電站內(nei) 的二次設備經過功能的組合和優(you) 化設計，利用先進的計算機技術、通信技術、信號處理技術，實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、控製、保護、並與(yu) 上級調度通信的綜合性自動化功能。為(wei) 了掌握變電站自動化控製係統研究成果，結合變電站綜合自動化係統發展曆程、對Acrel-1000安科瑞變電站綜合自動化係統主要功能進行闡述， 並總結目前該變電站自動化控製係統存在的問題及發展趨勢。通過了解我國變電站綜合自動化係統的現狀，可以為(wei) 該係統後續的優(you) 化改進提供參考依據。

關(guan) 鍵詞：變電站；信號處理技術；調度通信；綜合自動化係統

01 概述

      變電站是電力網絡的節點，它連接線路輸送電能。綜合變電站自動化技術在變電站中應用，通過先進的電子通訊技術、智能控製技術、信號處理等技術，實現對相關(guan) 設備的合理、智能化控製，進一步提高了供電係統的可靠性。盡管我國在變電站綜合自動化係統方麵取得了一定的成績，但我們(men) 對其核心技術掌握還不夠深入，且在其應用過程中經常出現選型不完善、不合理現象。因此，對變電站綜合自動化係統進行深入研究與(yu) 分析，進一步研究變電站綜合自動化技術的發展提供參考，實現物質與(yu) 能量循環利用。

02 變電站綜合自動化係統發展過程

變電站綜合自動化係統是指完成以下基本功能：

● 從(cong) 當地和遠方獲取電力係統信息；

● 支持當地手動和自動功能；

● 在變電站自動化係統和電網管理係統之間，提供與(yu) 開關(guan) 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）不同程度的組合來實現。

變電站綜合自動化係統的發展主要經曆了三個(ge) 階段：

（1）曆，開關(guan) 設備和網絡管理係統的接口是在各變電站的遠方終端單元（RTU）。RTU是一個(ge) 集中單元，含有大量的輸入與(yu) 輸出，基本沒有當地功能，但是具有與(yu) 遠方網絡控製係統的通信功能。結構上僅(jin) 是站級概念，現場有關(guan) 重要信息（如保護動作信息等）通過硬接點送給RTU裝置，變電站的監測量一般經變送器變換後送給RTU，開關(guan) 量監測是直接引至RTU，RTU的控製輸出一般經遙控執行櫃發出控製命令。整體(ti) 係統功能不強、硬件設備重複、整體(ti) 性能指標低、適合於(yu) 老係統改造。

（2）相比於(yu) RTU，變電站自動化係統以不同程度的分散結構實現上述基本功能，通過這些功能可對變電站進行管理，實現從(cong) 線路隔離與(yu) 接地到收集狀態監測數據等所有自動化功能。RTU的通信功能在變電站自動化發展中變為(wei) 通信接口，由通信網關(guan) 執行，根據所用的通信協議，網關(guan) 將規約雙向轉換（即規約轉換器），在變電站自動化分布式智能電子設備中存儲(chu) 的信息通過網關(guan) 傳(chuan) 送給SCADA主站與(yu) 遠方調度電網管理係統。

（3）隨著信息技術已經進步到可以實現廣域保護，依靠協調防禦計劃來保護整個(ge) 電力係統，以及IEC61850作為(wei) 《變電站通信網絡和係統》的新國際標準，數字化變電站將以三層兩(liang) 網式部署，三層分別是指站控層設備、間隔層設備和過程層設備，兩(liang) 網分別是指站控層網絡和過程層網絡。間隔層包括數字式保護、計量、監控等二次設備，負責間隔內(nei) 信息的運算處理與(yu) 控製，以及與(yu) 過程層和站控層之間的網絡通信工作；過程層主要包括電子式互感器、合並單元、智能斷路器、智能開關(guan) 、智能終端，該層主要實現信號的采集和對係統的操作控製。三層設備之間通過分層、分布、開放式的兩(liang) 層網絡實現連接，兩(liang) 層網絡物理上相互獨立，站控層網絡構建為(wei) 全站統一的MMS網，過程層網絡則包括GOOSE網和SV網。但數字化變電站設置了大量的智能終端、交換機等過程層設備，使得整體(ti) 動作延時增加、網絡複雜。

03 Acrel-1000變電站綜合自動化係統解決(jue) 方案

      Acrel-1000變電站綜合自動化係統采用一台或兩(liang) 台監控主機實現變電站的所有繼電保護、測量監視、操作控製、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實現集中信息采集、集中處理運算、集中展示交互。具有工作可靠、結構簡單、性價(jia) 比高等優(you) 點。

