摘 要：隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，企業(yè)的業(yè)務擴大，用電負載需求也不斷提供，使我國電站綜合自動化系統(tǒng)不斷在應用中獲得改善，讓電站綜合自動化改造技術(shù)持續(xù)提高。目前大部分先進設(shè)備以及技術(shù)逐漸應用到變電站改造過程中，并應用與系統(tǒng)改造研究，實現(xiàn)其自動化控制的特點，在目前變電站中獲得廣泛使用。本文就Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)在某機械制造公司35kV變電站改造進行研究與分析。
關(guān)鍵詞：變電站改造；Acrel-1000；綜合自動化系統(tǒng)
1.項目背景
??隨著社會的高速發(fā)展帶動之下，我國企業(yè)生產(chǎn)中對于電力能源的依賴程度逐步變大，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，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臺三相雙圈無勵磁調(diào)節(jié)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(chǔ)上,拆除原3#變壓器，新增2臺三相雙圈無勵磁調(diào)節(jié)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(shè)備進行改造，新上10kV出線8回、并聯(lián)電容器4組，可以保證變電站更加穩(wěn)定的運行，保證電力能源供應。
2.改造前35kV變電站運行現(xiàn)狀
??該機械制造公司原35kV變電站為1進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變電站有著更高的要求。近年來，傳統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)的故障問題和發(fā)生原因，發(fā)現(xiàn)主要是因為設(shè)備老化、維護不到位所形成的故障問題。從實際情況分析，傳統(tǒng)35kV變電站所出現(xiàn)的故障問題比較嚴重，維修難度較高，且會導致長時間的停電，很大的影響企業(yè)的生產(chǎn)運轉(zhuǎn)。因此當前35kV變電站改造主要是想通過無人值班、少人管理的模式來實施，該方式具備一定的先進性，并不需要設(shè)置值班人員就能夠完成實時的監(jiān)控，因為安裝了科技水平較高的現(xiàn)代化變電設(shè)備，僅需要少量的工作人員協(xié)助就能夠完成從操作，可以實現(xiàn)遠程的管理控制。對于無人值班的管理方式，工作人員在控制中心只需要通過監(jiān)控后臺就能夠及時發(fā)現(xiàn)35kV變電站工作中存在的問題，能夠及時進行維修處理。
3.變電站綜合自動化系統(tǒng)優(yōu)勢及改造原理
3.1.系統(tǒng)優(yōu)勢
??相較于傳統(tǒng)的常規(guī)變電站二次系統(tǒng)，變電站綜合自動化系統(tǒng)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，促進電網(wǎng)系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，自動化水平的提高，變電站的二次系統(tǒng)已經(jīng)基本實現(xiàn)了變電站綜合自動化，通過綜合自動化系統(tǒng)可以對繼電保護進行自檢互檢，具有故障錄波、事件記錄、運行監(jiān)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
??變電站綜合自動化系統(tǒng)改造主要是遵循在沒有人進行操作情況下的原理進行設(shè)計，利用層次分布的特點對自動化系統(tǒng)進行控制，并起到保護作用，同時還可以對數(shù)據(jù)進行有效檢測、采集等。
??(1)系統(tǒng)改造中牽涉到信息收集，遙控檢測中包含有各種類型的電壓以及與母線相匹配的線電壓、直流線電壓、相電壓等，主變壓設(shè)備包含有各個電路、線路，以及大電壓設(shè)備中的功率、電流、電量等。遙控控制信息包含有電站全部開關(guān)、斷路設(shè)備等。
??(2)自動化中變壓設(shè)備主要利用調(diào)壓設(shè)備減少電量的消耗，從而做到手動、遠程控制、自動調(diào)壓，而中性點主要存在遠程控制調(diào)壓的特性。 變電站設(shè)備主要連接口應具備操作簡便、運作可靠、維修方便以及有助于遠程控制與經(jīng)濟實惠的特點。
??(3)變電站改造應配置安全電壓、電源，因此可選在35kV單側(cè)與10kV側(cè)設(shè)置變壓設(shè)備，但要確保兩邊電源要具備自動切換系統(tǒng)。
??(4)系統(tǒng)中的保護設(shè)備，應使用微機保護。開展保護期間，保護總閘會自動跳轉(zhuǎn)到規(guī)定斷路器中跳閘線中，把各個設(shè)備獨立開，形成單獨保護設(shè)備，獨自進行供電操作，有效完成保護措施。如監(jiān)控功能未進行工作期間，保護工作也可獨立完成，對電源以及所測量的數(shù)據(jù)進行獨立保護；改造過程中要切忌：保護設(shè)備中邏輯判定所有的開關(guān)不能與其他回路共同使用。同時還應設(shè)置足夠的連接口，測量的數(shù)據(jù)可以通過內(nèi)部通信網(wǎng)送至監(jiān)控設(shè)備中，保護設(shè)備要具備保護信號，較遠區(qū)域應通過手動恢復，就地應設(shè)置保護數(shù)值以及維修功能，有助于加強遠處數(shù)值保護功能，并且可以設(shè)置相應密碼，對自檢功能進行有效保護，當設(shè)備遭到破壞或出現(xiàn)故障時，保護裝置就會自動開啟并發(fā)出警報。
4.Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)解決方案
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(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控；間隔層由若干個微機保護組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
??針對工程具體情況，設(shè)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)單機配置。
