任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：本文主要介紹的是農(nóng)網(wǎng)35kV變電站的自動化設(shè)計(jì)問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)35kV變電站設(shè)計(jì)

0引言

      隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)也得到了快速的發(fā)展對于農(nóng)網(wǎng)35ky變電站實(shí)行綜合自動化及無人值班已成為縣級電網(wǎng)自動化發(fā)展的方向。

      國家電網(wǎng)公司《農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造技術(shù)原則》第4章“35kV輸變電工程"和“35~110kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范"中規(guī)定的35kV變電站設(shè)計(jì)原則如下：

     (1)針對農(nóng)村用電負(fù)荷分散、供電可靠性相對較低的特點(diǎn)以及節(jié)約用地的原則，從控制規(guī)模入手，采用先進(jìn)設(shè)備，以減少一次性投入和長期運(yùn)行費(fèi)用考慮，應(yīng)推廣使用保護(hù)、測量和控制設(shè)計(jì)，采用分層分布式結(jié)構(gòu)，組屏式或就地分散安裝式變電站綜合自動化設(shè)計(jì)方案；

     (2)考慮到供電質(zhì)量與供電可靠性、設(shè)計(jì)成無人值班變電站；

     (3)預(yù)測10年負(fù)荷發(fā)展需求，主變至少按兩臺考慮，選用低損耗、節(jié)能型調(diào)壓變壓器；

     (4)考慮到變電站設(shè)備滲油問題，在設(shè)備選型方面，優(yōu)先選用先進(jìn)國產(chǎn)和進(jìn)口設(shè)備，以提高供電可靠性降低運(yùn)行費(fèi)用。

    (1)電氣主接線35kV母線采用單母線運(yùn)行方式，一進(jìn)一出兩條35kV線路組成，進(jìn)線側(cè)不加保護(hù)，出線側(cè)設(shè)線路保護(hù)，10kV母線采用單母分段等形式，6回10kV出線。

電氣設(shè)備主變壓器設(shè)主變1#、主變2#，先將1#變選低耗、節(jié)能有載調(diào)壓變壓器；35kV進(jìn)出線均配置獨(dú)立式CT；35kV開關(guān)和10kV開關(guān)均采用SF6開關(guān),全站電容補(bǔ)償按主變?nèi)萘康?0%考慮,分兩組裝設(shè),由10kV開關(guān)控制。

     (2)直流系統(tǒng)采用和集控屏配套的整流設(shè)備，輸出電壓為220V、24V分別作為35kV及10kV控制保護(hù)電源，屏內(nèi)設(shè)儲能電容作為35kV及10kV開關(guān)備用分合閘電源、同時(shí)配置UPS不間斷電源作為備用電源。

     35kV變電站綜合自動化設(shè)計(jì)依據(jù)《縣級電網(wǎng)調(diào)度自動化功能規(guī)范》，采用集繼電保護(hù)、遠(yuǎn)程控制、小電流接地選線，設(shè)備程序自檢測、診斷、事故及故障信號檢測等功能為一體的系統(tǒng)配置方式。

2.1自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置

     變電站自動化系統(tǒng)包括變電站測控保護(hù)系統(tǒng)和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)。測控保護(hù)系統(tǒng)完成綜合自動化功能，同時(shí)還通過通信完成與當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)方調(diào)度主站、智能直流屏、智能電度表屏、微機(jī)“五防"系統(tǒng)及通信電源的信號傳送。變電站綜合自動化系統(tǒng)采用屏式結(jié)構(gòu)，以通信為核心，以總線形式把各功能單元聯(lián)成一個(gè)完整系統(tǒng)。設(shè)置調(diào)試窗口，可備有后臺機(jī)、GPS時(shí)鐘及與交直流屏、智能電度表的通信接口以及微機(jī)防誤閉鎖系統(tǒng)。自動化系統(tǒng)裝置的電源由交流220V主供、直流220V備用，裝置本身具有交直流電源自動切換功能。

2.2自動化系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)方案

2.2.1系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)：

      (1)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，以電氣單元為配置對象，進(jìn)行分散、組合安裝。單元中采用雙CPU結(jié)構(gòu)，保護(hù)與測控功能相對獨(dú)立，測控及通信網(wǎng)故障不影響保護(hù)功能運(yùn)行；

      (2)采用模塊化設(shè)計(jì)、使各裝置相對獨(dú)立，某一裝置故障不影響其他裝置運(yùn)行:

      (3)保護(hù)、測控，簡化二次接線，減少PT、CT負(fù)載，節(jié)省投資、方便維護(hù)；

      (4)測量采用交流菜樣技術(shù)；

      (5)保護(hù)、測控交流電流回路分開接入，各測控保護(hù)裝置可手動控制并顯示斷路器位置；

      (6)全漢化屏幕液晶顯示測控保護(hù)信息，具有良好的人機(jī)界面，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、本地遙控操作及信道監(jiān)視等；

      (7)能進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方故障診斷、參數(shù)整定等。

2.2.2系統(tǒng)技術(shù)功能：

      具有繼電保護(hù)、控制、測量、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳、低周減載、同期操作、小電流接地選線、備用電源自投、電壓并列、計(jì)算分析及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控等功能，有較高的運(yùn)行可靠性和較強(qiáng)的抗干擾能力，能進(jìn)行自診斷、自恢復(fù)、遠(yuǎn)方診斷、故障錄波、防誤閉鎖、防火及防盜監(jiān)控功能，可實(shí)現(xiàn)變電站無人值班。

