變電站綜合自動(dòng)化系統在某機械制造公司35kV變電站改造應用

關(guān)鍵詞：變電站改造；Acrel-1000；綜合自動(dòng)化系統

??隨著(zhù)社會(huì )的高速發(fā)展帶動(dòng)之下，我國企業(yè)生產(chǎn)中對于電力能源的依賴(lài)程度逐步變大，生產(chǎn)生活的電力供應存在的矛盾更大。某機械制造公司為了拓展公司生產(chǎn)業(yè)務(wù)，確保企業(yè)生產(chǎn)生活中電力能源充足，本次項目原變電所有3臺三相雙圈無(wú)勵磁調節電力變壓器，電壓等級為35/10kV,主供容量15350kVA（4000kVA+5000kvA+6300kVA+50kVA），在原有的變電站基礎上,拆除原3#變壓器，新增2臺三相雙圈無(wú)勵磁調節變壓器（1臺S11-8000/35變壓器、1臺S11-10000/35變壓器）主供容量增至27050kVA（4000kVA+5000kvA+8000kVA+10000kVA+50kVA），并對原有的35kV部分的二次保護設備進(jìn)行改造，新上10kV出線(xiàn)8回、并聯(lián)電容器4組，可以保證變電站更加穩定的運行，保證電力能源供應。

??該機械制造公司原35kV變電站為1進(jìn)3出的形式（3#變電器已損壞），2臺變壓器分別為S9-4000/35變壓器與S9-5000/35，由于公司業(yè)務(wù)量的提高，生產(chǎn)用電量在快速的增多，導致電力需求更多，所以對于35kV變電站有著(zhù)更高的要求。近年來(lái)，傳統35kV變電站故障發(fā)生率比較高，導致企業(yè)生產(chǎn)受到了很大的影響，這就需要深入分析該電力系統內的故障問(wèn)題和發(fā)生原因，發(fā)現主要是因為設備老化、維護不到位所形成的故障問(wèn)題。從實(shí)際情況分析，傳統35kV變電站所出現的故障問(wèn)題比較嚴重，維修難度較高，且會(huì )導致長(cháng)時(shí)間的停電，很大的影響企業(yè)的生產(chǎn)運轉。因此當前35kV變電站改造主要是想通過(guò)無(wú)人值班、少人管理的模式來(lái)實(shí)施，該方式具備一定的先進(jìn)性，并不需要設置值班人員就能夠完成實(shí)時(shí)的監控，因為安裝了科技水平較高的現代化變電設備，僅需要少量的工作人員協(xié)助就能夠完成從操作，可以實(shí)現遠程的管理控制。對于無(wú)人值班的管理方式，工作人員在控制中心只需要通過(guò)監控后臺就能夠及時(shí)發(fā)現35kV變電站工作中存在的問(wèn)題，能夠及時(shí)進(jìn)行維修處理。

 

 

3.1.系統優(yōu)勢

??相較于傳統的常規變電站二次系統，變電站綜合自動(dòng)化系統使得變電站運維管理上更加便捷和安全可靠，能夠在很大程度上提高變電站的工作效率，促進(jìn)電網(wǎng)系統的現代化發(fā)展。隨著(zhù)計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化水平的提高，變電站的二次系統已經(jīng)基本實(shí)現了變電站綜合自動(dòng)化，通過(guò)綜合自動(dòng)化系統可以對繼電保護進(jìn)行自檢互檢，具有故障錄波、事件記錄、運行監視和控制等功能，降低了運行維護成本，提高了變電站安全可靠運行水平。

3.2.改造原理

??變電站綜合自動(dòng)化系統改造主要是遵循在沒(méi)有人進(jìn)行操作情況下的原理進(jìn)行設計，利用層次分布的特點(diǎn)對自動(dòng)化系統進(jìn)行控制，并起到保護作用，同時(shí)還可以對數據進(jìn)行有效檢測、采集等。

