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簡談變電站綜合自動化系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用分析

更新時間：2022-09-27

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吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：變電站綜合自動化系統(tǒng)在變電站的應(yīng)用主要表現(xiàn)在將電氣設(shè)備側(cè)的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號系統(tǒng)實時處理保存為有用的信息數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)的完整性和一致性。相較于傳統(tǒng)的常規(guī)變電站二次系統(tǒng)，變電站綜合自動化系統(tǒng)使得變電站運維管理上更加便捷和安全可靠，能夠在很大程度上提高變電站的工作效率，電網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，自動化水平的提高，變電站的二次系統(tǒng)已經(jīng)基本實現(xiàn)了變電站綜合自動化，通過綜合自動化系統(tǒng)可以對繼電保護(hù)進(jìn)行自檢互檢，具有故障錄波、事件記錄、運行監(jiān)視和控制等功能，降低了運行維護(hù)成本，提高了變電站安全可靠運行水平。

關(guān)鍵詞：變電站；綜合自動化系統(tǒng)；繼電保護(hù)；變電站安全

1 變電站綜合自動化系統(tǒng)核心功能和設(shè)計原則

目前電網(wǎng)中的變電站基本上已經(jīng)實現(xiàn)了變電站綜合自動化，具有“四遙功能"遙控、遙調(diào)、遙測、遙信功能，主要體現(xiàn)在以下三部分內(nèi)容：

1）隨時在線監(jiān)視電網(wǎng)的運行參數(shù)、設(shè)備運行狀況，自檢、自診斷設(shè)備本身的異常運行，發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)備異常變化或裝置內(nèi)部異常時，立即自動報警并使相應(yīng)的閉鎖出口動作，以防止事故擴(kuò)大；

2）電網(wǎng)出現(xiàn)事故時，快速采樣、判斷、決策、迅速隔離和事故，將故障控制在范圍；

3）完成變電站運行參數(shù)在線計算、存儲、統(tǒng)計、分析報表、遠(yuǎn)傳和保證電能質(zhì)量的自動遙控調(diào)整。

變電站綜合自動化系統(tǒng)在建設(shè)或者技術(shù)改造過程中需要遵循的原則，主要表現(xiàn)為以下兩個方面。

·在中低壓變電站中使用綜合自動化系統(tǒng)，可以更好地實施無人值班少人值守，從而達(dá)到減人增效的目的，提高變電站的科技化管理水平；

·對高壓變電站的建設(shè)或技術(shù)改造來說，要求采用先進(jìn)的控制方式，解決在技術(shù)上分散，提高變電站運行的可靠性。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的技術(shù)問題

在變電站綜合自動化系統(tǒng)中，各系統(tǒng)單元裝置不同產(chǎn)品源自不同廠家，在產(chǎn)品選型方面給用戶增加了不少麻煩，主要體現(xiàn)在以下兩部分內(nèi)容：

·綜保裝置生產(chǎn)廠家問題

目前，在變電站綜合自動化系統(tǒng)的選型中存在著如所產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)，系統(tǒng)功能不夠，系統(tǒng)性能不達(dá)標(biāo)等情況，主要有以下幾個方面。

由于一些自動化設(shè)備的生產(chǎn)廠家過分重視經(jīng)濟(jì)效益，以及用戶過分追求技術(shù)含量，從而忽略了產(chǎn)品的性能和實用性，例如自動化裝置受周圍環(huán)境溫度的影響，而引起保護(hù)的偏差。從而導(dǎo)致一批技術(shù)含量較高，但產(chǎn)品質(zhì)量并不過關(guān)，這批所謂的高技術(shù)產(chǎn)品不斷被使用。

有些設(shè)備廠家對某產(chǎn)品只進(jìn)行技術(shù)鑒定，而沒進(jìn)行產(chǎn)品鑒定；其生產(chǎn)廠家對變電站綜合自動化系統(tǒng)的作用、功能、結(jié)構(gòu)及各項技術(shù)性能指標(biāo)介紹不完整，致使電力企業(yè)內(nèi)部的人員對系統(tǒng)的認(rèn)識不夠透徹，造成很多的設(shè)計漏洞。如某變電所根據(jù)電力系統(tǒng)的要求要設(shè)置低電壓保護(hù)，但是生產(chǎn)廠家的綜保裝置沒有該功能，但有低壓減載功能，這樣就使操作人員的工作量增加，還影響工程建設(shè)的進(jìn)度。