圖2 Acrel-1000變電站綜合自動化係統拓撲圖

方案綜述

      Acrel-1000變電站綜合自動化監控係統采用集中式監控方案，其中主變部分由AM5SE係列微機保護裝置配置整套主變保護屏，實現主變的差動保護、後備保護、非電量保護及主變溫度監測與(yu) 檔位控製；其他回路及回路就地配置AM5SE係列微機保護裝置。實現對電氣量采集和對電氣設備（如斷路器）的狀態監視、控製和調節，發生故障時，由微機保護裝置完成瞬態電氣量的采集、監視和控製，迅速切除故障設備和完成事故後的恢複操作。

      為(wei) 總變配置1套DC220V/100AH櫃式交直流電源，各區域變電所在高壓櫃配置DC220V/20AH分布式直流電源，為(wei) 整個(ge) 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。

      在通信室配置一台時鍾同步裝置，實現變電站內(nei) 所有微機保護裝置、監控主機、規約轉換裝置、遠動裝置、廠站采集終端的時鍾同步。

      在通信室配置一套變電站綜自自動化係統，通過規約轉換裝置采集站內(nei) UPS、直流屏數據，通過光纖組網與(yu) 分散的各區域變電所通信實現變電站綜合自動化監控與(yu) 管理。

      在通信室配置一麵通訊屏、一麵調度數據網屏，通過通道點對點方式實現變電站與(yu) 調度端通訊。調度數據網屏配置數據路由器、交換機、縱向加密裝置、網絡安全監測裝置等設備，提供變電站內(nei) 數據調度上傳(chuan) 通道，並對該電力調度數據網進行網絡安全監測，廠站采集終端實現站內(nei) 的總電能計量與(yu) 所用變計量。

功能需求

（1）電氣設備安全防護

      在35kV、10kV配電係統中配置AM5SE係列微機保護裝置，其中35kV主變配置整套主變保護屏，實現主變的差動保護、後備保護、非電量保護及主變溫度監測與(yu) 檔位控製；35kV其他回路及10kV各回路就地配置AM5SE係列微機保護裝置。

● 進線保護：

      35kV進線櫃各配置一台線路保護AM5SE-F（如需光纖差動保護，則配置AM6-LD，與(yu) 對側(ce) 保持一致），當回路故障時，用於(yu) 跳開本櫃斷路器，切斷故障。35kV進線櫃各配置一台電能質量監測裝置APView500，監測電能質量如電壓諧波與(yu) 不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與(yu) 閃變等穩態數據、電壓暫升/暫降/短時中斷暫態數據，當檢測到電能質量異常時，觸發故障錄波與(yu) 數據記錄，為(wei) 後續的電能質量分析提供數據支撐。

● 主變壓器保護：

      為(wei) 了實時觀察和集中管理降壓變壓器運行狀態，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，配置一台主變保護屏。屏櫃設立在電氣監控室，屏櫃上裝設1台差動保護裝置AM5SE-D2、1台高後備保護裝置AM5SE-TB、1台低後備保護裝置AM5SE-TB、1台高側(ce) 測控裝置AM5SE-K、1台低側(ce) 測控裝置AM5SE-K、1隻變壓器溫控儀(yi) ARTM-8、1台檔位變送器UP858-19AN及轉換開關(guan) 、壓板、空氣開關(guan) 等其他控製設備。差動保護裝置：作為(wei) 降壓變壓器內(nei) 部及引出線短路故障的主保護，動作後跳降壓變壓器高低兩(liang) 側(ce) 斷路器；高後備保護裝置：作為(wei) 35kV側(ce) 的後備保護以及變壓器的非電量保護，動作後跳降壓變壓器高低兩(liang) 側(ce) 斷路器；低後備保護裝置：作為(wei) 10kV側(ce) 的後備保護，動作後跳降壓變壓器高低兩(liang) 側(ce) 斷路器；高側(ce) 測控裝置：用於(yu) 監測35kV側(ce) 測量電流、測量電壓；低側(ce) 測控裝置：用於(yu) 監測10kV側(ce) 測量電流、測量電壓；變壓器溫控器：監測降壓變壓器內(nei) 部繞組溫度；檔位變送器：用於(yu) 降壓變壓器檔位測量及有載調壓。

● 母聯保護：

      母聯櫃配置一台備自投保護裝置AM5SE-B，用於(yu) 實現兩(liang) 進線和母聯之間的自動投切（進線備自投/母聯備自投/聯切備自投/自適應備自投），同時實現母聯保護功能。

● PT保護：

      PT櫃配置一台PT並列及監測裝置AM5SE-UB，實現兩(liang) 台PT櫃間的切換以及監測，當回路電壓出現異常時，及時發出告警信號。

● 開關(guan) 櫃綜合測控及電氣節點測溫：

      35kV各開關(guan) 櫃配置一台智能操控無線測溫裝置ASD320，其中PT櫃采用3點電池型測溫傳(chuan) 感器ATE400，用於(yu) 監測母排溫度；其他櫃子均采用12點測溫傳(chuan) 感器ATE400，用於(yu) 監測母排、斷路器上觸頭斷路器下出頭、電纜出線處的溫度。