4.2.變電站綜合自動化系統(tǒng)改造內(nèi)容
4.2.1.系統(tǒng)內(nèi)部改造
??站控層采用Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)實現(xiàn)電力設(shè)備的監(jiān)控和管理。并融入當前國內(nèi)外新的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)、信息處理技術(shù)、變配電自動化技術(shù)等技術(shù)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能。滿足用戶對電力系統(tǒng)的保護、監(jiān)控及電能質(zhì)量的全部要求。實施自動化系統(tǒng)控制主要通過計算機裝置進行監(jiān)控，通過連接實現(xiàn)系統(tǒng)資源共享的特性，并利用網(wǎng)絡實施分布處理。這一改造措施主要是把變電站系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行有效控制，利用串口與各個裝置的實施連接，從而實現(xiàn)遠程控制與變制中心、計算機的連接。在某個區(qū)域來講，被連接的計算機設(shè)備和控制的裝置相近，會收取到相近的信息，如：輔助連接點、線圈、斷路設(shè)備等，所以，要調(diào)節(jié)好上位設(shè)備中的有效信息，并將其與人相結(jié)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(tǒng)中配置AM5SE系列微機保護裝置，由于35kV部分和10kVⅠ段、Ⅱ段的開關(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行組屏改造，同時新增的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進線及公用測控屏：
??35kV進線柜配置一臺線路保護AM5SE-F當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。同時還配置一臺電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500，監(jiān)測35kV進線電能質(zhì)量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與閃變等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電壓暫升/暫降/短時中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)，當檢測到電能質(zhì)量異常時，觸發(fā)故障錄波與數(shù)據(jù)記錄，為后續(xù)的電能質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)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段母線開口三角電壓和35kV 1#總進線電流；另一臺AM5SE-K采集35kV II段母線側(cè)站用變電壓、35kVII段母線開口三角電壓和35kV 2#總進線電流；2臺AM5SE-K分別采集站內(nèi)各微機保護裝置異常信號和通信設(shè)備異常信號；并預留斷路器手車遙控出口各6路。
2)35kV/10kV 3#、4#主變壓器保護：
??為了實時觀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(jiān)控設(shè)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(shè)立在電氣監(jiān)控室，屏柜上裝設(shè)1臺差動保護裝置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(cè)測控裝置AM5SE-K、1臺低側(cè)測控裝置AM5SE-K、及轉(zhuǎn)換開關(guān)、壓板、空氣開關(guān)等其他控制設(shè)備。
差動保護裝置：作為降壓變壓器內(nèi)部及引出線短路故障的主保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器；
??高后備保護裝置：作為35kV側(cè)的后備保護以及變壓器的非電量保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器；由于主變屬于35kV，中性點基本會采用間接接地與直接接地這兩種方法進行設(shè)計，所以要在設(shè)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(shè)備進行保護，而二段變壓設(shè)備處于斷路設(shè)備兩邊。電流主要取其中間點以及間隙零序，改自動化系統(tǒng)中安中性點基本按照較小電流進行設(shè)計，同時還具備保護設(shè)備零序功能。
低后備保護裝置：作為10kV側(cè)的后備保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器；
高側(cè)測控裝置：用于監(jiān)測35kV側(cè)測量電流、測量電壓；
低側(cè)測控裝置：用于監(jiān)測10kV側(cè)測量電流、測量電壓；
3)35kV/10kV 1#、2#主變保護及10kV Ⅰ段、Ⅱ段進線保護：
??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電流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖） 、反時限過流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖）、兩段式零序I01過流保護、兩段式零序I02過流保護、零序反時限過流保護、過負荷告警、過負荷跳閘、PT斷線告警、控制回路斷線告警、非電量保護、FC回路配合的過流閉鎖功能。10kV Ⅰ段、Ⅱ段進線保護可配置線路保護AM5SE-F當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。
4)10kV Ⅲ段、Ⅳ段進線保護：
10kV Ⅲ段、Ⅳ段進線柜各配置一臺線路保護AM5SE-F，當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。
