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          淺談數字化變電站綜合自動化系統的發展

          更新時間:2023-11-21   點擊次數:41次

          摘要:隨著時代的進步和發展,在當前的變電站設計上,數字化變電站設計成為一種趨勢。其也成為未來我國變電站設計的核心研究方向和趨勢。當前來說,我國在數字化變電站的設計上,綜合自動化系統的應用,在整個變電站設計上也有作用發揮。為此在進行觀點分析上,本文圍繞當前我國數字化變電站綜合自動化系統發展問題進行了觀點的闡釋和分析,并對其發展趨勢進行了展望和分析。

          關鍵詞:數字化變電站;綜合自動化系統;發展

          0 引言

          結合目前來說,隨著技術的不斷升級和發展,數字化變電站綜合自動化系統成為我國在變電站設計上的主流趨勢。相較于傳統的變電站來說,數字化變電站能夠有技術優勢,是我國變電站設 計未來的主要發展趨勢和方向。對于數字化以及自動化的研究來說,基于高新技術的引入,合理實現技術問題的解決,能夠基于本質角度出發,促使我國數字化變電站自動化系統有較為出色的應用效果,推動我國數字化變電站自動化綜合系統研發水平的不斷升級。

          1 數字化變電站綜合自動化系統的優勢

          數字化變電站綜合自動化系統在應用上,其不僅有較為出色的可擴展性,而且整個系統應用相對簡單,有較為出色的兼容性,所以在當前國內很多變電站中,其都有較為出色的應用價值。而且從目前的 應用現狀來說,數字化變電站綜合自動化系統不僅有較為穩定的運行表現,且有較為出色的運行效率,而且可以降低人工資源的耗費,確保實現無人值守??梢哉f,數字化變電站綜合自動化系統的出現,能 夠促使我國在電網運行和管理上取得更為出色的運行效益,同時也可以更好的滿足當前我國在變電站系統設計方面的需求。同時企業是我國未來實現變電站建設的核心方向和趨勢。

          2 數字化變電站綜合自動化系統的特點解讀

          圖1展示的是當前數字化變電站綜合自動化系統的布局結構。


          圖1數字化變電站綜合自動化系統架構

          通過引入數字化變電站綜合自動化系統,促使在變電站的管理上,有更為出色的管理效益,充分實現自動化管理目標。數字化變電站綜合自動化系統的突出特點是:

          2.1數字化的數據采集

          對于數字化變電站綜合自動化系統而言,其在工作開展上,采取的是全自動數據采集方式,為此也致使其在進行相應的數據獲取上,有較為出色的自動化表現,可以基本滿足自動化系統管理需求。結合 圖2展示內容,通過測控裝置的搭載,可以實現數據的自動測控,并借助通信處理完成數據信號傳輸。

          image.png

          圖2 數字化變電站綜合自動化系統數據采集

          2.2 系統分層分布化

          對于數字化變電站綜合自動化系統而言,其從初誕生,采取的是集中式管理模式,而今開始采取分布式系統?;诜植际较到y的引入,促使在進行數字化變電站綜合自動化系統設計上,其可以充分契 合當前網絡通信技術發展需求,同時實現開放式的管理,針對系統在運行過程中的設備運行情況做出精準的記錄,同時也可以確保系統在運行過程中,能夠實現響應速度的進一步提升。

          2.3 信息交互網絡化依舊信息應用集成化

          在當前的數字化變電站綜合自動化系統設計上,其引入了更多先進的技術以及設備,促使在進行系統研發上,有更為出色的運作效率。比如當前在進行數字化變電站綜合自動化系統設計上,其在互感器的使用上,選擇的是新型互感器,這些互感器在工作過程中不僅有較低的工作效率,同時也有較為出色的數字化應用表現,能夠更好的了滿足系統工作需求,可以實現一些大電流以及高電壓到相應數字信號的轉換需求。

          3 數字化變電站綜合自動化系統的發展

          隨著時代的進步和發展,越來越多新技術引入也促使數字化變電站綜合自動化系統成為未來發展的必然趨勢。在當前時代背景下,隨著更多優勢技術的引入,也必然會促使數字化變電站綜合自動化系統 在應用上,實現更多優勢技術的引入,提升數字化變電站綜合自動化系統的運作效果,促使其能夠為更好提升我國變電站系統的運作提供切實的技術支撐和保障。

