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浅析35kV变电站综合性自动化系统的设计应用方案

点击次数:397 发布时间:2022-09-23

 要:分析了现阶段 35kV变电站的综合性自动化系统的基本概念与特点,探讨了35kV变电站的综合性自动化系统的基本功能和结构设计原则,提出了具有针对性的设计应用方案,保障 35kV变电站在综合性自动化系统的安全稳定运行。

关键词:35kV变电站;综合性自动化系统;应用

0 引言

变电站是电力系统中的一个关键性节点,是连接发电厂与用电负荷的纽带,担负着电能汇集、电压等级转换、传输、分配等重要任务,其运行的稳定性与安全可靠性对整个电网的影响重大。而二次设备的可靠性与稳定性能决定着变电站的基本运行状态,为了让变电站的运行更加稳定、安全和可靠,现阶段的办法就是提高变电站的自动化水平。即实现35kV变电站综合性自动化。本文结合35kV变电站基本概念及运行特点,分析其结构设计原则与应用方案,进一步提高变电站的安全可靠性与稳定性。

1 35kV变电站综合性自动化系统的概念与特点

1.1基本概念

35kv变电站综合性自动化指的是采取先进的现代电子通信技术、信息处理技术、计算机技术等,对变电站的二次设备功能重新组合并优化设计。二次设备主要包括有:信号测量装置、控制装置、继电保护装置、自动装置、远动装置以及故障录波装置等。利用先进的现代电子通信技术、信息处理技术、计算机技术等,使变电站实现设备运行状态的监控,执行测量与微机保护功能等,从而实现综合性调度的通信功能。

1.2主要特点

35kV变电站的综合性自动化系统将采集的比较完整的相关电力系统信息与数据,通过计算机的快速计算、逻辑判断等能力,监控变电站设备的运行操作,并把输入的信息经过自动化系统转化成数字量,通过计算机的通信网络来交换数据,让信息与数据实现资源共享,同时通过对数据进行变换与数字滤波等处理,保证各种量值的度。除此之外。防抖技术、冗余技术和自我诊断技术也能够在一定程度上提高监控的可靠性与准确性,变电站屏幕显示其运行状态与操作故障情况,能够代替传统的控制屏与信号屏等显示设备,从而使得监控的信息更加清晰直观,还能够减少硬件设备的重复投资、节省更多的控制电缆、节约控制面积,进而提高变电站的经济效益。总而言之,变电站综合性自动化系统的主要特点表现在功能的综合化、监控的清晰化与结构的微机化等。

2 35kV变电站综合性自动化系统的主要功能

2.1监控子系统功能

变电站中监控子系统功能主要体现在以下几个方面中:①数据的采集与处理功能。包括:采集与处理模拟量功能。通过采集、显示、传输和处理电压、电流、频率、油温、功率因数及功率等模拟量来完成变电站的测量功能;采集、显示、处理及判断、触发相应开关量的警报信号来实现设备运行情况的显示、警报与记录的功能;获取相应有功与无功的电能,同时实现电能平衡与分时累计等统计功能来完成电能采集与处理:通过数据的通信接口来采集各种设备信息,并通过计算机的监控系统对这些数据进行分别处理。②控制操作的功能。采用监控系统来调节控制断路器、隔离开关、接地开关、有载分接开关以及安全自动装置等,同时能分为自动控制与手动控制。③警报与处理的功能。在监控系统运行的时候,对变电站中采集的电压电流、频率温度及设备开关等量值进行不问断监视,一旦有异常现象,就能够及时发出事故警报.同时把事故发生的时间与发生的原因记录下来。方便后来的故障分析与检查,有利于故障隐患。④远动的功能。在综合性自动化系统中,远动功能是其一个重要的组成部分,当变电站中没有人值班时,远动功能就可以把数据直接传输到集控站中,从而实现数据的远传并执行遥控命令。

⑤同步时钟的功能。在变电站中电网的时钟准确性决定了电网设备安全可靠与稳定运行.电网的自动监控与记录要求有统一的时钟,现阶段选择的是全球标准时钟,满足变电站的同步时钟要求。⑥人机联合功能。变电站的操作人员可以通过自动化信息系统对变电站的数据与信息进行了解,主要是对事件的记录顺序、值班记录、警报记录与保护整定值等通过电子面板全部显示在操作人员面前。⑦运行管理的功能。按照运行管理的需求实现各项工作的管理功能。主要包括:事故记录、模拟操作、操作指导、运行监控及记录、交班记录、设备管理等。

2.2微机系统的保护功能

微机系统的保护功能是变电站中也是基本的功能,其主要保护包括变电站中高压输电线路及其后备保护,变压器与非电量及其后备保护,母线、低压配电线路、无功补偿等装置的保护以及站用变保护等,各个保护项目除了具备完善、独立的保护功能之外,还要有下列附属功能:①记录事件的功能,对在变电站中发生过的重要事件进行记录与保存。②与系统时钟同步功能,方便准确的记录‘事故的时间与保护操作的时间。③能够同时把多种定值保护储存下来。④能够提供通信接口,支持保护项目和计算机系统之间的通信协议。⑤能够在出现故障时进行自我诊断。⑥各个保护项目能够满足继电保护装置所具有的选择性与快速性、灵敏性及可靠性要求。

