安科瑞 陳聰

摘 要：變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站內(nèi)的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用的計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護、并與上級調(diào)度通信的綜合性自動化功能。

關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化系統(tǒng)；自動監(jiān)視；保護；調(diào)度通信

1. 概述

青島海洋科技園位于青島市黃島區(qū)江山南路與規(guī)劃珠江路交匯處，規(guī)劃建筑面積約23萬平方米。產(chǎn)業(yè)定位于應(yīng)用型海洋科技研發(fā)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、IC 設(shè)計、制造及裝備研發(fā)。建設(shè)內(nèi)容包含科研辦公及配套設(shè)施、海洋科研實驗室、海洋創(chuàng)新推動平臺等，計劃建設(shè)成為青島應(yīng)用型海洋科技資源的整合平臺、海洋科技人才的聚集平臺、海洋科技企業(yè)的孵化和成果轉(zhuǎn)化平臺、海洋科技服務(wù)業(yè)的培育和加速平臺。

本次建設(shè)內(nèi)容為：海洋科技產(chǎn)業(yè)園生產(chǎn)基地(一期)項目，位于山東省青島市石寨山路以北，鳳凰山路以東，包括1#生產(chǎn)廠房、2#生產(chǎn)廠房及3#生產(chǎn)廠房，總占地面積為53333.31平方米，總建筑面積81329.49㎡。

全廠共設(shè)置35kV變電所1座，區(qū)域變電所2座。35kV變電所內(nèi)含35kV開關(guān)柜、35kV變壓器鎧裝箱、10kV開關(guān)柜及0.4kV開關(guān)柜。區(qū)域變電所為裝置樓一層獨立區(qū)域，配置10kV開關(guān)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。本項目采用35kV單電源進線，本變電站為主站，10kV1#分所、10kV2#分所電源引自本變電站。本變電站35kV變壓器容量為1X10000kVA，10kV變壓器容量為2X800kVA，備用一臺發(fā)電機1X800kW。所內(nèi)安裝35kV高壓柜4面、10kV中壓柜9面、10000kVA變壓器1臺、800kVA變壓器2臺、0.4kV低壓柜16面、10kV電容柜1組、調(diào)度通信屏、主變保護屏、后臺等1組，直流屏1組100Ah、10kV無功補償共2700kvar、0.4kV無功補償共480kvar。實際無功補償后功率因數(shù)應(yīng)達到0.95以上。若達不到，須增加補償容量。

圖1 青島海洋科技園現(xiàn)場圖

2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站綜合自動化系統(tǒng)是指：通過執(zhí)行規(guī)定功能來實現(xiàn)某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用的計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。

系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設(shè)備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、電氣接點溫度等數(shù)據(jù)，同時分別在35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源，保障現(xiàn)場設(shè)備良好的運行環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，分散10kV變電站通過數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關(guān)）采集數(shù)據(jù)通過光纖上傳至通信室變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)平臺；同時網(wǎng)關(guān)充當遠動通信裝置，將現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過交換機經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。

平臺管理層：l變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)平臺、國網(wǎng)安徽省安慶電力調(diào)度控制中心平臺。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3. 解決方案

本項目35kV變電所1座，區(qū)域變電所3座，35kV變電所為獨立二層建筑物，其中一層為35kV開關(guān)室、35kV變壓器室、10kV開關(guān)室，二層為10kV變壓器及0.4kV開關(guān)室、通信室。區(qū)域變電所為裝置樓一層獨立區(qū)域，配置10kV開關(guān)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。。

35kV變電所內(nèi)35kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖如圖1所示，共有4面開關(guān)柜，分別為：1面進線柜、1面出線柜、1面計量柜、1面PT柜。

圖3 35kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖

35kV變電所內(nèi)10k部分一次系統(tǒng)圖如圖4所示，共有9面開關(guān)柜、其中1面10kV進線柜、2面變壓器出線柜、2面至分所的饋線柜、1面隔離柜、1面PT柜、1面計量柜、1面?zhèn)溆灭伨€柜。