          3.1新型高壓斷路器二次系統的引入

          在實現數字化變電站綜合自動化系統設計上,新型高壓斷路器二次系統是采用微機、電力電子技術和新型傳感器建立起來的,斷路器系統的智能性由微機控制的二次系統、IED和相應的智能軟件來實現, 保護和控制命令可以通過光纖網絡到達非常規變電站的二次回路系統,從而實現與斷路器操作機構的數字化接口。通過該系統的引入,實際上為達成數字化控制提供了必要的基礎支撐和保障。該系統在使用上,有較為出色的線性度,在實現上,也可以實現輸出信號和IEC的直接接口。該系統的引入,簡化了系統的設計,卻使系統的應用價值得以提升。未來,隨著越來越多新技術的引入,也必然促使我國在數字化變電站綜合自動化系統的研發上,取得更為出色的成績,促使其能為改善我國變電站的日常運營和管理,提供更為出色的管理效益支撐。

          3.2 綜合自動化軟件系統的搭載

          在數字化變電站綜合自動化系統建設的過程中,其中綜合自動化軟件系統是其中的關鍵技術。通過該技術的引入,確保在自動化系統的構建上,能夠借助自動化軟件系統的應用,更好的達成自動化系統 控制目的。目前我國在綜合自動化軟件系統的應用上,相應的技術不斷發展,技術水平也得到了不斷的提升。在這種背景下,也為更好推動數字化變電站綜合自動化系統構建提供了切實的軟件系統和智能化技術支持。通過這種方式,對于改善系統應用效益,出色提升系統的智能化管理效果起到了幫助和支撐。在綜合自動化軟件系統的建設上,其過程中的技術主要是智能化技術,諸如遙控閉鎖裝置、自動事件以及數據記錄、相應數據自動分析、智能報、智能開關等。通過這些自動化技術的引入,確保系統能夠實現更為出色的自動化操作,更好改善系統性能,確保系統的應用能夠出色達成智能管理目的。

          4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統

          4.1方案綜述

          Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成,并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機,提供站內運行的人機聯系界面,實現管理控制間隔層設備等功能,形成全站監控,并與遠方監控、調度通信;間隔層由若干個二次子系統組成,在站控層及站控層網絡失效的情況下,仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。

          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,性能價格比優越,監控系統由站控層和間隔層兩部分組成,采用分層分布式網絡結構,站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。

          4.2應用場所:

          適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。

          4.3系統結構

          image.png

          4.4系統功能

          4.4.1 實時監測

          Acrel-1000變電站綜合自動化系統,以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態,實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息,動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

          image.png

          4.4.2 報警處理

          監控系統具有事故報警功能。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、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

          1)事故報警。事故狀態方式時,事故報警立即發出音響報警(報警音量任意調節),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)開關事故跳閘到次數或開關拉閘到次數,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,用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。

          4.4.3 調節與控制

          操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能,允許監護人員在操作員工作站上實施監護,避免誤操作。

          操作控制分為四級:

          第控制,設備就地檢修控制。具有優先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時,將閉鎖所有其他控制功能,只進行現場操作。

          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、執行,并在站級層設置操作員、監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及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關;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,設定啟動和關閉時間,完成定時控制。

          4)監控系統的控制輸出??刂戚敵龅慕狱c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 用戶權限管理

          系統設置了用戶權限管理功能,通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組(如管理員、維護員、值班員組等),在每個權限組里添加用戶名和密碼,為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。

          image.png

          5 系統硬件配置

          應用場合

          型號

          圖 片

          保護功能

          35kV變電站綜合自動化系統

          Acrel-

          1000

          33

          可顯示變電站主接線圖,模擬配電網絡運行,實現無人值班模式;根據順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波,協助運維人員實現快速故障分析、定位和排除問題,盡量縮短停電時間;實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數,對配電系統和用電設備進行用能分析和能效管理

          網關

          ANet-

          2E8S1

          0052cb53c0d808da21480c667aa4fd7

          8路RS485串口,光耦隔離,2路以太網接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協議的數據接入,ModbusTCP(主、從)、104(主、從)、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協議上傳,支持斷點續傳、XML、JSON進行數據傳輸、支持標準8GB SD卡(32GB)、支持不同協議向多平臺轉發數據;每個設備的多個報警設置。輸入電源:AC/DC 220V,導軌式安裝。

          35kV/10kV/6kV

          弧光保護

          ARB5-M

          主控單元,可接20路弧光信號或4個擴展單元,配置弧光保護(8組)、失靈保護(4組)、TA斷線監測(4組)、11個跳閘出口;

          ARB5-E

          擴展單元,多可以插接6塊擴展插件,每個擴展插件可以采集5路弧光信號:

          ARB5-S

          弧光探頭,可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室,也可于低壓柜?;」馓筋^的檢測范圍為180°,半徑0.5m的扇形區域;

