【應(yīng)用案例】變電所自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用與分析

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  隨著近年來(lái)不斷地加大對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),電網(wǎng)投資與建設(shè)的規(guī)模亦不斷擴(kuò)大,對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、、智能化運(yùn)行亦提出了更高的要求,尤其是隨著當(dāng)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(yīng)運(yùn)產(chǎn)生了一種自動(dòng)控制及無(wú)人化運(yùn)行的系統(tǒng)——變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。利用計(jì)算機(jī)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(tǒng)將變電所的一次、二次設(shè)備(包括數(shù)據(jù)采集、運(yùn)行控制、保護(hù)、ATS自動(dòng)轉(zhuǎn)換設(shè)備等)進(jìn)行功能塊整合、分組和優(yōu)化,以實(shí)現(xiàn)對(duì)變電所設(shè)備進(jìn)行在線時(shí)測(cè)量、監(jiān)視、控制、記錄。

1變電所監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能

1.1 采集與處理數(shù)據(jù)

  主變運(yùn)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(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集和處理。微機(jī)系統(tǒng)通過(guò)采集以上數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新。

1.2 控制功能

  控制功能包括對(duì)變電所各電壓等級(jí)斷路器、消弧線圈、主變風(fēng)機(jī)、控制無(wú)功補(bǔ)償接觸器等進(jìn)行就地與遠(yuǎn)程控制。

1.3 報(bào)警事件處置

  控制系統(tǒng)有兩種報(bào)警類型,一:提示性報(bào)警,二:事故性報(bào)警。前者包括設(shè)備狀態(tài)一般性異常報(bào)警、數(shù)據(jù)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(hù)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以ms級(jí)時(shí)間單位對(duì)斷路器狀態(tài)、主變參數(shù)、一、二次線路參數(shù)、保護(hù)元件的動(dòng)作信號(hào)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(jī)上進(jìn)行打印。

1.5 在線統(tǒng)計(jì)計(jì)算

  根據(jù)采樣的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),能夠計(jì)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(shù)、主變溫度值、量動(dòng)作狀態(tài)等,并給出以上數(shù)據(jù)的按年、月、日進(jìn)行劃分的分時(shí)段統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。比如電壓、電流的值、,功率因數(shù)的合格率等。

1.6 顯示及打印畫(huà)面

  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(jì)數(shù)據(jù)、某些關(guān)鍵數(shù)據(jù)歷史變化曲線、某些報(bào)警事件,能夠打印歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警記錄等等。

1.7 系統(tǒng)的自我診斷和自我

  監(jiān)控系統(tǒng)能夠在線實(shí)時(shí)診斷系統(tǒng)的硬件、軟件運(yùn)行情況,一旦發(fā)現(xiàn)異常,即能生成并發(fā)出報(bào)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(shè)、軟件故障等,非嚴(yán)重的提示報(bào)警,系統(tǒng)可以進(jìn)行自我。

1.8 平日管理功能

  平日管理功能指負(fù)責(zé)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的工程師對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的日常檢查、管理、維護(hù)、更新優(yōu)化等工作。包括功能維護(hù)管理和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)管理兩方面內(nèi)容。功能維護(hù)管理包括自動(dòng)化控制系統(tǒng)的啟動(dòng)停止控制,對(duì)各種應(yīng)用功能運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè),各種應(yīng)用數(shù)據(jù)的顯示圖表的加載、生成和編輯。數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)是工程師對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的應(yīng)用參數(shù)進(jìn)行增刪和修改。

2繼電保護(hù)功能和應(yīng)用

2.1 保護(hù)功能

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

(2)110KV以下線路測(cè)控保護(hù)配置重合閘和過(guò)電流保護(hù),110KV以上線路測(cè)控保護(hù)配置零序電流保護(hù)、綜合重合閘保護(hù)等。

2.2 微機(jī)繼電保護(hù)原理

(1)硬件系統(tǒng):微機(jī)繼電保護(hù)硬件系統(tǒng)是由大量的IC(集成電路)組成,通常由CPU、定時(shí)器、存儲(chǔ)器、寄存器、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器(A/D轉(zhuǎn)換器)等組成)來(lái)完成微機(jī)繼電保護(hù)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(duì)包括輸入、輸出狀態(tài),設(shè)定、修改和顯示保護(hù)裝置的參數(shù)值進(jìn)行監(jiān)視,同時(shí)控制微機(jī)保護(hù)裝置的硬件電路狀態(tài);系統(tǒng)程序是監(jiān)控程序的運(yùn)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(yīng)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(tǒng)常見(jiàn)的有如下幾種通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù):(1)使用傳統(tǒng)的RS-232/485現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)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(xiàn)數(shù)據(jù)的中速傳輸,(3)采用Ethernet實(shí)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備的分布式連接。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由監(jiān)控主機(jī)、交換機(jī)、現(xiàn)場(chǎng)控制模塊組成,監(jiān)控主機(jī)通過(guò)Ethernet傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話,完成監(jiān)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(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作母線的電壓狀態(tài),當(dāng)工作母線故障、電源變壓器故障、斷路器因?yàn)槟撤N原因跳閘時(shí),將引起工作母線失壓,這時(shí)ATS應(yīng)該能夠瞬間自動(dòng)切換投入使用,以保證負(fù)荷的不間斷供電。

(2)當(dāng)ATS失電時(shí),ATS自投裝置應(yīng)不動(dòng)作,因?yàn)槿绻诖藸顟B(tài)下勉強(qiáng)對(duì)事故產(chǎn)生響應(yīng),將ATS切入網(wǎng)絡(luò),其不能發(fā)揮任何作用。(3)供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí),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(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(yù)測(cè)的惡化的后果。

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4.1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。

4.2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。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

  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)。

  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)事故跳閘到次數(shù)或開(kāi)關(guān)拉閘到次數(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。

  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。

  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。

5 系統(tǒng)硬件配置