浅析35kV变电站综合自动化的改造方案

摘要：35kV变电站微机综合自动化系统的改造,对于实现电网调度自动化和现场运行管理现代化,提高电网的安全和经济运行水平起到了很大的作用,它将能大大加强电网一次、二次系统的效能和可靠性，对保证电网安全稳定运行具有重大的意义。
关键词：变电站综合化;改造方案;技术措施;步骤;功能;效果
0 引言
       为了提高35kV变电站安全、可靠稳定运行水平,降低运行维护成本,提高经济效益,向用户提供高质量电能服务,决定在35kV变电站实现综合自动化改造,应用自动控制技术、信息处理和传输技术、计算机软硬件技术实现35kV变电站运行监测、协调、控制和管理任务,部分取代变电站常规二次系统,减少和代替运行值班人员对变电站运行进行监视、控制的操作,使变电站更加安全、稳定、可靠运行。同时进一步探索在变电站综合自动化系统实现后的效果,逐步发展和完善35kV变电站综合自动化系统。
1改造方案
       本次改造采取集中组屏方式,主变保护、35kV进线保护、10kV馈线保护、10kV电容器的保护装置集中安装在保护屏内,计量装置采用集中组屏和分散安装相结合。现有的保护屏及相关设备暂时不变,这样可以保持现有设备正常运行。先将新的直流设备、主变保护屏、线路保护屏、通讯屏安装在新位置,并调试成功后,将各出线及各主变保护及控制逐步接入新系统中的改造方式。这样既保证了新旧设备的交接,又可能的减少了停电时间。
2本次改造中应注意的技术措施
       本次改造中主要的难点在于改造过程中新旧设备交叉运行。要考虑改造设备和未改造设备的各种电源的衔接。保证旧设备改造时。未改造设备能可靠运行。改造1OkV柜控制电缆时。控制电源、合闸电源、预告电源及10kV电压等控制电缆带电,工作时要戴好绝缘手套和绝缘靴。需要撤下和撤掉的电缆一定要先逐一核实无误后用绝缘胶布包好方可进行,防止触及柜体发生接地现象。需要两颗电缆连接时,要连接牢同。每个间隔改造完毕后,要仔细检查所涉及新旧控制电缆是否正确,并逐一核实。
3 35kV变电站综合自动化改造步骤
1）根据变电站现场情况,绘制主变保护测控柜电气设计图；35kV线路保护测控柜电气设计图；6kV线路电容器保护测控柜电气设计图；公用测控柜电气设计图。设计图内容主要有：过电流保护,三相一次重合闸,低周减载,低压减载。3路电压、3路电流(测量CT)及P、Q、COS中等电量测量,遥测测量误差：0.5％,开关量输人,脉冲量输人,AC220V供电,本体重瓦斯跳闸,本体重／轻瓦斯信号、变压器超温信号等功能。
2）根据设计图订制保护柜,要求有：①每个保护装置都设有就地出口硬压板和保护出口软压板；②操作方式具备站内微机、调度远方操作、站内设备的就地操作相互闭锁功能；③系统具有远方维护功能。
3）按35kV变电站一次设备分布式配置,保护全部采用微机保护,保护测控装置集中在主控制室内。各保护单元相对独立,能独立完成其保护功能,并通过通讯接口向监控系统传送保护信息。
4）计量：保护采用不同的电流互感器,分别是测量CT和保护CT。保护的功能独立于监控系统的功能；保护装置全部具有多套定值。
5）对开关的控制由保护完成。传统的系统对开关的手动控制是由控制屏完成的,这样对开关的控制接线重复,增加了现场的电缆接线。在本系统中对开关的手动控制是由各开关所接的保护完成。控制命令直接从现场总线发送到保护,保护接到命令后,根据预先整定的程序,如：检无压、检同期等完成对开关的控制。系统中对没有安装保护的开关和刀闸,仍由控制模块完成。
6）整个35kV变电站综合自动化实现时问需要1个月左右。完成后空负荷试验,摇接地,测量,做各种电气试验合格后,送电。运行良好。
4 35kV变电站综合自动化系统改造后的实现的主要功能
       改造后的变电站综合自动化系统主要功能有：保护功能；所接开关的跳、合及就地与远方手动控制；交(直)流电量的采集、处理(测量CT)；电度脉冲量的采集、处理；开关量的的采集、处理；开关、刀闸
的控制；事故报警与事故记录；数据采集；保护及变电站自动化信息的采集；数据预处理包括：数据统计、计算和采；控制和调节功能；事件顺序记录和事故追忆；运行报警；画面显示及人机交互操作；报表的制作、显示和打印；时钟校正；网页浏览器。
5 综合自动化系统改造效果
        变电站自动化系统改造投入使用1年多以来,较好地了用电环境,取得了良好的效果。
1）安全性、可靠性提高,通过功能的优化设计组合,减少了外部接点,降低了故障率。截至目前,该系统已经无故障运行8760h,及时监测报警电气故障16次,并自动采取保护措施。
2）维护方便,装置采用微机型,全部标准化、模块化,结构简单,具有故障自诊断功能,运行中能及时发现问题,且系统接线简单,便于维护。
3）缩小占地面积,装置的硬件部分采用大规模集成电路,其结构紧凑、体积小、功能强,所获数据和信号可共享,减少了元件数量,且6kV装置直接安装在开关柜上,节省大量控制电缆和屏柜,减少占地面积,改造后,开关柜数量减少为6个,截至目前,降低材料成本和维护成本共计4.6万多元。
4）实时计算和控制水平提高,现场装置自动采集信号量和测量量,完整准确,而且微机装置和后台系统可以实时计算、分析、处理数据。该系统可自动控制,还可由值班员通过微机进行操作控制；具有远控功能,检测到的工况和运行数据实时送往调度,可远方控制,从而提高了计算控制水平。
5）微机和数据库的使用提高了变电站运行管理的自动化水平,系统的自动化及远动功能为变电站实现无人值班提供了可靠的技术条件。
6 安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统
6.1方案综述
        Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成，并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控，并与远方监控、调度通信；间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。
       针对工程具体情况，设计方案具有高可靠性，易于扩充和友好的人机界面，性能价格比优越，监控系统由站控层和间隔层两部分组成，采用分层分布式网络结构，站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。
6.2应用场所：
       适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。
6.3系统结构

