浅析35kV变电站综合自动化设备的改造方案

安科瑞 彭海生
壹捌叁-贰壹玖零-零玖贰七

摘要：现代的变电站主要是利用计算机技术、电子技术、无线通讯、网络通信及电子脉冲信号处理技术,配合电子闭路监视、控制、测量、保护以及远程通信调度一系列的综合自动化技术。在经济改革的近10年中,商业活动和国民经济高速增长,因此,对于变电站的改造也要与此同步进行,以适应当今社会高速发展的需求。

关键词：综合自动化；自动化。

1 变电站综合自动化设备的改造原则

变电站综合自动化的设备改造需分为2次:首先,先建立自动化设备在线监测系统与变电站自动化系统集成。在线监测系统和变电站自动化系统集成的改造可以提高高压电气设备的运行可靠性,而且可以实现意义上的变电站无人化操作。其次,继续提高变电站设备的电脑智能化水平,引入PLC技术,实现变电站从多人操作到少人操作、从少人操作到无人电子操作配合规律巡视的平稳过渡:变电站的电脑设备引入先进的WEBServer技术和防火墙技术,使变电站的运行管理人员可通过Internet/lntranet实现远程访问和维护;结合无线通信工程,综合考虑变电站的调度通道等一系列的问题。

2 变电站综合自动化设备的改造方案

(1)系统一般采用双机冗余模式,分为站级层和间隔层2层。RTU兼做监控系统控制、测量模块方案该方案是在保留原远动装置基础上进行的升级换代以及扩容改造。系统以电脑监控系统为核心,与站级层构成双主机冗余备份系统,间隔层按功能单元划分,综合遥调、遥测、遥信、遥控、通讯于一体。

(2)全监控方案,采用分层布置方式,变电站保护和测控既又相互独立。保护装置工作不受测控和外部通信的影响,确保保护的性和可靠性;同时可以实现信息共享,为变电站综合自动化提供了完整的解决方案。该系统可分为以下3层。

①变电站层采用间隔层和通信层分布式系统结构,由远动、就地监控、“五防”主站组成。远动及就地监控均采用双机备用,增加可靠性。该层为变电值班人员、调度运行人员提供变电站监视、控制和管理功能。

②间隔层测控单元组、保护单元屏布置于主控室。测控单元采用WorldFlP高速现场总线组网,保护单元采用485口接入保护信息管理系统。

③通信层支持全以太网双网结构。双网采用均衡流量管理,地保证了网络传输的实时性和可靠性。通信协议采用电力行业标准规约,可方便地实现不同厂家的设备互连。支持不同的规约向不同的调度所或集控站转发不同的信息报文。支持GPS硬件对时网络。

3 变电站自动化改造中所需要注意的一些问题

3.1 变电站的事故信号的统一改造

当事故信号的问题在常规控制方式的变电站中,运行发生事故时变电站将产生事故报警音响并经过远动设备向调度自动化系统发出事故信号,调度自动化系统采用这个事故信号启动事故相应的处理软件(推出事故画面、启动报警音响等)。由此可以看出,事故信号在变电站的自动化操作中是非常重要的一个信号,尤其是在无人值守的变电站中,因为监控运行调度工作人员在同一时间内需要监控多个变电站的工作运行状态,因而变电站的事故信号也就成为了监控运行调度人员中止手头上的工作进而进入故障处理的重要信号。

以往使用计算机远动设备和保留控制屏幕的无人值守变电站里,通常产生事故信号的方法是在控制回路里加上一个双位置的记忆继电器,这种产生事故信号的办法多年前在使用RTU的无人值守改造工程中经常使用,事故信号的产生方式和控制屏操作KK开关与实际开关的位置不对应相同。而在110kv变电站事故信号的生成原理与RTU无人值守变电站的产生方法相类似。都是在回路上将操作回路里的KKJ继电器的后结合点与断路器位置信号点进行串联,从而能够形成一个电器单元的事故信号,这样在监控系统中仅仅需要把各电气单元的事故信号输入软件或者进行有序运算就能成为整个变电站的事故信号。

3.2 变电站的电力系统统一时钟改

造随着变电站的自动化程度日渐提高,整个运行系统中的时钟同步问题就开始变得受关注起来。只有把时间统一,才能够形成全站系统在gps时钟同步下开始运行监控以及事故后的故障分析,在需要了解和分析事故发生原因和过程时,更是可以通过查看各个节点开关的动作顺序作为依据。因此同步时钟是保障电网系统运行的的重要措施。