·各個系統(tǒng)單元裝置不同產(chǎn)品的接口問題

在綜合自動化系統(tǒng)中，各系統(tǒng)單元裝置不同產(chǎn)品的接口問題一直都是一個非常重要卻沒有很好的解決方法的問題。不同的廠家生產(chǎn)的通訊接口的生產(chǎn)方式和規(guī)格、用途不一樣，這就使得當(dāng)使用不同廠家生產(chǎn)的數(shù)據(jù)接口時，軟件研究人員需要花許多的經(jīng)歷去解決諸如：故障錄波、通信控制器與無功裝置等、檔位變送器、小電流接地裝置、通信控制器與主站、保護(hù)、模擬盤與通信控制器等設(shè)備之間的通信問題。

3 Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)解決方案

方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式監(jiān)控方案，其中主變部分由AM5SE系列微機(jī)保護(hù)裝置配置整套主變保護(hù)屏，實現(xiàn)主變的差動保護(hù)、后備保護(hù)、非電量保護(hù)及主變溫度監(jiān)測與檔位控制；其他回路及回路就地配置AM5SE系列微機(jī)保護(hù)裝置，實現(xiàn)對電氣量采集和對電氣設(shè)備（如斷路器）的狀態(tài)監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，發(fā)生故障時，由微機(jī)保護(hù)裝置完成瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制，迅速切除故障設(shè)備和完成事故后的恢復(fù)操作；同時配置公用測控屏裝載AM系列測控裝置，采集站內(nèi)設(shè)備故障/事故信號。站內(nèi)保護(hù)裝置/智能監(jiān)控設(shè)備通過通信管理機(jī)或規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置將數(shù)據(jù)采集后上傳給SCADA監(jiān)控主機(jī)或上傳給遠(yuǎn)動通信裝置再縱向加密后上傳調(diào)度平臺。站內(nèi)按電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)范要求配置網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置，保障監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全，防御入侵。

針對變電站綜自系統(tǒng)存在問題的解決方案

電氣設(shè)備安全防護(hù)問題解決方案

在35kV、10kV變電站變配電系統(tǒng)中可配置AM5SE系列微機(jī)保護(hù)裝置，AM5SE系列微機(jī)保護(hù)裝置有以下幾點優(yōu)勢，平衡設(shè)備帶來的經(jīng)濟(jì)效益和產(chǎn)品自身的技術(shù)含量以及產(chǎn)品的品質(zhì)問題。

在產(chǎn)品設(shè)計方面，裝置具有統(tǒng)一的硬件，包括電源模塊、CPU模塊、開入開出模塊、控制回路模塊、模擬量采集、通信模塊等；整體采用模塊化設(shè)計，通用性強(qiáng)，能在同一硬件平臺上針對不同一次設(shè)備靈活配置保護(hù)功能，實現(xiàn)35kV及以下電壓等級的變配電站及設(shè)備的保護(hù)測控功能，包括35kV進(jìn)線/主變壓器（一般容量2000kVA以上）/PT/母聯(lián)、10kV進(jìn)線/饋線/配電變壓器（一般容量2000kVA以下）/高壓電動機(jī)/高壓電容器/母聯(lián)/PT等設(shè)備的保護(hù)和自動控制功能。

在接口資源方面，裝置具有12路模擬量通道，可選擇為保護(hù)電流、測量電流、電壓輸入；交流電壓輸入端口應(yīng)可接相電壓，也可接線電壓或零序電壓或不平衡電壓，適應(yīng)各種PT接線方式。保護(hù)電流和測量電流通道可分別接三相電流；另外兩個交流電流通道可以接零序電流、不平衡電流或者線路電流。具有零序電流和零序電壓測量功能，并與電力監(jiān)控系統(tǒng)配合實現(xiàn)小電流接地選線功能。還具有2路RS485串行通信接口和2路以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC60870-5-103、IEC60870-5-101規(guī)約。