圖4 10kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖

圖5 1# 10kV變電所進線柜一次系統(tǒng)圖

圖6 2# 10kV變電所進線柜一次系統(tǒng)圖

3.1. 方案綜述

本次工程在35kV、10kV配電系統(tǒng)中配置微機保護裝置，對每面35kV、10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)配置開關(guān)狀態(tài)操控裝置，對電氣量采集和對電氣設(shè)備（如斷路器）的狀態(tài)監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，發(fā)生故障時，由微機保護裝置完成瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制，迅速切除故障設(shè)備和完成事故后的恢復操作。

在每面35kV、10kV高壓變配電開關(guān)柜配置1臺多功能電表，在35kV變電所計量柜處裝有計量儀表，其中在35kV變電所安裝負荷采集終端箱，收集計量點計量表的電能信息，用于遠程監(jiān)控及電量數(shù)據(jù)采集。

在35kV總變二次值班室配置1套DC220V/100AH柜式直流電源，各區(qū)域變電所在高壓柜配置DC220V/50AH分布式直流電源，為整個變電站的斷路器、二次設(shè)備及監(jiān)控主機等重要設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的電源;配置一臺時鐘同步裝置，實現(xiàn)變電站內(nèi)所有微機保護裝置、監(jiān)控主機、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、遠動裝置的時鐘同步;配置一套變電站綜自自動化系統(tǒng)，通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置采集站內(nèi)主變溫度巡檢儀、主變檔位變送器、直流屏數(shù)據(jù)，通過光纖組網(wǎng)與分散的各區(qū)域10kV變電所通信實現(xiàn)變電站綜合自動化監(jiān)控與管理;在二次值班室配置一面通訊屏、一面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏，SDH型STM-4光傳輸設(shè)備1套，PTN接入層光傳輸設(shè)備1套，共同安裝于光通信屏;48芯0DF、16單元DDF、4端口IAD，共同安裝于通信配線屏，電網(wǎng)110kV姜家變電站安裝:STM-4光接口板2塊、GE光模塊2個，安裝于現(xiàn)運行SDH設(shè)備和PTN設(shè)備上。24芯光纖配線單元箱1臺，安裝于現(xiàn)狀姜家變電站通信配線柜內(nèi)。通過專用通道點對點方式實現(xiàn)變電站與調(diào)度端通訊。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏配置數(shù)據(jù)1臺路由器、2臺交換機、2臺縱向加密裝置。

3.2. 功能需求

3.2.1. 微機保護需求

變電站綜合自動化系統(tǒng)中，多數(shù)子系統(tǒng)都是由微機構(gòu)成的，都具有一定的故障診斷功能，這就使得變電站一、二次設(shè)備的可靠性得到了提高。

35kV/10kV 降壓變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置主變保護屏。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、1只變壓器溫控儀ARTM-8、1臺檔位變送器UP858-19AN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，其作用是對變壓器一側(cè)的電流及電壓進行監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)問題，及時發(fā)出預警信息，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器，避免變壓器發(fā)生故障；

高低后備保護裝置：作為35kV側(cè)/10kV側(cè)的后備保護以及變壓器的非電量保護，其作用是在前兩個裝置都無法正常運行的情況下，通過智能和人工的配合，來完成對整個變壓器運行的監(jiān)控和保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器，避免其出現(xiàn)故障，影響整個變電站的運行。

高低側(cè)測控裝置：用于監(jiān)測35kV側(cè)/10kV側(cè)測量電流、測量電壓；

變壓器溫控器：監(jiān)測降壓變壓器內(nèi)部繞組溫度，將測量的數(shù)據(jù)反饋回控制系統(tǒng)進行分析，一旦出問題及時后臺對變壓器進行保護處理；