因为变电站中的自动化设备会来自不同的生产厂家,各个厂家的接口种类繁多,各种装置的数量也不尽相同,因而我们在实际的操作中经常会遇到诸如GPS对时接口和需要接受对时的设备接口无法通信的问题。因此在设计时,设计人员就应该对各种设备的接口问题进行统筹考虑。特别是保护测控装置和其他智能设备与后台监控设备之间的接口问题。因为变电站综合自动化改造后,组网方式往往是以以太网的形式出现,而大部分厂商的旧设备上只有串行接口或者PS485接口,或者在与其他厂家的设备需要通信的时候,因为协议的不兼容导致了通信失败。所以上述的问题都需要在设计之初对需要订购的设备进行统筹安排合理设计,在必要的时候增设协议转换设备,从而避免出现接口无法对接的情况发生。

3.3 变电站中监控系统改造的稳定性问题

在变电站综合自动化改造完成后,不论变电站是否有人值守,操作人员不论是否在变电站内或是不在主控站内调度室内,也都能够通过显示器对所有的变电站进行的监控和操作。因而变电站内的监控系统是不是能够长时间保持稳定、无故障的运行,就成为了提高变电站运行管理水平的关键因素了。

在变电站自动化改造完成后,许多的运行维护任务都需要通过计算机来完成。但是因为综合自动化装置的硬件更新升级速度非常快,因此选择的设备有可能在短时间内就成为落伍的产品。而监控软件由于涉及的局限性只有在运行中才能发现BUG,BUG也容易导致监控工作不能够正常运行。从而影响了变电站系统的运转。随着各类综合自动化技术的不断提高,以上的问题都会逐步得到解决。同时也需要设计人员要及时学习了解各类硬件设备。在选择综合自动化产品以及所需的后台监控系统设备时候,能够进行综合考量。统筹各方面的因素,选择一款程序运行稳定性高,功能齐全的综合自动化产品。

4安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统

4.1方案综述

Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成，并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控，并与远方监控、调度通信；间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

针对工程具体情况，设计方案具有高可靠性，易于扩充和友好的人机界面，性能价格比优越，监控系统由站控层和间隔层两部分组成，采用分层分布式网络结构，站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。

4.2应用场所：

适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。

4.3系统结构

4.4系统功能

4.4.1 实时监测

Acrel-1000变电站综合自动化系统，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

4.4.2 报警处理

监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。

1）事故报警。事故状态方式时，事故报警立即发出音响报警（报警音量任意调节），操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位，同时弹窗显示红色报警条文，报警分为实时报警和历史报警，历史报警条文具备选择查询并打印的功能。

事故报警通过手动，每次确认一次报警。报警一旦确认，声音、闪光即停止。

次事故报警发生阶段，允许下一个报警信号进入，即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。

2）对每一测量值（包括计算量值），由用户序列设置四种规定的运行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分别定义作为预告报警和事故报警。

3）开关事故跳闸到指定次数或开关拉闸到指定次数，推出报警信息，提示用户检修。

4）报警方式。

报警方式具有多种表现形式，包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式，用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

4.4.3 调节与控制

操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上实施监护，避免误操作。

操作控制分为四级：

第控制，设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时，将闭锁所有其他控制功能，只进行现场操作。

级控制，间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。

第三级控制，站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成，具有远方/站控层的切换。

第四级控制，远方控制，优先级。

原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即选择、返校、执行，并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码，以确保操作的性和正确性。对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。

纳入控制的设备有：35kV及以下断路器；35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关；站用电380V断路器；主变压器分接头；继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。

3）定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作，设定启动和关闭时间，完成定时控制。

4）监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点，接点的容量对直流为110V（220V）、5A，对交流为220V、5A。

4.4.4 用户权限管理

系统设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员、维护员、值班员组等），在每个权限组里添加用户名和密码，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。

5系统硬件配置

6 结语变电站的综合自动化是未来变电站发展的必然的道路,综合自动化变电站的优越性在供电质量、变电站性、变电站可靠性的运行方面都会有较好的表现。

参考文献

[1] 陈赞.35kV变电站综合自动化改造．
[2] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版．