王晶晶
安科瑞電氣股份有限公司
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(yīng)存在的矛盾更大。某機(jī)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27050kv（4000kva+5000kva+8000kva+10000kva+50kva），并對原有的35kv部分的二次保護(hù)設(shè)備進(jìn)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(yùn)行，保證電力能源供應(yīng)。
2.改造前35kv變電站運(yùn)行現(xiàn)狀
??該機(jī)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(dǎo)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(dǎo)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(hù)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(yán)重，維修難度較高，且會導(dǎo)致長時間的停電，很大的影響企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此當(dāng)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(yùn)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(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)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(hù)進(jìn)行自檢互檢，具有故障錄波、事件記錄、運(yùn)行監(jiān)視和控制等功能，降低了運(yùn)行維護(hù)成本，提高了變電站安全可靠運(yùn)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(jìn)行操作情況下的原理進(jìn)行設(shè)計，利用層次分布的特點對自動化系統(tǒng)進(jìn)行控制，并起到保護(hù)作用，同時還可以對數(shù)據(jù)進(jìn)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(yuǎn)程控制、自動調(diào)壓，而中性點主要存在遠(yuǎn)程控制調(diào)壓的特性。 變電站設(shè)備主要連接口應(yīng)具備操作簡便、運(yùn)作可靠、維修方便以及有助于遠(yuǎn)程控制與經(jīng)濟(jì)實惠的特點。
??(3)變電站改造應(yīng)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(hù)設(shè)備，應(yīng)使用微機(jī)保護(hù)。開展保護(hù)期間，保護(hù)總閘會自動跳轉(zhuǎn)到指/定斷路器中跳閘線中，把各個設(shè)備獨(dú)立開，形成單獨(dú)保護(hù)設(shè)備，獨(dú)自進(jìn)行供電操作，有效完成保護(hù)措施。如監(jiān)控功能未進(jìn)行工作期間，保護(hù)工作也可獨(dú)立完成，對電源以及所測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行獨(dú)立保護(hù)；改造過程中要切忌：保護(hù)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(yīng)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(hù)設(shè)備要具備保護(hù)信號，較遠(yuǎn)區(qū)域應(yīng)通過手動恢復(fù)，就地應(yīng)設(shè)置保護(hù)數(shù)值以及維修功能，有助于加強(qiáng)遠(yuǎn)處數(shù)值保護(hù)功能，并且可以設(shè)置相應(yīng)密碼，對自檢功能進(jìn)行有效保護(hù)，當(dāng)設(shè)備遭到破壞或出現(xiàn)故障時，保護(hù)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(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)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(jī)保護(hù)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)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(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價格比優(yōu)越，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(luò)結(jié)構(gòu)，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(jī)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(dāng)前國內(nèi)外新的計算機(jī)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(hù)、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(jī)裝置進(jìn)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(luò)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(jìn)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(yuǎn)程控制與變制中心、計算機(jī)的連接。在某個區(qū)域來講，被連接的計算機(jī)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(zhǔn)確性，并將其送至信息管理中心中。
4.2.2.微機(jī)保護(hù)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(jī)保護(hù)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(hù)裝置進(jìn)行組屏改造，同時新增的3#、4#主變配置整體的主變保護(hù)屏，新增的10kv ⅲ段、ⅳ段部分微機(jī)保護(hù)就地配置。
1)35kv進(jìn)線及公用測控屏：
??35kv進(jìn)線柜配置一臺線路保護(hù)am5se-f當(dāng)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(jìn)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(dāng)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(jìn)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(jìn)線電流；2臺am5se-k分別采集站內(nèi)各微機(jī)保護(hù)裝置異常信號和通信設(shè)備異常信號；并預(yù)留斷路器手車遙控出口各6路。
2)35kv/10kv 3#、4#主變壓器保護(hù)：
