淺析35kV變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：35kV變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要為無(wú)人值班形式，其設(shè)計(jì)應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)，其配置、功能包括設(shè)備的布置應(yīng)滿足電網(wǎng)、、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行以及信息分層傳輸、資源共享的原則。本文對(duì)35kV變電所微機(jī)保護(hù)及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：變電所；微機(jī)保護(hù)；綜合自動(dòng)化系設(shè)計(jì)

0引言

       變電站自動(dòng)化系統(tǒng)作為電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的一個(gè)子系統(tǒng)，應(yīng)服從電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的總體設(shè)計(jì)。根據(jù)各方面的考證，我們先擬訂這里的二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本情況如下：電氣二次設(shè)備室內(nèi)布置主變壓器保護(hù)柜、交流柜、直流柜、通信機(jī)柜、通信電源及匯控柜等。

       二次凹路監(jiān)控、保護(hù)、測(cè)量均采用DC220V和AC100V／5A。35kV側(cè)不設(shè)電壓互感器，35kV橋斷路器備自投電壓取自lOkV母線。

10kV系統(tǒng)應(yīng)無(wú)電源線。

       各元件就地測(cè)量表計(jì)均采用測(cè)控或保護(hù)裝置所帶顯示功能，不再另設(shè)表計(jì)。其中電能計(jì)量?jī)H為內(nèi)部考核使用，計(jì)費(fèi)專用電能汁量應(yīng)另行設(shè)計(jì)安裝。

       35kV和10kV斷路器與隔離開(kāi)關(guān)之間防誤操作利用開(kāi)關(guān)柜本身的機(jī)械五防閉鎖裝置，故不再另設(shè)閉鎖措施。

      變電所的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將變電所的繼電保護(hù)裝置、控制裝置、測(cè)量裝置、信號(hào)裝置綜合為一體，以全微機(jī)化的新型二次設(shè)備替代機(jī)電式的二次設(shè)備，用不同的模塊化軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)電式二次設(shè)備的功能，

用計(jì)算機(jī)局部網(wǎng)絡(luò)通信替代大量信號(hào)電纜的連接，通過(guò)人機(jī)接口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)變電所的綜合自動(dòng)化管理、監(jiān)視、控制及打印記錄等所有功能。

與常規(guī)變配電所的二次系統(tǒng)相比，變配電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：

     (1)功能綜合化

     (2)操作監(jiān)視屏幕化

     (3)結(jié)構(gòu)微機(jī)化

     (4)運(yùn)行管理智能化

      在本次設(shè)計(jì)中變電所綜合自動(dòng)化的監(jiān)測(cè)和保護(hù)裝置采用分布式的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)終端，具有遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)等功能，安裝在各個(gè)間隔單元內(nèi)。所有信息經(jīng)微機(jī)匯控單元，發(fā)送至控制端以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制端對(duì)本變電所的遠(yuǎn)方監(jiān)控，所內(nèi)不設(shè)當(dāng)?shù)匚C(jī)操作界面，留有當(dāng)?shù)乇O(jiān)控接口。

      在我們這里說(shuō)到微機(jī)保護(hù)提到目前一種先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)即SCADA系統(tǒng)，該系統(tǒng)的中文即為配電網(wǎng)監(jiān)視控制和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，我們可以看到配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)包括進(jìn)線監(jiān)視，lOkV變電所自動(dòng)化(SA)，饋線自動(dòng)化(FA)，變壓器巡檢與無(wú)功補(bǔ)償。其中進(jìn)線監(jiān)視是指對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)線變電站的開(kāi)關(guān)位置，母線電壓，線路電流，有功和無(wú)功功率以及電量的監(jiān)視。饋線自動(dòng)化(FA)是指在正常情況下，遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視饋線分段開(kāi)關(guān)與聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)和饋線電壓、電流的情況，而且能完成線路開(kāi)關(guān)的遠(yuǎn)方合閘和分閘操作，在發(fā)生故障時(shí)獲取故障記錄，并自動(dòng)判別和隔離饋線故障區(qū)段以及恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域供電。變壓器巡檢是指對(duì)配電網(wǎng)中變壓器、箱式變的參數(shù)遠(yuǎn)方監(jiān)視。無(wú)功補(bǔ)償是指對(duì)補(bǔ)償電容器的自動(dòng)投切和遠(yuǎn)方投切等。