??(1)系統改造中牽涉到信息收集，遙控檢測中包含有各種類(lèi)型的電壓以及與母線(xiàn)相匹配的線(xiàn)電壓、直流線(xiàn)電壓、相電壓等，主變壓設備包含有各個(gè)電路、線(xiàn)路，以及大電壓設備中的功率、電流、電量等。遙控控制信息包含有電站全部開(kāi)關(guān)、斷路設備等。

??(2)自動(dòng)化中變壓設備主要利用調壓設備減少電量的消耗，從而做到手動(dòng)、遠程控制、自動(dòng)調壓，而中性點(diǎn)主要存在遠程控制調壓的特性。 變電站設備主要連接口應具備操作簡(jiǎn)便、運作可靠、維修方便以及有助于遠程控制與經(jīng)濟實(shí)惠的特點(diǎn)。

??(3)變電站改造應配置安全電壓、電源，因此可選在35kV單側與10kV側設置變壓設備，但要確保兩邊電源要具備自動(dòng)切換系統。

??(4)系統中的保護設備，應使用微機保護。開(kāi)展保護期間，保護總閘會(huì )自動(dòng)跳轉到斷路器中跳閘線(xiàn)中，把各個(gè)設備獨立開(kāi)，形成單獨保護設備，獨自進(jìn)行供電操作，有效完成保護措施。如監控功能未進(jìn)行工作期間，保護工作也可獨立完成，對電源以及所測量的數據進(jìn)行獨立保護；改造過(guò)程中要切忌：保護設備中邏輯判定所有的開(kāi)關(guān)不能與其他回路共同使用。同時(shí)還應設置足夠的連接口，測量的數據可以通過(guò)內部通信網(wǎng)送至監控設備中，保護設備要具備保護信號，較遠區域應通過(guò)手動(dòng)恢復，就地應設置保護數值以及維修功能，有助于加強遠處數值保護功能，并且可以設置相應密碼，對自檢功能進(jìn)行有效保護，當設備遭到破壞或出現故障時(shí)，保護裝置就會(huì )自動(dòng)開(kāi)啟并發(fā)出警報。

4.1.方案綜述

??Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)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(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯(lián)系界面，實(shí)現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控；間隔層由若干個(gè)微機保護組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò )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(jià)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(wǎng)絡(luò )結構，站控層網(wǎng)絡(luò )采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò )采用單網(wǎng)單機配置。

 

4.2.變電站綜合自動(dòng)化系統改造內容

4.2.1.系統內部改造

??站控層采用Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統實(shí)現電力設備的監控和管理。并融入當前國內外新的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、變配電自動(dòng)化技術(shù)等技術(shù)，實(shí)現遙測、遙信、遙控、遙調等功能。滿(mǎn)足用戶(hù)對電力系統的保護、監控及電能質(zhì)量的全部要求。實(shí)施自動(dòng)化系統控制主要通過(guò)計算機裝置進(jìn)行監控，通過(guò)連接實(shí)現系統資源共享的特性，并利用網(wǎng)絡(luò )實(shí)施分布處理。這一改造措施主要是把變電站系統數據進(jìn)行有效控制，利用串口與各個(gè)裝置的實(shí)施連接，從而實(shí)現遠程控制與變制中心、計算機的連接。在某個(gè)區域來(lái)講，被連接的計算機設備和控制的裝置相近，會(huì )收取到相近的信息，如：輔助連接點(diǎn)、線(xiàn)圈、斷路設備等，所以，要調節好上位設備中的有效信息，并將其與人相結合，有助于提高信息的正確性，確保信息的準確性，并將其送至信息管理中心中。

4.2.2.微機保護改造

??間隔層在35kV、10kV變電站變配電系統中配置AM5SE系列微機保護裝置，由于35kV部分和10kVⅠ段、Ⅱ段的開(kāi)關(guān)柜整體利舊，因此在35kV改造部分和10kV Ⅰ段、Ⅱ段部分需對保護裝置進(jìn)行組屏改造，同時(shí)新增的3#、4#主變配置整體的主變保護屏，新增的10kV Ⅲ段、Ⅳ段部分微機保護就地配置。