?? 為了實時觀察和集中管理降壓變壓器運(yùn)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(hù)可靠性和靈敏性，35kv/10kv 主變壓器回路采用整套主變保護(hù)裝置集中組屏方式，配置一臺主變保護(hù)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(hù)裝置am5se-d2、1臺高后備保護(hù)裝置am5se-tb、1臺低后備保護(hù)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(hù)裝置：作為降壓變壓器內(nèi)部及引出線短路故障的主保護(hù)，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器；
?? 高后備保護(hù)裝置：作為35kv側(cè)的后備保護(hù)以及變壓器的非電量保護(hù)，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(jìn)行設(shè)計，所以要在設(shè)計期間應(yīng)考慮間隙零序保護(hù)、電壓、電流保護(hù)等，主要對一段斷路設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，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(jìn)行設(shè)計，同時還具備保護(hù)設(shè)備零序功能。
低后備保護(hù)裝置：作為10kv側(cè)的后備保護(hù)，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(hù)及10kv ⅰ段、ⅱ段進(jìn)線保護(hù)：
?? 35kv/10kv 1#、2#主變保護(hù)可配置變壓器保護(hù)裝置am5se-t，配電變保護(hù)測控裝置主要保護(hù)功能有三段式過電流保護(hù)（經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖） 、反時限過流保護(hù)（經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、兩段式零序i01過流保護(hù)、兩段式零序i02過流保護(hù)、零序反時限過流保護(hù)、過負(fù)荷告警、過負(fù)荷跳閘、pt斷線告警、控制回路斷線告警、非電量保護(hù)、fc回路配合的過流閉鎖功能。10kv ⅰ段、ⅱ段進(jìn)線保護(hù)可配置線路保護(hù)am5se-f當(dāng)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(jìn)線保護(hù)：
10kv ⅲ段、ⅳ段進(jìn)線柜各配置一臺線路保護(hù)am5se-f，當(dāng)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(hù)：
10kv饋線柜可配置變壓器保護(hù)裝置am5se-f，當(dāng)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(hù)：
??10kv電容器柜可配置電容器保護(hù)裝置am5se-c，當(dāng)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(hù)、反時限過流保護(hù)、兩段式零序過流保護(hù)、欠電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、自產(chǎn)零序過電壓保護(hù)、不平衡電壓保護(hù)、不平衡電流保護(hù)、非電量保護(hù)、pt斷線告警、控制回路斷線告警。
7)10kv母聯(lián)保護(hù)
??母聯(lián)柜可配置備自投保護(hù)裝置am5se-b，用于實現(xiàn)兩進(jìn)線和母聯(lián)之間的自動投切（進(jìn)線備自投/母聯(lián)備自投/聯(lián)切備自投/自適應(yīng)備自投），同時實現(xiàn)母聯(lián)保護(hù)功能。主要保護(hù)功能還有三段式過流保護(hù)（經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖、且?guī)Х较蜷]鎖）、反時限過流保護(hù)（經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、后加速過流保護(hù)（經(jīng)復(fù)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(hù)、重合閘、過負(fù)荷聯(lián)切/告警、兩段式零序過流保護(hù)、零序后加速過流保護(hù)、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(dāng)回路電壓出現(xiàn)異常時，及時發(fā)出告警信號。主要保護(hù)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(yùn)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(hù)裝置動作信號；預(yù)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(rèn)一次報警。報警一旦確認(rèn)，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(jìn)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(jī)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(yùn)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(yù)告報警和事故報警。
??3） 開關(guān)事故跳閘到指/定次數(shù)或開關(guān)拉閘到指/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(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實施監(jiān)護(hù)，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(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)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(jìn)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(yuǎn)方/站控層的切換。
第四級控制，遠(yuǎn)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(hù)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(jìn)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(jī)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(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)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(jìn)軟件技術(shù)以及先進(jìn)設(shè)備對變電站自動化系統(tǒng)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，為改造自動化系統(tǒng)，提高該管理性能以及操作性能，應(yīng)從創(chuàng)新路徑以及先進(jìn)技術(shù)再結(jié)合現(xiàn)場實際情況進(jìn)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(jìn)行改造，提高自動化系統(tǒng)性能，確保變電站安全運(yùn)行，提高整體安全性。
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