任運業(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變電站的自動化設計問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)網(wǎng)35kV變電站設計

0引言

      隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，農(nóng)村電網(wǎng)建設也得到了快速的發(fā)展對于農(nóng)網(wǎng)35ky變電站實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)建設與改造技術(shù)原則》第4章“35kV輸變電工程"和“35~110kV變電所設計規(guī)范"中規(guī)定的35kV變電站設計原則如下：

     (1)針對農(nóng)村用電負荷分散、供電可靠性相對較低的特點以及節(jié)約用地的原則，從控制規(guī)模入手，采用先進設備，以減少一次性投入和長期運行費用考慮，應推廣使用保護、測量和控制設計，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計方案；

     (2)考慮到供電質(zhì)量與供電可靠性、設計成無人值班變電站；

     (3)預測10年負荷發(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)考慮到變電站設備滲油問題，在設備選型方面，優(yōu)先選用先進國產(chǎn)和進口設備，以提高供電可靠性降低運行費用。

    (1)電氣主接線35kV母線采用單母線運行方式，一進一出兩條35kV線路組成，進線側(cè)不加保護，出線側(cè)設線路保護，10kV母線采用單母分段等形式，6回10kV出線。

電氣設備主變壓器設主變1#、主變2#，先將1#變選低耗、節(jié)能有載調(diào)壓變壓器；35kV進出線均配置獨立式CT；35kV開關(guān)和10kV開關(guān)均采用SF6開關(guān),全站電容補償按主變?nèi)萘康?0%考慮,分兩組裝設,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備，輸出電壓為220V、24V分別作為35kV及10kV控制保護電源，屏內(nèi)設儲能電容作為35kV及10kV開關(guān)備用分合閘電源、同時配置UPS不間斷電源作為備用電源。

     35kV變電站綜合自動化設計依據(jù)《縣級電網(wǎng)調(diào)度自動化功能規(guī)范》，采用集繼電保護、遠程控制、小電流接地選線，設備程序自檢測、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系統(tǒng)和當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)。測控保護系統(tǒng)完成綜合自動化功能，同時還通過通信完成與當?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)、遠方調(diào)度主站、智能直流屏、智能電度表屏、微機“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)成一個完整系統(tǒng)。設置調(diào)試窗口，可備有后臺機、GPS時鐘及與交直流屏、智能電度表的通信接口以及微機防誤閉鎖系統(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)設計方案

2.2.1系統(tǒng)技術(shù)特點：

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

      (2)采用模塊化設計、使各裝置相對獨立，某一裝置故障不影響其他裝置運行:

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

      (4)測量采用交流菜樣技術(shù)；

      (5)保護、測控交流電流回路分開接入，各測控保護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信息，具有良好的人機界面，可進行參數(shù)設置、實時數(shù)據(jù)顯示、本地遙控操作及信道監(jiān)視等；

      (7)能進行遠程維護，實現(xiàn)遠方故障診斷、參數(shù)整定等。

2.2.2系統(tǒng)技術(shù)功能：

      具有繼電保護、控制、測量、數(shù)據(jù)遠傳、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、計算分析及當?shù)乇O(jiān)控等功能，有較高的運行可靠性和較強的抗干擾能力，能進行自診斷、自恢復、遠方診斷、故障錄波、防誤閉鎖、防火及防盜監(jiān)控功能，可實現(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)由兩條通道同時發(fā)送，主站選擇數(shù)據(jù)接收，拔通自動切換和故障報警。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)控設計：

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

 

2.2.5電量采集和設計：

      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信號單元箱的設計：

      每個信號單元箱可輸入8個模擬量、8個遙信量、可自動記錄事故的時間、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行信息。

2.2.7微機保護的設計：

      考慮到節(jié)省投資，采用系統(tǒng)保護與遠動監(jiān)控系統(tǒng)合為一屏，其中35kV、10kV線路采用帶時限過流和速斷保護，通過負荷定值，實現(xiàn)負荷監(jiān)控；考慮到10kV母線電壓補償，10kV電容器采用過壓、欠壓、過流保護；主變采用速斷、重瓦斯為主保護，過負荷、輕瓦斯、過溫發(fā)信號為后備保護。遠方投停保護與遠方復歸保護動作信號，可進行故障記錄，實現(xiàn)遠方查詢、修改并下發(fā)保護定值。微機保護系統(tǒng)設有可靠的數(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)通信設計：

      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，可進行現(xiàn)場控制和維護。

     (1)減輕值班人員的工作量，值班員定時抄表、計算電量、負荷率，點擊鼠標頃刻完成；

     (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，建設工期縮短，節(jié)省了資金；

     (3)設備運行可靠檢修、維護方便，減輕了勞動強度，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)管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)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備的就地監(jiān)控功能。

      針對工程具體情況，設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)雙機熱備配置。

4.2應用場所：

      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。

 

4.4.2 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。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即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)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(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。

 

4.4.3 調(diào)節(jié)與控制

     操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。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：

    第控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當操作人員將就地設備的遠方/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。

    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。

    原則上間隔層控制和設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，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，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，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

   納入控制的設備有：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。

   3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

   4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為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、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。

 

 

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

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

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

[3] 周蓉.基于強口令認證的變電站實時數(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)設計與應用手冊2022.05版．

     任運業(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。