在產(chǎn)品實用性方面，裝置采用全圖形化編程技術(shù)，可以根據(jù)需要對裝置進(jìn)行邏輯編程，滿足用戶的特殊要求。如果裝置在使用過程中需要更換保護(hù)功能，只需通過裝置的維護(hù)端口更新內(nèi)置邏輯圖即可，實現(xiàn)方式簡單靈活。

在產(chǎn)品質(zhì)量方面，裝置在國家繼電保護(hù)及自動化設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督檢測的第三方型式試驗取得型式試驗報告和電磁兼容檢驗報告，通過輻射發(fā)射限值檢驗、傳導(dǎo)發(fā)射限值檢驗、射頻電磁場輻射抗擾度、靜電放電抗擾度、射頻場感應(yīng)傳導(dǎo)騷擾抗擾度、電快速瞬變脈沖群抗擾度、慢速阻尼振蕩波抗擾度、浪涌抗擾度、工頻磁場抗擾度、交流和直流電壓暫降中斷等10 項電磁兼容檢測認(rèn)證，其中快速瞬變、靜電放電、浪涌抗干擾性能均達(dá)到Ⅳ級要求。

數(shù)據(jù)通信問題解決方案

變電站綜合自動化系統(tǒng)需采集站內(nèi)設(shè)備信息集中分析管理，由于各個系統(tǒng)單元裝置不同產(chǎn)品存在接口問題，為了使這一問題得到妥善的解決，我們將各個系統(tǒng)單元裝置通信接口經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為開放的、統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，讓用戶可以根據(jù)自己的需求選擇合適的接口。

ANet系列智能通信管理機(jī)采用嵌入式硬件計算機(jī)平臺，具有多個下行通信接口及一個或者多個上行網(wǎng)絡(luò)接口，用于將一個目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有的智能監(jiān)控/保護(hù)裝置的通信數(shù)據(jù)整理匯總后，實時上傳主站系統(tǒng)，完成遙信、遙測等能源數(shù)據(jù)采集功能。同時，支持接收上級主站系統(tǒng)下達(dá)的命令，并轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的智能系列單元，完成對廠站內(nèi)各開關(guān)設(shè)備的分、合閘遠(yuǎn)方控制或裝置的參數(shù)整定，實現(xiàn)遙控和遙調(diào)功能，以達(dá)到遠(yuǎn)動輸出調(diào)度命令的目標(biāo)。ANet系列網(wǎng)關(guān)作為自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)測設(shè)備之間的通信接口設(shè)備，提供豐富的規(guī)約庫支持，與不同二次設(shè)備供應(yīng)商的智能設(shè)備互聯(lián)，實現(xiàn)了規(guī)約轉(zhuǎn)換、接口匹配、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等三項功能。

4 Acrel-1000綜自系統(tǒng)主要功能

實時監(jiān)測

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(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)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(hù)跳閘信號和事故預(yù)告信。

運行報表

系統(tǒng)將變電站運行參數(shù)通過在線計算、存儲、統(tǒng)計等方式處理后以報表形式呈現(xiàn)，可查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

故障錄波

系統(tǒng)能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護(hù)是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。（故障前8個周波，后各4個周波，AM5SE系列繼電保護(hù)裝置每個周波24個點）

事故追憶

系統(tǒng)能夠自動記錄事故時刻前后一段時間（前后各10個點的數(shù)據(jù)，約10-20秒）的所有實時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置、保護(hù)動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)允許的操作系統(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），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

5 結(jié)語

變電站綜合自動化系統(tǒng)在變電站的作用越來越顯著，對實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和運維管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運行水平起到了很大的作用，因此電網(wǎng)中的變電站要進(jìn)一步加強(qiáng)綜合自動化系統(tǒng)水平，提高運維人員的技能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

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作者介紹：

吳柯霓，女，銷售工程師，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化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。