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淺析網絡化變電站自動化系統(tǒng)的應用
更新時間：2023-11-03 瀏覽次數：295
摘要：現在隨著計算機技術的高速發(fā)展，我國的變電站自動化也得到了提高和發(fā)展，變電站自動化模式在我國發(fā)展應用十多年，自動化水平應經達到了水平。在我國的城市及農村的電網改造及建設中，中低壓變電站已經實現無人值班，一些更新改造后的變電站，其自動化裝置的實用性、成熟性在變電站的運行方式中也越來越被依賴。變電站建設的現代化水平也在智能開關、光電式電流電壓互感器、變電站運行操作仿真技術、一次運行在線狀態(tài)的檢測、計算機高速網絡的廣泛應用中得到了提高。鑒于此，本文主要分析探討了網絡化變電站自動化系統(tǒng)的應用情況，以供參閱。
關鍵詞：網絡化變電站；自動化系統(tǒng)；應用
0引言
近幾年來，變電站的各種微機智能裝置得到了廣泛應用，例如微機保護裝置、微機測量控制裝置、微機多功能電能表、微機直流監(jiān)控裝置、微機單相接地選線裝置、微機故障錄波裝置、圖像監(jiān)控裝置等，這些裝置提供了大量的電網運行和控制信息。如何全面迅速地收集和處理這些種類繁多、數量龐大、實時性和準確性要求高的信息，并進行有效的管理和控制，真正達到無人值班變電所全面監(jiān)控的目的，是擺在自動化人員面前的現實問題。但是，原來常規(guī)的變電站自動化系統(tǒng)因其技術上的限制難以完成這一艱巨的任務，因此，變電站自動化系統(tǒng)的網絡化成了自動化發(fā)展的必然方向。
1網絡化變電站自動化系統(tǒng)的優(yōu)點
消除了自動化信息采集和傳送的瓶頸。原來的常規(guī)RTU和綜合自動化系統(tǒng)不能全面地采集所有站內的信息，只能采用串行通信的方式傳送站內少量的實時信息，大量的實時信息無法傳送，歷史信息和圖像等信息更不可想象。由于網絡化的變電站自動化系統(tǒng)引入了主站系統(tǒng)的前置技術，采用高性能計算機作為主控，用網絡技術進行信息傳送，因此解決了上述問題。
大幅度提高了處理能力和交換能力。該系統(tǒng)提供了一個廣闊的、開放的平臺，具有很強的信息處理能力和幾乎無限的擴展能力。
提高了自動化系統(tǒng)及數據信息的可靠性。該系統(tǒng)采用雙機雙網結構，采用主備熱備用平滑切換的運行方式；所有數據和信息均在2臺主控計算機中同時保存；所有設備及軟件模塊均實時監(jiān)視、自動啟動和切換等。
方便了監(jiān)控站設置和運行維護。所有主站和廠站的自動化系統(tǒng)均掛在統(tǒng)一、高速、互連的網絡平臺上，無論主站還是變電站都采用自動化主站系統(tǒng)的技術，因此，任何一個變電站都可以方便地瀏覽另一個站或全網的信息，這給檢修工作帶來了很大的方便，同時，任意一個變電站都可以方便地升級為監(jiān)控站，通過專業(yè)人員簡單設置即可取得另外幾個站的信息和控制權；
減少了很多設備投資，節(jié)約了大量資金。由于該系統(tǒng)通過軟件實現大量原先需要獨立設備完成的功能，因此可節(jié)約投資。
2網絡化變電站自動化系統(tǒng)的運用
變電站自動化系統(tǒng)的聯網。變電站通過雙網雙機進行系統(tǒng)運行，站內網絡交換中心交換機，對系統(tǒng)內所有路由器、交換機以及數據信息進行管理。同時，網絡交換機與光纖直接連接，且接入變電站或主站采取就近原則，再加上網絡化變電站自動化系統(tǒng)中千兆以太網技術的應用，充分保障了變電站自動化系統(tǒng)與網絡的連接速度，進而提高了信息交換的效率。
主控機與智能電子設備間的連接。網絡化變電站自動化系統(tǒng)的應用，使得智能電子設備與主控機之間的連接更加便利。該系統(tǒng)的主控機連接終端服務器或插入多串口卡，進行數據信息流通，這其中，以太網具有聯網便捷、信息容量大、應用廣泛等優(yōu)點，可以有效取代傳統(tǒng)的串行通信模式。各主控機與智能電子設備均使用標準的IEC-61850協議來交換信息，有效實現真正意義上的無縫電力通信體系，并有利于相關電網技術的革新與發(fā)展。網絡化變電站自動化系統(tǒng)中的故障錄波信息，能夠通過遠程操作，從智能電子設備中進行讀出。故障錄波裝置，還能夠直接通過網絡接口，將故障錄波信息發(fā)送給主控機進行儲存。
實時監(jiān)控。系統(tǒng)內攝像頭、探頭設備對影像進行采集，進行實時信息的監(jiān)控。影像監(jiān)控的計算機等設備都需要通過網絡接口，與站內的自動化網絡交換器進行連接，進而實現各站點信息的雙向交流。
3網絡化變電站自動化系統(tǒng)在實施中應注意的問題
自動化系統(tǒng)的整體網絡應做好規(guī)劃，并與通信規(guī)劃相配套，避免網絡銜接上的脫節(jié)。并隨著通信和自動化的建設及時進行調整。
應做好信息通道的分流工作，特別是采用2M通道進行網絡連接的部分，以避免部分網段上的信息堵塞現象。
所有網絡交換機和路由器應選用質量好、功能強的同品牌設備，并都具有網管功能，以便于網絡的統(tǒng)一管理。同時在環(huán)網的適當地點配置三層交換設備。
主控計算機應采用高可靠性、高性能的工控機，配置足夠的內存和硬盤。
所有連接的網絡線均應帶屏蔽，在超五類線以上。與間隔層通信的電纜也應采用屏蔽的計算機測控電纜或光纜。各設備應具有良好的接地，并且具有相應的防雷隔離措施。
各間隔單元的通信規(guī)約應統(tǒng) 一采用標準的通信協議。對于串行總線通信方式，每條總線上的IED一般不宜超過1O個，以確保系統(tǒng)的實時性。
系統(tǒng)軟件應選用集成度高的、運行穩(wěn)定的主站系統(tǒng)軟件進行變電站應用的壓縮和擴充。
變電站的計算機及網絡設備的運行環(huán)境應達到規(guī)定的溫度和防塵等機房環(huán)境要求。
4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)
4.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)實現連接。站控層設備包括監(jiān)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(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)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(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)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(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。
