【應用案例】變電所自動化控制系統應用與分析

 

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

0引言

  隨著近年來不斷地加大對基礎設施的建設,電網投資與建設的規模亦不斷擴大,對電網的安全、穩定、、智能化運行亦提出了更高的要求,尤其是隨著當今世界電力電子技術地高速發展,變電所的自動化程度已愈來愈高。在此背景下,應運產生了一種自動控制及無人化運行的系統——變電站綜合自動化系統。利用計算機控制技術、網絡通信等技術,變電所的自動化控制系統將變電所的一次、二次設備(包括數據采集、運行控制、保護、ATS自動轉換設備等)進行功能塊整合、分組和優化,以實現對變電所設備進行在線時測量、監視、控制、記錄。

1變電所監控系統的基本功能

1.1 采集與處理數據

  主變運行溫度、母線電壓、電流、功率因數等參數采用數據采集單元進行實時數據的采集和處理。微機系統通過采集以上數據,對數據庫進行更新。

1.2 控制功能

  控制功能包括對變電所各電壓等級斷路器、消弧線圈、主變風機、控制無功補償接觸器等進行就地與遠程控制。

1.3 報警事件處置

  控制系統有兩種報警類型,一:提示性報警,二:事故性報警。前者包括設備狀態一般性異常報警、數據超限、主站、從站的某個單元、模塊狀態異常等,后者包括非操作引起的斷路器跳閘、保護聯鎖開關動作等等。

1.4 時間順序記錄事件功能

  計算機監控系統以ms級時間單位對斷路器狀態、主變參數、一、二次線路參數、保護元件的動作信號信息進行采集并記錄,并能在顯示器上進行顯示及打印機上進行打印。

1.5 在線統計計算

  根據采樣的實時數據,能夠計算每一時間間隔的的電壓值、電流值、有功功率、無功功率、有功系數、主變溫度值、量動作狀態等,并給出以上數據的按年、月、日進行劃分的分時段統計數據。比如電壓、電流的值、,功率因數的合格率等。

1.6 顯示及打印畫面

  變電所配電系統一次接線圖、直流系統圖能夠在顯示器上顯示,能夠顯示統計數據、某些關鍵數據歷史變化曲線、某些報警事件,能夠打印歷史數據、報警記錄等等。

1.7 系統的自我診斷和自我

  監控系統能夠在線實時診斷系統的硬件、軟件運行情況,一旦發現異常,即能生成并發出報警信息。自我診斷的范圍包括:主站、從站系統、I/O單元、模組、外設、軟件故障等,非嚴重的提示報警,系統可以進行自我。

1.8 平日管理功能

  平日管理功能指負責計算機監控系統的工程師對系統進行的日常檢查、管理、維護、更新優化等工作。包括功能維護管理和數據庫維護管理兩方面內容。功能維護管理包括自動化控制系統的啟動停止控制,對各種應用功能運行狀態的監測,各種應用數據的顯示圖表的加載、生成和編輯。數據庫維護是工程師對數據庫中的應用參數進行增刪和修改。

2繼電保護功能和應用

2.1 保護功能

(1)變壓器一般配置差動保護和瓦斯保護兩種主保護,配置零序電流保護、過流保護等后備保護。

(2)110KV以下線路測控保護配置重合閘和過電流保護,110KV以上線路測控保護配置零序電流保護、綜合重合閘保護等。

2.2 微機繼電保護原理

(1)硬件系統:微機繼電保護硬件系統是由大量的IC(集成電路)組成,通常由CPU、定時器、存儲器、寄存器、A/D轉換器、D/A轉換等部件組成。而依靠數據采集系統(該系統主要由采樣保持電路、模數轉換器(A/D轉換器)等組成)來完成微機繼電保護系統中的的信息獲取工作。

(2)軟件系統:軟件系統主要分為監控程序和系統程序,監控程序的作用是對包括輸入、輸出狀態,設定、修改和顯示保護裝置的參數值進行監視,同時控制微機保護裝置的硬件電路狀態;系統程序是監控程序的運行環境系統程序。系統程序的主要功能是:1)循環自檢功能,2)中斷響應功能,3)事件處理功能。

3主要問題的分析研究

3.1 通信技術

  變電所自控系統常見的有如下幾種通信網絡技術:(1)使用傳統的RS-232/485現場總線進行數據低速傳輸,(2)采用局部控制網絡如常見的Lonworks和CAN兩種通信技術實現數據的中速傳輸,(3)采用Ethernet實現站內設備的分布式連接。系統結構由監控主機、交換機、現場控制模塊組成,監控主機通過Ethernet傳輸實時數據,實現人機對話,完成監控管理等功能。

3.2 ATS(備用電源自動切換裝置)

  為保證ATS能夠正常地工作,通常需要注意以下幾點:

(1)ATS應能實時監測工作母線的電壓狀態,當工作母線故障、電源變壓器故障、斷路器因為某種原因跳閘時,將引起工作母線失壓,這時ATS應該能夠瞬間自動切換投入使用,以保證負荷的不間斷供電。

(2)當ATS失電時,ATS自投裝置應不動作,因為如果在此狀態下勉強對事故產生響應,將ATS切入網絡,其不能發揮任何作用。(3)供電系統發生故障時,一定要先排除系統故障,然后才可將ATS投入使用,否則很有可能將備用電源投入到故障網絡中,使發生故障的網絡不但不能解除故障,反而使故障程度進一步發生難以預測的惡化的后果。

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

4.1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。

4.2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。

4.3系統結構

  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。

  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）開關事故跳閘到次數或開關拉閘到次數，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。

  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。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

  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。

5 系統硬件配置