1)35kV進(jìn)線(xiàn)及公用測控屏：

??35kV進(jìn)線(xiàn)柜配置一臺線(xiàn)路保護AM5SE-F當回路故障時(shí)，用于跳開(kāi)本柜斷路器，切斷故障。同時(shí)還配置一臺電能質(zhì)量監測裝置APView500，監測35kV進(jìn)線(xiàn)電能質(zhì)量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動(dòng)與閃變等穩態(tài)數據、電壓暫升/暫降/短時(shí)中斷暫態(tài)數據，當檢測到電能質(zhì)量異常時(shí)，觸發(fā)故障錄波與數據記錄，為后續的電能質(zhì)量分析提供數據支撐。屏上放置AM5SE-K公共測控裝置2臺。其中一臺AM5SE-K采集35kV 所用變電壓、35kV I段母線(xiàn)開(kāi)口三角電壓和35kV 1#總進(jìn)線(xiàn)電流；另一臺AM5SE-K采集35kV II段母線(xiàn)側站用變電壓、35kVII段母線(xiàn)開(kāi)口三角電壓和35kV 2#總進(jìn)線(xiàn)電流；2臺AM5SE-K分別采集站內各微機保護裝置異常信號和通信設備異常信號；并預留斷路器手車(chē)遙控出口各6路。

2)35kV/10kV 3#、4#主變壓器保護：

??為了實(shí)時(shí)觀(guān)察和集中管理降壓變壓器運行狀態(tài)，方便降壓變壓器二次監控設備的安裝和檢修，提高保護可靠性和靈敏性，35kV/10kV 主變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置一臺主變保護屏。屏柜設立在電氣監控室，屏柜上裝設1臺差動(dòng)保護裝置AM5SE-D2、1臺高后備保護裝置AM5SE-TB、1臺低后備保護裝置AM5SE-TB、1臺高側測控裝置AM5SE-K、1臺低側測控裝置AM5SE-K、及轉換開(kāi)關(guān)、壓板、空氣開(kāi)關(guān)等其他控制設備。

差動(dòng)保護裝置：作為降壓變壓器內部及引出線(xiàn)短路故障的主保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；

??高后備保護裝置：作為35kV側的后備保護以及變壓器的非電量保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；由于主變屬于35kV，中性點(diǎn)基本會(huì )采用間接接地與直接接地這兩種方法進(jìn)行設計，所以要在設計期間應考慮間隙零序保護、電壓、電流保護等，主要對一段斷路設備進(jìn)行保護，而二段變壓設備處于斷路設備兩邊。電流主要取其中間點(diǎn)以及間隙零序，改自動(dòng)化系統中安中性點(diǎn)基本按照較小電流進(jìn)行設計，同時(shí)還具備保護設備零序功能。

低后備保護裝置：作為10kV側的后備保護，動(dòng)作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；

高側測控裝置：用于監測35kV側測量電流、測量電壓；

低側測控裝置：用于監測10kV側測量電流、測量電壓；

3)35kV/10kV 1#、2#主變保護及10kV Ⅰ段、Ⅱ段進(jìn)線(xiàn)保護：

??35kV/10kV 1#、2#主變保護可配置變壓器保護裝置AM5SE-T，配電變保護測控裝置主要保護功能有三段式過(guò)電流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖） 、反時(shí)限過(guò)流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖）、兩段式零序I01過(guò)流保護、兩段式零序I02過(guò)流保護、零序反時(shí)限過(guò)流保護、過(guò)負荷告警、過(guò)負荷跳閘、PT斷線(xiàn)告警、控制回路斷線(xiàn)告警、非電量保護、FC回路配合的過(guò)流閉鎖功能。10kV Ⅰ段、Ⅱ段進(jìn)線(xiàn)保護可配置線(xiàn)路保護AM5SE-F當回路故障時(shí)，用于跳開(kāi)本柜斷路器，切斷故障。