● 弧光保護：

      進線櫃配置一台弧光保護主控單元ARB5-M，母聯櫃配置一台弧光保護擴展單元ARB5-E，各開關(guan) 櫃母線室配置一隻弧光傳(chuan) 感器ARB5-S，當母線室發生弧光故障時，弧光保護主控單元及時跳開被保護母線的進線、母聯和其他電源支路斷路器。

（2）本地數據采集

      變電站綜合自動化係統需采集站內(nei) 設備信息集中分析管理，根據數據類型主要分為(wei) 遙測、遙信、電能三類數據，網關(guan) 將規約雙向轉換（即規約轉換器），在變電站自動化分布式智能電子設備中存儲(chu) 的信息通過網關(guan) 傳(chuan) 送給SCADA主站。

（3）電力係統安全防護

      為(wei) 了加強變電站綜合自動化監控係統安全防護，抵禦及惡意代碼等對監控係統發起的惡意破壞和攻擊，以及其它非法操作，防止電力監控係統癱瘓和失控，和由此導致的變電站一次係統事故和其他事故，需製定電力安全防護方案。

      項目實施需配置變電站綜合自動化係統、電能量采集裝置、調度數據網係統。

● 變電站綜合自動化係統

      變電站綜合自動化係統采用係統組態軟件Acrel-1000變電站綜合自動化監控係統，配置一台監控後台主機兼操作員站。主要實現變電站的數據采集、監視和控製功能，以監測控製計算機為(wei) 主體(ti) ，加上檢測裝置、執行機構與(yu) 被監測控製的對象（生產(chan) 過程）共同構成的整體(ti) 。在這個(ge) 係統中，計算機直接參與(yu) 被監控對象的檢測、監督和控製，采用IEC104規約、端口號2404，並實時與(yu) 地調自動化主站係統進行數據傳(chuan) 輸。

● 電能量采集裝置

      配備一套廠站采集終端電能量采集裝置。電能量采集器是一種用於(yu) 采集、存儲(chu) 和轉送電站關(guan) 口表采集和生成的計量計費信息的裝置。裝置通過與(yu) 電度表通信，收集電度表采集和生成的計量計費信息。采集器通過調度數據網非實時業(ye) 務與(yu) 計量計費主係統通信，地調接入網上傳(chuan) 通信端口為(wei) 1020，上報所采集和生成的的計量計費信息。

● 調度數據網係統

      調度數據網係統是一種為(wei) 電力調度生產(chan) 服務的廣域數據網絡，是電力調度生產(chan) 部門之間及電力調度生產(chan) 部門與(yu) 發電廠、變電站之間計算機監控係統等實時和準實時數據通信的基礎設施，是確保電網安全、穩定、經濟運行的重要手段。一般由路由器、交換機、縱向加密裝置、網絡安全監測裝置、橫向隔離裝置、防火牆裝置組成。

04 係統功能

實時監測

      Acrel-1000變電站綜合自動化係統人機界麵友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關(guan) 、地刀等合、分閘狀態及有關(guan) 故障、告警等信號。其中，配電係統中監測的開關(guan) 量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲(chu) 能狀態信號、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 實時監測主界麵圖

電參量查詢

      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、總無功功率、總功率因數、正向有功電能等，並可以查看24小時相電流趨勢曲線。

圖4 電參量查詢界麵圖

運行報表

      能查詢各回路或設備時間的運行參數，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、總無功功率、正向有功電能等。 

圖5 電參量運行統計報表界麵圖

曆史事件查詢

      能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲(chu) 和管理，方便用戶對係統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

電能數據展示

      具備定時抄表匯總統計功能，用戶可以自由查詢自係統正常運行以來任意時間段內(nei) 各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與(yu) 各分支回路消耗電量的統計分析報表，也可通過棒狀圖形式展示分時電度信息。

圖7 分時電度界麵圖

網絡拓撲圖

      係統支持實時監視接入係統的各設備的通信狀態，能夠完整的顯示整個(ge) 係統網絡結構；可在線診斷設備通信狀態，發生網絡異常時能自動在界麵上顯示故障設備或元件及其故障部位。

圖8 站內(nei) 設備係統網絡拓撲圖

遙控功能

      可以對整個(ge) 配電係統範圍內(nei) 的設備進行遠程遙控操作。配電係統維護人員可以通過監控係統的主界麵完成遙控操作，並遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行調度係統或站內(nei) 相應的操作命令。

05 結語

      隨著通信媒介、通信能力、處理能力的進步，變電站綜合自動化需求會(hui) 大大增加，變電站間的通信也會(hui) 產(chan) 生更高的安全性，因此邁向變電站自動化是大勢所趨，變電站綜合自動化係統對實現電網調度自動化和運維管理現代化，提高電網的安全和可靠運行水平起到了很大的作用。

作者簡介：簡婷，女，本科，現就職於(yu) 开云体育手机下载教程，主要研究方向為(wei) 建築能耗監測係統。