      從各種資料我們可以看出利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(微處理器)采集和處理來(lái)自電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并通過(guò)數(shù)值計(jì)算迅速而準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)中發(fā)生故障的范圍，經(jīng)過(guò)嚴(yán)密邏輯過(guò)程后有選擇性地執(zhí)行跳閘等命

令。這種基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，就是微機(jī)保護(hù)。

微機(jī)保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

     (1)有強(qiáng)的綜合分析與判斷能力，自動(dòng)識(shí)別，排除干擾，可靠性高。

     (2)微機(jī)保護(hù)的特性主要是由軟件決定的，具有較大，保護(hù)性能的選擇和調(diào)試方便。

     (3)具有較完善的通信功能，便于構(gòu)成綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的自動(dòng)化水平。

     我們這里由于是35kV總降壓變電所設(shè)計(jì)，而且涉及到的都為一、二級(jí)負(fù)荷，因此考慮起見(jiàn)，我們這里需要增設(shè)備用電源自動(dòng)投切裝置(以下簡(jiǎn)稱備自投)。

     在要求供電可靠性較高的變配電所中，通常設(shè)有兩路及以上的電源進(jìn)線。如果裝設(shè)備用電源自動(dòng)投入裝置(APD)，則當(dāng)T作電源線路突然斷電時(shí)，在APD作用下，自動(dòng)將T作電源斷開(kāi)，將備用電源投入

運(yùn)行，從而大大提高供電可靠性，保證對(duì)用戶的不間斷供電。

     對(duì)備用電源自動(dòng)投入裝置的基本要求：

    (1)不論什么原因失去丁作電源，APD都能迅速起動(dòng)并投入備用電源；

    (2)在T作電源確已斷開(kāi)、而備用電源電壓也正常時(shí)，才允許投入備用電源；

    (3)APD應(yīng)只動(dòng)作一次，以免將備用電源重復(fù)投入性故障回路中；

   (4)當(dāng)電壓互感器二次回路斷線時(shí)，APD不應(yīng)誤動(dòng)作。

3.1方案綜述

     Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

     針對(duì)工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)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(luò)結(jié)構(gòu)，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(jī)熱備配置。

3.2應(yīng)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(jí)的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

      Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)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(hào)。

 

3.4.2 報(bào)警處理

      監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

     1）事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），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(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過(guò)手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

    2）對(duì)每一測(cè)量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)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(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

    3）開(kāi)關(guān)事故跳閘次數(shù)或開(kāi)關(guān)拉閘到某一次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

   4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報(bào)警器、語(yǔ)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(bào)警信息。

 

3.4.3 調(diào)節(jié)與控制

    操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

    操作控制分為四級(jí)：

    第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)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(xiàn)場(chǎng)操作。

    級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。

    第三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

    第四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)。

   原則上間隔層控制和設(shè)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(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對(duì)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(shè)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(jī)構(gòu)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(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

   3）定時(shí)控制。操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

   4）監(jiān)控系統(tǒng)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(duì)直流為110V（220V）、5A，對(duì)交流為220V、5A。

 

3.4.4 用戶權(quán)限管理

     系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

 

     在變電所綜合自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，微機(jī)保護(hù)自然要作為討論，在我們這里微機(jī)保護(hù)的保護(hù)內(nèi)容又表現(xiàn)為變壓器的微機(jī)保護(hù)，可以總結(jié)為以下幾點(diǎn)：變樂(lè)器差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)、瓦斯保護(hù)、過(guò)電流保護(hù)、溫度保護(hù)、備自投保護(hù)，彈簧未儲(chǔ)能、斷路器分合閘等等。

[1]余程.35kV變電所微機(jī)保護(hù)及綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)．

[2]黃夫平.對(duì)現(xiàn)代35kV變電站系統(tǒng)主設(shè)計(jì)的探討[J].廣東科技.2012(03)

[3]謝玉蘭.結(jié)合實(shí)例淺談變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].西南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2010(02)

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版．

作者介紹：

       任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)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(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。