4.3系統(tǒng)結構
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1 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、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
4.4.2 報警處理
監(jiān)控系統(tǒng)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(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節(jié)），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(fā)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(guī)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。
4.4.3 調節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)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(yōu)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(yōu)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(zhí)行，并在站級層設置操作員、監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)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。
4.4.4 用戶權限管理
系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5 系統(tǒng)硬件配置
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網絡運行，實現無人值班模式；根據順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協助運維人員實現快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數，對配電系統(tǒng)和用電設備進行用能分析和能效管理 |
網關 | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協議的數據接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數據傳輸、支持標準8GB SD卡（32GB）、支持不同協議向多平臺轉發(fā)數據；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC 220V，導軌式安裝。 |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | ||
ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜?；」馓筋^的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | |
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。 |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
柜內環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸的數據，1路485,2路報警出口。 |
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | 操作回路、 雙以太網口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量
|
35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | ||
35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | ||
AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調升檔、遙調降檔、遙調急停； | |||
35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； | ||
35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉等電機綜合保護； | ||
10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； | ||
35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | ||
10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； | ||
35kV/10kV/ 6kV母聯 | AM6-B | 兩進線備投/母聯備投/自適應備投、聯切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯切/告警、檢同期、合環(huán)保護； |
6 結語
總而言之，作為電網自動化發(fā)展過程中的重要成果，網絡化變電站自動化系統(tǒng)實現了運用效能與可靠性的大幅。網絡化變電站自動化系統(tǒng)有利于優(yōu)化變電站的管理水平，通過系統(tǒng)主站與網絡的高速連接，實現變電站的高效自動化系統(tǒng)。
參考文獻
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[4]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版．
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