淺析35kV變電站綜合自動化系統的結構和功能設計

引言

隨著電子技術、計算機技術和自動檢測技術的飛速發展,變電站自動化水平也不斷提高。這就要求在我們進行變電站電氣設計時不斷采用性能可靠、技術先進及自動化程度高的產品,使變電站的繼電保護突破了傳統的繼電保護形式,出現了以計算機技術為核心的綜合自動化保護形式且被迅速推廣和應用。

1 對傳統變電站的分析

傳統的變電站繼電保護已不能滿足廠用電要求,其主要原因是：

1）傳統電磁測量儀表和繼電器等模擬設備具有測量誤差大、數量多、功耗大、不能記錄事件發生的準確時間和順序,不便于值班人員監視觀察等。

2）依靠值班人員的感官和判斷能力對以上信息進行分析不可避免存在誤差,將會出現丟失信息、錯誤判斷和處理等情況。

3）二次接線系統無自檢、存儲記憶和復讀功能,若元器件、儀表或繼電器本身損壞,不能及時發現和報警。二次設備之間的信息交換和通信能力差,信息資源無法得到綜合利用,不能進行畫面顯示和集中控制。

為解決變電站存在的以上問題,目前以綜合自動化臟控保護裝置取代傳統的繼電保護裝置,經過設計研究和安裝調試,現在已進入系統試運行階段。

2 35kV變電站的功能要求

2.1一次系統原則

變配電所采用綜合自動化系統后對一次系統接線沒有影響,一次系統接線方式及供電方案按要求與規定進行設計。應發揮計算機的圖形顯示功能,模擬信號盤簡化或取消。實現無人或少人職守,值班室面積減小,分散值班集中于一處值班。

2.2二次系統設計原則

按要求,保持開關柜內的繼電保護、計量、信號與控制回路,值班室的信號系統(信號屏、計量屏與控制屏)只包括電源進線與母聯聯絡開關柜,所有出線開關柜均不再進入信號系統。電源進線、母聯開關柜及所有出線開關柜的信號系統(信號、計量與控制)全部進入綜合自動化系統箍§合課題要求,此方案具有技術先進、維護方便、可靠性高、施工周期短、使用效果好、造價低、經濟效益高等優點。

3 變電站綜合自動化系統設計內容

3.1一次系統電氣設計內容

1）一次系統的電氣主接線方案保持,在單線系統圖的設備型號說明中注明采用綜合自動化系統后所增加的設備數量與型號,如電量變送器、電力監控器等。

2）對于需通過綜合自動化系統進行遠方遙控操作的開關,改用能進行遠方合閘的自動開關

3）主回路開關運行狀態進入綜合自動化系統的開關,要有—對獨立的常開接點引入綜合自動化系統。低壓自動開關的型號設計時也要注意滿足這一要求,多選一對常開輔助接點。

3.2 二次系統電氣設計研究的內容

變電站二次系統作就是對變電站的監控和保護,是變電站綜合自動化系統設計的主要內容,一般可分為繼電保護設計和測量回路設計兩部分：

3.2.1繼電保護設計

1）35kV供電系統選用綜合自動化系統保護,而且考慮采用變配電所綜合自動化單元。

2）10kV電系統保護和監控分開,其保護仍以常規繼電器保護為主,另外再設計只有監控功能的變電站綜合自動化單元。

3）380/220V低壓配電系統,以自動開關與熔斷器保護為主,有監控功能的變配電綜合自動化單元,本工程設計中暫不考慮本部分內容。

3.2.2測量回路設計

1）需要進入綜合自動化系統的測量參數則根據有關規定與用戶實際需要來確定,在綜合自動化系統中測量參數是影響系統控制功能的主要因素,一定按有關規定和功能需求來確定。

2）需要進入綜合自動化系統的各種測量參數,首先經過電力系統的電流互感器與電壓互感器變為統一的交流0~5A電流和0~100V電壓,380/220V系統直接利用0~220v或0~380V電壓,然后再經各種電量變送器將交流參數變為直流0~5V或4~20mA信號給綜合自動化系統進行測量。