檔位變送器：監(jiān)測主變壓器在工作中的接頭位置，用于降壓變壓器檔位測量及有載調(diào)壓。

3.2.2. 本地數(shù)據(jù)采集

變電站綜合自動化系統(tǒng)需采集設(shè)備有組屏保護7臺、分散保護14臺、儀表180臺，數(shù)量共計201臺，本地設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)類型主要分為遙測、遙信兩類數(shù)據(jù)，部分數(shù)據(jù)展示如下：

l 遙測量

2 遙信量

3.2.3. 調(diào)度上傳需求

黃島區(qū)以黃島島名命名，1979年1月，膠南縣再度劃歸青島市，同年從膠南縣劃出黃島、辛安、薛家島3處人民公社，設(shè)立青島市黃島區(qū)。1984年，青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)成立。1990年12月，撤銷膠南縣，設(shè)立膠南市（縣級市）。1992年11月，黃島區(qū)境內(nèi)設(shè)立青島保稅區(qū)。1993年，青島經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)擴展到黃島全區(qū)，兩區(qū)體制合一。2012年9月，撤銷黃島區(qū)、縣級膠南市，設(shè)立黃島區(qū)。地方電網(wǎng)要求本項目數(shù)據(jù)兩路上傳，一路上傳到黃島區(qū)調(diào)度部分，另一路經(jīng)黃島區(qū)匯聚中心上傳至青島市平臺，兩路上傳均采用雙通道上傳，整體方案冗余配置，確保調(diào)度上傳的穩(wěn)定性與可靠性。

本項目計量數(shù)據(jù)獨立上傳，數(shù)據(jù)網(wǎng)僅上傳安全Ⅰ區(qū)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)網(wǎng)及二次安防設(shè)備信息與清單如下：

表1 數(shù)據(jù)網(wǎng)及二次安防設(shè)備清單

3.3. 配置設(shè)備清單

表2 我司提供方案設(shè)備列表

3.4. 現(xiàn)場應(yīng)用圖

圖7 10kV 1#分所電氣一次圖

圖8 10kV 1#分所現(xiàn)場實物圖

圖9 10kV 2#分所電氣一次圖

圖10 10kV 2#分所現(xiàn)場實物圖

圖11 二次值班室室現(xiàn)場圖

4. 系統(tǒng)功能

4.1. 實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)人機界面友好，能夠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。

圖12 實時監(jiān)測主界面圖

4.2. 主變監(jiān)測

在35kV變電站中主要關(guān)注的就是主變壓器，主變壓器獨立界面分析，可以查看變壓器基本信息（變壓器型號、容量、調(diào)壓方式、溫度），也可以直接查看詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等，并可以查看24小時功率運行曲線。

圖13 主變壓器監(jiān)測界面圖

4.3. 分變電所監(jiān)測

各分變電所獨立監(jiān)測界面，可以直接查看分變電所回路詳細電參量與斷路器開關(guān)狀態(tài)，其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、保護跳閘信號和事故預告信。

圖14 分變電所監(jiān)測界面圖

4.4. 光字牌

根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)庫獲取保護信息表，通過多排欄的形式展示單個設(shè)備間隔保護信號，監(jiān)視各種設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)越限報警，供變電站集中監(jiān)控系統(tǒng)運維人員維護，由監(jiān)控人員使用。

圖15 光字牌監(jiān)測界面圖

5. 結(jié)語

通過變電站綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間相互交換信息，數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)變電站運行監(jiān)視和控制，對實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和運維管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運行水平起到了很大的作用，因此用戶變電站要進一步加強綜合自動化系統(tǒng)水平，提高運維人員的技能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1] 張曉春.變電站綜合自動化[M].北京：高等教育出版社.2006

[2] 劉賽豪.10kV 變電站綜合自動化設(shè)計[J].文摘版：工程技術(shù)（建筑）,2016:39.

[3] 胡裕民.變電站綜合自動化技術(shù)探討[J].科技創(chuàng)新導報,2019:174-175.