2.2.3系統(tǒng)與主站聯(lián)系：

      通過一點(diǎn)多址，光纖或音纜等通信方式組成主備兩道接入調(diào)度端，數(shù)據(jù)由兩條通道同時(shí)發(fā)送，主站選擇數(shù)據(jù)接收，拔通自動切換和故障報(bào)警。系統(tǒng)與主站具有可靠完善的數(shù)據(jù)接口。

2.2.4系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)計(jì)：

      采用光電隔離板及驅(qū)動接口子系統(tǒng)，每個(gè)單元都有一個(gè)經(jīng)光電隔離的串行通信RS232口和422/485接口，通過后臺機(jī)的調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)卡與遠(yuǎn)方調(diào)度進(jìn)行通信。整套系統(tǒng)具備“四遙"功能，能夠進(jìn)行電能脈沖采集、處理、遠(yuǎn)傳，并能采集遠(yuǎn)傳直流電源系統(tǒng)報(bào)警信號，具備完善的監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)與事故及故障信號檢測系統(tǒng)。良好的人機(jī)界面，可使遠(yuǎn)方調(diào)度直觀監(jiān)視變電站運(yùn)行情況，遙控、遙視操作方便。

 

2.2.5電量采集和設(shè)計(jì)：

      全部電量的測量采用交流采樣獲得，采樣元件為電壓、電流傳感器，可測電壓、電流、無功功率、有功功率、功率因數(shù)及頻率等。

2.2.6信號單元箱的設(shè)計(jì)：

      每個(gè)信號單元箱可輸入8個(gè)模擬量、8個(gè)遙信量、可自動記錄事故的時(shí)間、性質(zhì)、動作值以及站內(nèi)喇叭、電警鈴的控制，可顯示變電站各種運(yùn)行信息。

2.2.7微機(jī)保護(hù)的設(shè)計(jì)：

      考慮到節(jié)省投資，采用系統(tǒng)保護(hù)與遠(yuǎn)動監(jiān)控系統(tǒng)合為一屏，其中35kV、10kV線路采用帶時(shí)限過流和速斷保護(hù)，通過負(fù)荷定值，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷監(jiān)控；考慮到10kV母線電壓補(bǔ)償，10kV電容器采用過壓、欠壓、過流保護(hù)；主變采用速斷、重瓦斯為主保護(hù)，過負(fù)荷、輕瓦斯、過溫發(fā)信號為后備保護(hù)。遠(yuǎn)方投停保護(hù)與遠(yuǎn)方復(fù)歸保護(hù)動作信號，可進(jìn)行故障記錄，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方查詢、修改并下發(fā)保護(hù)定值。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)有可靠的數(shù)據(jù)接口和通信規(guī)約，保證信息被主站接收。

2.2.8系統(tǒng)通信設(shè)計(jì)：

      系統(tǒng)通信主要完成各相關(guān)裝置及主站間的數(shù)據(jù)采集的傳遞，是變電站綜合自動化的，包括人機(jī)對話、通信管理、數(shù)據(jù)庫管理、規(guī)約處理和系統(tǒng)檢測等功能，可進(jìn)行現(xiàn)場控制和維護(hù)。

     (1)減輕值班人員的工作量，值班員定時(shí)抄表、計(jì)算電量、負(fù)荷率，點(diǎn)擊鼠標(biāo)頃刻完成；

     (2)與常規(guī)站相比，節(jié)省近一半投資，節(jié)約l/3占地面積，建設(shè)工期縮短，節(jié)省了資金；

     (3)設(shè)備運(yùn)行可靠檢修、維護(hù)方便，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率；

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(shí)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(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)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(jì)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(jià)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(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)雙機(jī)熱備配置。

4.2應(yīng)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(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1 實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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。

 

4.4.2 報(bào)警處理

       監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)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(bào)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(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)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(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過手動，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

     2）對每一測量值（包括計(jì)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(bào)警和事故報(bào)警。

     3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

    4）報(bào)警方式。

   報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)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(bào)警信息。

 

4.4.3 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(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

     操作控制分為四級：

    第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(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(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)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(yuǎn)方/站控層的切換。

    第四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。

    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。

   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。

   3）定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

   4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

 

4.4.4 用戶權(quán)限管理

    系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

 

 

     35kV變電站采用具有先進(jìn)技術(shù)和完備功能的綜合自動化設(shè)計(jì)，不僅在技術(shù)上追求，在設(shè)備選型上還要注重產(chǎn)品質(zhì)量以及良好的售后服務(wù)。

[1] 周順霞.農(nóng)網(wǎng)35kV 變電站的綜合自動化設(shè)計(jì)．

[2] 吳國威.數(shù)字化變電站中信息處理及網(wǎng)絡(luò)信息分析[J].繼電器,2007,(12).

[3] 周蓉.基于強(qiáng)口令認(rèn)證的變電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信[J].中國電力教育,2008,(S1)

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版．

     任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。