淺析10kV～35kV 變電站綜合自動化系統設計與應用

更新時間：2023-05-26

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胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定

摘要：變電站綜合自動化是自動化技術、計算機技術和通信技術等高科技在變電站領域的綜合應用。通過采集到比較齊全的數據和信息,利用計算機的高速計算能力和邏輯判斷能力,可方便的監視和控制變電站內各種設備的運行和操作。本文利用現代計算機技術、通信技術將變電站的二次設備經過功能的組合和優化設計,采用多臺微型計算機和大規模集成電路組成的自動化系統,改變常規的測量和監視儀表,代替常規控制屏、信號系統和遠動屏,用微機保護代替常規的繼電保護屏,從而改變了常規的繼電保護裝置不能與外界通信的缺陷,實現了對全站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護,以及與調度通信等綜合性的自動化功能。

關鍵詞：變壓站;綜合自動化系統;系統設計;變壓站改造

0 引言

隨著我國電力工業和電力系統的發展,對變電站的、經濟運行要求越來越高,通過實現變電站綜合自動化,可以提高電網的、經濟運行水平,減少基建投資,并為推廣變電站無人值班提供了手段。隨著電網復雜程度的增加,各級調度要求更多的信息,以便及時掌握電網及變電站的運行情況。為提高變電站的可控性,要求采用更多的遠方集中控制、集中操作和反事故措施,本文利用現代計算機技術、通信技術等,提供先進的技術裝備,可改變傳統的二次設備模式,實現信息共享,簡化系統,減少電纜,減少占地面積,對變電站進行的技術改造。變電站綜合自動化是將變電站的二次設備經過功能的組合和優化設計,利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信號處理技術、實現對全站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、自動控制和微機保護,以及與調度通信等綜合性的自動化功能。通過變電站自動化可提高供電質量,提高電壓合格率;可提高變電站的、可靠運行水平;可提高電力系統的運行、管理水平;縮小變電站占地面積,降低造價,減少總投資;減少維護工作量,減少值班員勞動,實現減人增效。

1變電站綜合自動化的基本功能

1.1 監控系統的功能

對于以往的變電站技術改造和對于新建的變電站采用先進的技術,都要提高變電站的自動化水平,逐步實現無人值班和調度自動化。結合我國的情況,變電站綜合自動化系統的要實現下述五個方面的變化:(1)監控系統應取代常規的測量系統;(2)取代指針式儀表;(3)改變常規的操作機構和模擬盤;(4)取代常規的告警、報警、信號、光字牌等;(5)取代常規的遠動裝置等。

1.2 操作控制及人機聯系功能

操作人員可通過CRT屏幕對斷路器和隔離開關進行投、切控制,同時要能接受遙控操作命令,進行遠方操作;為防止計算機系統故障時無法操作被控設備,在設計時,應保留人工直接跳、合閘手段。監控系統在運行過程中,對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量,要不斷的進行越限監視,如發現越限,立刻發出告警信號,同時記錄和顯示和越限值,另外,還要監視保護裝置是否失電,自控裝置是否正常等。操作人員或調度員只要面對CRT顯示器的屏幕,通過操作鼠標或鍵盤,就可以對全站的運行情況和運行參數一目了然,可以對全站的斷路器和隔離開關等進行分、合操作,改變了傳統的依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏等手段的操作方式。包括:采集和計算的實時運行參數;實時主接線圖;事件順序記錄;越限報警顯示;值班記錄顯示;歷史趨勢顯示;保護定值和自控裝置的設定顯示等。變電站投入運行后,隨著送電量的變化,保護定值、越限值等需要修改,甚至由于負荷的增長,需要更換原有的設備。監控系統可完成定時打印報表和日志、開關操作記錄打印、事件順序記錄打印等。

1.3 微機保護系統的功能

變電站綜合自動化系統具有保證、可靠供電和提高電能質量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質量的重要指標,因此,電壓、無功控制的具體調控目標如下:(1)維持供電電壓在規定的范內;(2)保持電力系統穩定和合適的無功平衡;(3)保證電壓合格的前提下使電能損耗為。在變電站中,對電壓和無功的自動控制,主要是自動調節有載變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設備的投、切或控制其運行工況。電力系統的頻率是電能質量重要的指標之一。電力系統頻率偏移過大時,發電設備和用電設備都會受到不良的影響。因而當系統發生有功功率缺額的事故時,迅速地切斷部分負荷,減小系統的有功缺額,使系統頻率維持在正常水平或允許的范圍內。在具有兩路電源供電的變電所中,電源進線可分為工作電源進線和備用電源進線兩種。備用電源自投裝置就是當工作電源因故障被斷開后,能自動的而迅速的將備用電源投入工作的裝置。

2變電站綜合自動化系統的硬件結構特點

變電站自動化系統的結構形式有集中式、分層分布式、分散與集中相結合三種類型,本文采用的是分散與集中相結合的結構。對于10kV～35kV的配電線路,可以將這個的保護、測量、控制單元分散安裝在各個開關柜中,然后由監控主機通過光纖或電纜網絡,對它們進行管理和交換信息。至于高壓線路保護裝置和變壓器保護裝置,仍可采用集中組屏安裝在控制室內。因此,本文所采用的硬件結構是:(1)

10kV～35kV饋線保護采用分散式結構,就地安裝,節約控制電纜;(2)高壓線路保護和變壓器保護采用集中組屏,保護屏安裝在控制室內,通過現場總線于保護管理機通信;(3)其它自動裝置中,備用電源自投控制裝置和電壓、無功控制裝置采用集中組屏結構,安裝于控制室或保護室內。

3 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

3.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。

針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比*，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

3.2應用場所：

適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。

3.3系統結構