5)10kV饋線柜保護：
10kV饋線柜可配置變壓器保護裝置AM5SE-F，當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，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，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。同時還具有兩段式定時限過流保護、反時限過流保護、兩段式零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、自產(chǎn)零序過電壓保護、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、非電量保護、PT斷線告警、控制回路斷線告警。
7)10kV母聯(lián)保護
??母聯(lián)柜可配置備自投保護裝置AM5SE-B，用于實現(xiàn)兩進線和母聯(lián)之間的自動投切（進線備自投/母聯(lián)備自投/聯(lián)切備自投/自適應備自投），同時實現(xiàn)母聯(lián)保護功能。主要保護功能還有三段式過流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖、且?guī)Х较蜷]鎖）、反時限過流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖）、后加速過流保護（經(jīng)復合電壓閉鎖）、備自投功能（支持11種供電系統(tǒng)的備自投要求）、PT斷線告警、控制回路斷線告警、母線充電保護、重合閘、過負荷聯(lián)切/告警、兩段式零序過流保護、零序后加速過流保護、檢同期。
8)10kV PT監(jiān)測
??PT柜可配置PT并列及監(jiān)測裝置AM5SE-UB，實現(xiàn)兩臺PT柜間的切換以及監(jiān)測，當回路電壓出現(xiàn)異常時，及時發(fā)出告警信號。主要保護功能有I母PT投入、II母PT投入、PT自動并列解列、PT遙控并列解列、I母PT低電壓告警、I母PT過電壓告警、I母PT零序過壓告警、I母PT斷線告警、II母PT低電壓告警、II母PT過電壓告警、II母PT零序過壓告警、II母PT斷線告警。
5.系統(tǒng)功能
5.1.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(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(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(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(shè)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(diào)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(shè)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。
第一次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即第二次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)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(shè)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(guān)事故跳閘到規(guī)定次數(shù)或開關(guān)拉閘到規(guī)定次數(shù)，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(xiàn)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(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
5.3.調(diào)節(jié)與控制
??操作員對需要控制的電氣設(shè)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：
第一級控制，設(shè)備就地檢修控制。具有較高優(yōu)先級的控制權(quán)。當操作人員將就地設(shè)備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。
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(shè)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(shè)置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，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，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式有效。
??納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(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。
6.結(jié)語
??35kV變電站綜合自動化改造工程是老舊變電站改造工程，利用先進軟件技術(shù)以及先進設(shè)備對變電站自動化系統(tǒng)進行改在，逐漸提高變電站管理控制性能，在利用先進技術(shù)的同時，為改造自動化系統(tǒng)，提高該管理性能以及操作性能，應從創(chuàng)新路徑以及先進技術(shù)再結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行改造。本項目希望利用Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)解決方案對其進行改造，提高自動化系統(tǒng)性能，確保變電站安全運行，提高整體安全性。
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