3 变电站的综合性自动化系统设计主要原则

3.1自动化系统的配置设计

整个变电站配置一台高性能的工控机.在进行变电站的调试与试运行、检查、维护及检修期间。要以变电站本身的工作为核心,采用测控装置对现场的数字量及模拟量进行采集,对实时信息数据进行及时的统计分析与处理,向操作人员提供各种显示画面和警报事件以及打印报表,从而实现对所有电器设备的测量与监视、警报与控制、记录与管理功能.进一步实现无功控制与自动电压调节的功能,并通过预设的控制方案或者是无功电压曲线,来给相关的测控装置发出主变电站调整有载开关抽头及低压无功的补偿设备投切命令。一般在正常运行的过程中,可以通过一口或者是多口的调制解调器来及时响应变电站系统调度端与核心控制站之间的数据召集,从而将继电保护数据资料与信息传送到上层设备中。与此同时,还能方便变电站工程师完善系统数据库与系统参数、报表制作、网络维护、远程维护和系统诊断等功能。

3.2 35kV综合性自动化的设计方案

35kV变电站原有的保护装置中所具有的性能并不能很好地满足现阶段综合性自动化的需求,所以就需要替换35kV的间隔保护监控项目与电压切换装置。这是一种集保护、监控的设备,并把它经由规约转换器在监控网中接人.从而实现35kV全部出线P、Q、I的遥测与保护信号、断路器的遥信以及遥控复归保护信号、断路器的遥控操作等。而对于一些重要的保护装置信号,要接人公用的测控系统,加装隔离35kV间隔刀闸的辅助接点,其具体的内容主要体现在下列几个方面:①对35kV母线的二次电压回路向二次措施票转移的过程要严格地执行。②把35kV母线原来的二次电压回路向220kV的电压接入,同时切换并列装置。

3.3后备控制与紧急控制的功能设计

在变电站的综合性自动化系统的功能设计中。主要采用后备控制与紧急控制的功能,其功能主要包括:人工进行的操作控制功能、低频减载的功能、备自投使用功能及稳定控制的功能等。完善后备控制与紧急控制的功能设计,能够地实现变电站综合性自动化。

3.4变电站中综合性自动化系统的结构模型设计

在变电站的综合性自动化系统设计中.要根据实际情况充分考虑供电现场的环境,对综合自动化系统的结构模型进行合理的设计,主要包括集中式、全分散式与集中分散结合式结构,如图1一图3所示。

1集中式结构图

2全分散式结构图

3集中与分散结合式结构图

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) 开关事故跳闸到次数或开关拉闸到次数,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,以确保操作的安全性和正确性。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、管理提供可靠的安全保障。

5系统硬件配置

应用场合

型号

保护功能


35kV变电站综合自动化系统

Acrel-

1000


 

可显示变电站主接线图,模拟配电网络运行,实现无人值班模式;根据顺序事件记录、历史曲线、故障录波,协助运维人员实现快速故障分析、定位和排除问题,尽量缩短停电时间;实时采集各回路、设备的电流、电压、功率、电能以及谐波、电压波动等参数,对配电系统和用电设备进行用能分析和能效管理


网关

ANet-

2E8S1


 

8路RS485串口,光耦隔离,2路以太网接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC  UA等协议的数据接入,ModbusTCP(主、从)、104(主、从)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传,支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡(32GB)、支持不同协议向多平台转发数据;每个设备的多个报警设置。输入电源:AC/DC 220V,导轨式安装。


 

 

 

 

35kV/10kV/6kV

弧光保护

ARB5-M


 

主控单元,可接20路弧光信号或4个扩展单元,配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口;

ARB5-E

扩展单元,多可以插接6块扩展插件,每个扩展插件可以采集5路弧光信号:

ARB5-S

 

弧光探头,可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室,也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°,半径0.5m的扇形区域;

 

 

 

35kV/10kV/6kV

进线柜电能质量

在线监测

APView500

 

相电压电流+零序电压零序电流,电压电流不平衡度,有功无功功率及电能、事件告警及故障录波,谐波(电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波,波形实时显示及故障波形查看,PQDIF格式文件存储,内存32G,16D0+22D1,通讯2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口(+1维护网口)+1USB接口支持U盘读取数据,支持61850协议。

 

 

35kV/100kV/6kV

间隔智能操控、

节点测温

ASD500

 

5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出;

 

35kV/10kV/

6kV传感器

ATE400

 

 

合金片固定,CT感应取电,启动电流大于5A,测温范围-50-125℃,测量精度±1℃;无线传输距离空旷150米;

 

 

35kV/10kV/6kV

间隔电参量测量

APM830

 