          35kV/10kV/6kV

          進線柜電能質量

          在線監測

          APView500

          6192c06d2027abc5fae276484deeb26

          相電壓電流+零序電壓零序電流,電壓電流不平衡度,有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波,諧波(電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子)、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波,波形實時顯示及故障波形查看,PQDIF格式文件存儲,內存32G,16D0+22D1,通訊2RS485+1RS232+1GPS,3以太網接口(+1維護網口)+1USB接口支持U盤讀取數據,支持61850協議。

          35kV/100kV/6kV

          間隔智能操控、

          節點測溫

          ASD500

          D:\姜建妹工作\03-部門產品資料\2020年資料\智能配電產品圖品2019.12.13\ASD\新版\ASD300(III)\HG9A5396.JPG

          5寸大液晶彩屏動態顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4~20mA輸出;

          35kV/10kV/

          6kV傳感器

          ATE400

          00c847d7cad888672b40e9de77f7a18

          合金片固定,CT感應取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125℃,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米;

          35kV/10kV/6kV

          間隔電參量測量

          APM830

          8a3951e88d337b0bb51d8c2e1fa75a5

          三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序電流In,四象限電能,實時及需量,本月和上月值,電流、電壓不平衡度,66種報警類型及外部事件(SOE)各16條事件記錄,支持SD卡擴展記錄,2-63次諧波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD顯示;

          變壓器繞組

          溫度檢測

          ARTM-8

          639ab4d5c09c0be9b988db967af34b4

          8路溫度巡檢,預埋PT100,RS485接口,2路繼電器輸出;

          變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫

          ARTM-Pn-E

          a448bd195c64c52c0ec60e59c912905

          無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器;U、I、P、Q等全電參量測量;2路告警輸出;1路RS485通訊;

          ATE400

          00c847d7cad888672b40e9de77f7a18

          合金片固定,CT感應取電,啟動電流大于5A,測溫范圍-50-125C,測量精度±1℃;無線傳輸距離空曠150米;

          柜內環境溫濕度

          AHE100

          a04bb4d86f4f1c4cc88bfeaf8c13565

          無線溫濕度傳感器,溫度精度:±1℃,濕度精度:±3%RH,發射頻率:5min,傳輸距離:200m,電池壽命:≥3年(可更換)

          ATC600

          3d06a4e583dd966c290bafca4c63cb2

          兩種工作模式:終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳,ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m,ATC600-C可接收AHE傳輸的數據,1路485,2路報警出口。

          應用場合

          型號

          圖 片

          保護功能

          其他功能

          35kV/10kV/

          6kV進線

          AM6-L

          綜保(1)

          綜保(1)

           

          三段式過流保護(帶方向、低壓閉鎖)、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護;

          操作回路、

          雙以太網口、

          雙485口、

          2路4-20mA變

          送輸出、

          故障錄波、

          GPS對時、

          全電量測量

          直流量測量

           

          35kV/10kV/

          6kV饋線

          AM6-L

          三段式過流保護(帶方向、低壓閉鎖)、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護;

          35kV主變

          (2000kVA以上)

          AM6-D2/

          AM-3

          兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護;

          AM6-TB

          變壓器后備保護測控、三段式過流保護(帶方向、復合電壓閉鎖)、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調升檔、遙調降檔、遙調急停;

          35kV/10kV/

          6kV廠用變

          AM6-S

          三段式過流保護(帶方向、復合電壓閉鎖)、零序過流、過負荷保護(告警/跳閘)、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護;

          35kV電機

          (2000kW以上)

          AM6-MD

          差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉等電機綜合保護;

          10kV/6kV

          異步電機

          AM6-M

          兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護(告警/跳閘)、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡;

          35kV/10kV/6kV

          PT監測

          AM6-UB

          PT并列/解列、PT監測;

          10kV/6kV

          電容器

          AM6-C

          兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護(告警/跳閘)、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護;

          35kV/10kV/

          6kV母聯

          AM6-B

          兩進線備投/母聯備投/自適應備投、聯切備投、三段式過流保護(帶方向、復合電壓閉鎖)、PT斷線告警、過負荷聯切/告警、檢同期、合環保護;

          6 結論

          隨著時代的進步和發展,在變電站系統開發上,數字化變電站綜合自動化系統成為一種全新的系統設計方案。通過數字化變電站綜合自動化系統的引入,可以減少變電站工作人員的管理壓力,釋放人工, 在實現管理效率改善的同時,也提升了管理的精準性。為此,數字化變電站綜合自動化系統必然是我國未來變電站設計的核心主流趨勢。我國在該領域要充分重視相應自動化以及智能技術的深入研發,促使我國在數字化變電站自動化系統設計上,取得研發效果。

          參考文獻

          [1]徐煥忠.變電站綜合自動化系統的相關問題研究與應用[J].工程技術 研究,2017(10):128-129.

          [2]司欣茹.數字化變電站綜合自動化系統的發展.

          [3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.


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