3）電量變送器的種類與電工測量儀表完全對應,有什么類型的電工測量儀表,就有什么樣類型的電量變送器。

4）電量變送器的一次接線與電工測量儀表完全相同,電流回路串聯在電流互感器二次回路中,電壓回路并聯在電壓互感器二次回路中。設計時將電量變送器統一布置于電流互感器電流回路的末端．避免與電工儀表相互交叉布置。

5）電壓變送器的測量輸入電壓值應提高20％,高壓選交流l200V,低壓選交流250V或420V。各種電量變送器的輸出一般選直流0~5V或4~20mA。

6）采用變電所綜合自動化系統后,其監控單元均為交流采樣,直接從電流或電壓互感器獲取0~5A或0~100V測量信號,低壓直接取220V或380V信號,開關柜上各種測量儀表可以取消,或按用戶需要設置。

7）電度計量應選用帶脈沖輸出的電度表,其型號及一次接線與原電度表相同,只在備注中說明帶脈沖輸出即可,并注明與綜合自動化系統相匹配的直流電源電壓,設計時選用自帶供電電源的有源型,輸出為隔離型的脈沖電度表。計量柜電度表一般不進入綜合自動化系統,所以在進線開關柜內增加有功與無功脈沖電度表各一塊,作為內部統計用電量使用。

4 信號測控回路設計研究的內容

所有需要綜合自動化系統進行監視的開關狀態,均有一對常開接點引到綜合自動化系統。所有常開接點共用一個信號地線,但不能與交流系統地線相連接。所有信號繼電器均有一對單獨的常開接點引到綜合自動化系統。有信號系統時,信號繼電器另設一對常開接點引到信號系統,以上兩種常開接

點應分開,由于電壓等級不同不能共用地線。

4.1控制回路設計研究的內容

1）綜合自動化系統都有合閘與分閘繼電器輸出接點,一般接點容量為AC25OV、1A,將其連接到開關柜的合、分閘開關或按鍵上就可以進行遠方合分閘操作。

2）綜合自動化系統的合分閘繼電器觸頭與開關柜上合分閘開關或按鈕之間設計手動與遠方自動轉換開關。

3）10kV及以上的供配電系統需要綜合自動化系統進行遠方合分閘操作時,其控制開關取消不對應接線,選用自復式轉換開關,也可選用控制按鈕。

4）所有進入綜合自動化系統的遠方操作開關的手動分閘操作開關或按鈕有一對獨立的常開接點引到綜合自動化系統,以便在人工手動分閘時給綜合自動化系統—個開關量輸入信號發出非誤動作報警信號。本課題研究的主要內容為35kV變電站綜合自動系統的結構和功能設計、硬件系統設計和原理分析以及系統中變壓器保護的應用軟件開發與分析。

5 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

5.1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，性能價格比優越，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。

5.2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。

5.3系統結構

5.4系統功能

5.4.1 實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

5.4.2 報警處理

監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

3）開關事故跳閘到指定次數或開關拉閘到指定次數，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

5.4.3 調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第控制，設備就地檢修控制。具有優先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現場操作。

級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

第四級控制，遠方控制，優先級。

原則上間隔層控制和設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、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。

4）監控系統的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

5.4.4 用戶權限管理

系統設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

6 系統硬件配置

7 結語

變電站綜合自動化系統實際運行結果證明變電站綜合自動化技術和變電站無人值班技術是變電站監控和保護發展的主流和必然趨勢。

參考文獻

[1] 許盈盈.關于35kV變電站綜合自動化系統設計研究的內容．

[2] 卓樂友.電力工程電氣設計200例.北京:中國電力出版社,2005．

[3] 李宏任.實用繼電保護.北京:機械工業出版社,2002．

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版．

安科瑞電氣電子產品選型介紹 吳智敏

審核編輯黃昊宇