6.4系统功能
6.4.1 实时监测
Acrel-1000变电站综合自动化系统，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

6.4.2 报警处理
       监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。
1）事故报警。事故状态方式时，事故报警立即发出音响报警（报警音量任意调节），操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位，同时弹窗显示红色报警条文，报警分为实时报警和历史报警，历史报警条文具备选择查询并打印的功能。
       事故报警通过手动，每次确认一次报警。报警一旦确认，声音、闪光即停止。
       次事故报警发生阶段，允许下一个报警信号进入，即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。
2）对每一测量值（包括计算量值），由用户序列设置四种规定的运行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分别定义作为预告报警和事故报警。
3）开关事故跳闸到指定次数或开关拉闸到指定次数，推出报警信息，提示用户检修。
4）报警方式。
       报警方式具有多种表现形式，包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式，用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

6.4.3 调节与控制
       操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上实施监护，避免误操作。
        操作控制分为四级：
       第控制，设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时，将闭锁所有其他控制功能，只进行现场操作。
       级控制，间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。
       第三级控制，站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成，具有远方/站控层的切换。
       第四级控制，远方控制，优先级。
       原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即选择、返校、执行，并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码，以确保操作的性和正确性。对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。
       纳入控制的设备有：35kV及以下断路器；35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关；站用电380V断路器；主变压器分接头；继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。
3）定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作，设定启动和关闭时间，完成定时控制。
4）监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点，接点的容量对直流为110V（220V）、5A，对交流为220V、5A。

6.4.4 用户权限管理
        系统设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员、维护员、值班员组等），在每个权限组里添加用户名和密码，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。

7系统硬件配置




 
8 结语
        35kV变电站微机综合自动化系统的应用是供电系统一次有意义的技术提升尝试,目前该系统运行稳定可靠,在先进技术不断发展的今天,变电站综合自动化系统在公司供电中,以其系统化、标准化和面向未来的概念正逐步取代繁琐而复杂的传统控制保护系统。综合自动化系统在35kV变电站的应用推广,必将对提高变电站安全、稳定、可靠运行以及降低运行维护成本等起到深远的影响。
参考文献
[1] 洪耀斌.35kV变电站综合自动化系统应用.
[2] 刘健,倪建立,邓永辉.配电自动化系统[M].中国水利电力出版社,1999.
[3] 黄益庄.变电站综合自动化技术[M].北京:中国电力出版社,2000.
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.