三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In,四象限电能,实时及需量,本月和上月值,电流、电压不平衡度,66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录,2-63次谐波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD显示;

 

 

变压器绕组

温度检测

ARTM-8

 

8路温度巡检,预埋PT100,RS485接口,2路继电器输出;


 

 

 

 

变压器接头测温低压进出线柜接头测温

ARTM-Pn-E

 

 

 

无线测温采集可接入60个无线测温传感器;U、I、P、Q等全电参量测量;2路告警输出;1路RS485通讯;


ATE400

 

 

 

合金片固定,CT感应取电,启动电流大于5A,测温范围-50-125C,测量精度±1℃;无线传输距离空旷150米;


柜内环境温湿度

AHE100

 

 

无线温湿度传感器,温度精度:±1℃,湿度精度:±3%RH,发射频率:5min,传输距离:200m,电池寿命:≥3年(可更换)


ATC600

 

 

两种工作模式:终端、中继。ATC600-Z做中继透传,ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收AHE传输的数据,1路485,2路报警出口。


 

 

应用场合

型号

保护功能

其他功能


 

35kV/10kV/

6kV进线

AM6-L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护;

操作回路、

双以太网口、

485口、

2路4-20mA变

送输出、

故障录波、

GPS对时、

全电量测量

直流量测量

 

 

  


 

35kV/10kV/

6kV馈线

AM6-L

三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护;


 

 

35kV主变

2000kVA以上)

AM6-D2/

AM-3

两圈变/三圈变差动速断保护、比例制动差动保护;


AM6-TB

变压器后备保护测控、三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、非电量保护、启动通风保护、PT断线告警、遥调升档、遥调降档、遥调急停;


 

35kV/10kV/

6kV厂用变

AM6-S

三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、零序过流、过负荷保护(告警/跳闸)、控故障告警、PT断线告警、非电量保护;


35kV电机

2000kW以上)

AM6-MD

差动速断保护、比例差动保护、过流、过负荷、堵转等电机综合保护;


10kV/6kV

异步电机

AM6-M

两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护(告警/跳闸)、低电压保护、PT断线告警、堵转保护、启动超时、热过载保护、电压不平衡;


35kV/10kV/6kV

PT监测

AM6-UB

PT并列/解列、PT监测;


 

10kV/6kV

电容器

AM6-C

两段式过流/零序过流保护、过负荷保护(告警/跳闸)、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护;



 

35kV/10kV/

6kV母联

AM6-B

两进线备投/母联备投/自适应备投、联切备投、三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、PT断线告警、过负荷联切/告警、检同期、合环保护;



应用场合

型号

保护功能

其他功能


 

35kV/10kV/

6kV进线

AM6-L

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护;

操作回路、

双以太网口、

485口、

2路4-20mA变

送输出、

故障录波、

GPS对时、

全电量测量

直流量测量

 

 

  


 

35kV/10kV/

6kV馈线

AM6-L

三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护;


 

 

35kV主变

2000kVA以上)

AM6-D2/

AM-3

两圈变/三圈变差动速断保护、比例制动差动保护;


AM6-TB

变压器后备保护测控、三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、非电量保护、启动通风保护、PT断线告警、遥调升档、遥调降档、遥调急停;


 

35kV/10kV/

6kV厂用变

AM6-S

三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、零序过流、过负荷保护(告警/跳闸)、控故障告警、PT断线告警、非电量保护;


35kV电机

2000kW以上)

AM6-MD

差动速断保护、比例差动保护、过流、过负荷、堵转等电机综合保护;


10kV/6kV

异步电机

AM6-M

两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护(告警/跳闸)、低电压保护、PT断线告警、堵转保护、启动超时、热过载保护、电压不平衡;


35kV/10kV/6kV

PT监测

AM6-UB

PT并列/解列、PT监测;


 

10kV/6kV

电容器

AM6-C

两段式过流/零序过流保护、过负荷保护(告警/跳闸)、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护;



 

35kV/10kV/

6kV母联

AM6-B

两进线备投/母联备投/自适应备投、联切备投、三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、PT断线告警、过负荷联切/告警、检同期、合环保护;



 

6 结语

本文分析并设计了适合35kV变电站综合性自动化系统采用先进的计算机互联网通信技术,完成变电站中各个子系统与装置的信息交换,让变电站中测控与保护功能不仅相对独立,而且互相,从而保护变电站内装置工作不受到外界通信影响,实现资源共享,为变电站的综合性自动化系统提供一个的解决对策,让综合性自动化系统更地应用到35kV的变电站中,保证变电站的安全可靠性与运行的稳定性。

 

参考文献

[1] 何成35kV变电站综合自动化系统应用研究[J].电力建设,输配电技术.

[2] 陈力,关亚飞.变电站综自改造典型问题解决[J].中国电力企业管理,2009(32).

[3] 卢建兵.110kV变电站综合自动化系统设计研究[J].自动化与仪器仪表,2012(2).

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.


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