4)10kV Ⅲ段、Ⅳ段進(jìn)線(xiàn)保護：

10kV Ⅲ段、Ⅳ段進(jìn)線(xiàn)柜各配置一臺線(xiàn)路保護AM5SE-F，當回路故障時(shí)，用于跳開(kāi)本柜斷路器，切斷故障。

5)10kV饋線(xiàn)柜保護：

10kV饋線(xiàn)柜可配置變壓器保護裝置AM5SE-F，當回路故障時(shí)，用于跳開(kāi)本柜斷路器，切斷故障。

6)10kV電容器保護：

??10kV電容器柜可配置電容器保護裝置AM5SE-C，當回路故障時(shí)，用于跳開(kāi)本柜斷路器，切斷故障。同時(shí)還具有兩段式定時(shí)限過(guò)流保護、反時(shí)限過(guò)流保護、兩段式零序過(guò)流保護、欠電壓保護、過(guò)電壓保護、自產(chǎn)零序過(guò)電壓保護、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、非電量保護、PT斷線(xiàn)告警、控制回路斷線(xiàn)告警。

7)10kV母聯(lián)保護

??母聯(lián)柜可配置備自投保護裝置AM5SE-B，用于實(shí)現兩進(jìn)線(xiàn)和母聯(lián)之間的自動(dòng)投切（進(jìn)線(xiàn)備自投/母聯(lián)備自投/聯(lián)切備自投/自適應備自投），同時(shí)實(shí)現母聯(lián)保護功能。主要保護功能還有三段式過(guò)流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖、且帶方向閉鎖）、反時(shí)限過(guò)流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖）、后加速過(guò)流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖）、備自投功能（支持11種供電系統的備自投要求）、PT斷線(xiàn)告警、控制回路斷線(xiàn)告警、母線(xiàn)充電保護、重合閘、過(guò)負荷聯(lián)切/告警、兩段式零序過(guò)流保護、零序后加速過(guò)流保護、檢同期。

8)10kV PT監測

??PT柜可配置PT并列及監測裝置AM5SE-UB，實(shí)現兩臺PT柜間的切換以及監測，當回路電壓出現異常時(shí)，及時(shí)發(fā)出告警信號。主要保護功能有I母PT投入、II母PT投入、PT自動(dòng)并列解列、PT遙控并列解列、I母PT低電壓告警、I母PT過(guò)電壓告警、I母PT零序過(guò)壓告警、I母PT斷線(xiàn)告警、II母PT低電壓告警、II母PT過(guò)電壓告警、II母PT零序過(guò)壓告警、II母PT斷線(xiàn)告警。

5.1.實(shí)時(shí)監測

??Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

5.2.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(dòng)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(shí)，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)時(shí)報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢(xún)并打印的功能。

事故報警通過(guò)手動(dòng)，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

第一次事故報警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報警信號進(jìn)入，即第二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(hù)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(kāi)關(guān)事故跳閘到次數或開(kāi)關(guān)拉閘到次數，推出報警信息，提示用戶(hù)檢修。

??4）報警方式。

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

5.3.調節與控制

??操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)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(shí)施監護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第一級控制，設備就地檢修控制。具有較高優(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(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現場(chǎng)操作。

第二級控制，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)先級較低。

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(xiàn)路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式有效。

??納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；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。

??35kV變電站綜合自動(dòng)化改造工程是老舊變電站改造工程，利用先進(jìn)軟件技術(shù)以及先進(jìn)設備對變電站自動(dòng)化系統進(jìn)行改在，逐漸提高變電站管理控制性能，在利用先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，為改造自動(dòng)化系統，提高該管理性能以及操作性能，應從創(chuàng )新路徑以及先進(jìn)技術(shù)再結合現場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行改造。本項目希望利用Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監控系統解決方案對其進(jìn)行改造，提高自動(dòng)化系統性能，確保變電站安全運行，提高整體安全性。

 

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