變配電站自動(dòng)化系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用與分析_secret

1、PAGE PAGE 5 變配電站自動(dòng)化系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用與分析 【摘要】通過分析企業(yè)變配電站對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，全面介紹了自動(dòng)化裝置在變配電站的結(jié)構(gòu)與功能，以及自動(dòng)化裝置的技術(shù)特點(diǎn)。通過介紹裝置概要闡述了變配電站自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展階段及不同階段的應(yīng)用特點(diǎn)，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀分析了變配電站自動(dòng)化的配置原則，并從形式、功能、質(zhì)量等方面對(duì)控制遠(yuǎn)動(dòng)裝置，從方案設(shè)計(jì)、功能要求、數(shù)據(jù)處理以及從接口、通信規(guī)約與協(xié)議、系統(tǒng)組態(tài)對(duì)網(wǎng)絡(luò)等三個(gè)方面全面概要的闡述了系統(tǒng)及設(shè)備的配置要點(diǎn)。本篇還針對(duì)變配電自動(dòng)化系統(tǒng)在轉(zhuǎn)化為企業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上，結(jié)合現(xiàn)場較多依賴廠家的現(xiàn)狀，從進(jìn)廠施工、現(xiàn)場調(diào)試、交工驗(yàn)收等方面作了一定程度的論述

2、分析，這對(duì)于廣大電氣技術(shù)人員在資料不全，規(guī)范不完善，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的條件下如何盡快而全面的掌握和利用該項(xiàng)技術(shù)具有一定的借鑒意義?！娟P(guān)鍵詞】變配電站 自動(dòng)化 應(yīng)用分析前言近年來，企業(yè)變配電自動(dòng)化技術(shù)作為應(yīng)用控制技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)軟件和硬件來代替人工進(jìn)行各種運(yùn)行作業(yè)，提高變配電站運(yùn)行管理水平的一種自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅成為變配電站改造的首選產(chǎn)品，同時(shí)也是新建變配電站的主導(dǎo)技術(shù)。隨著這項(xiàng)技術(shù)在變配電所的全面普及和應(yīng)用，其功能和性能已日趨完善。如何全面的掌握和利用這項(xiàng)新的技術(shù)形式，把對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的理解和認(rèn)識(shí)落實(shí)到實(shí)際運(yùn)用中去，對(duì)于廣大電氣工程技術(shù)人員來說都是一個(gè)重要的課題。本篇以某公司銅合成爐

3、綜合配電樓為例，系統(tǒng)闡述了變配電站自動(dòng)化系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用。1 裝置的結(jié)構(gòu)與功能 某公司銅合成爐綜合配電樓進(jìn)線電源引自公司15#變電所，主要負(fù)責(zé)20萬噸銅合成爐吹煉區(qū)高低壓負(fù)荷，其中包括110噸轉(zhuǎn)爐高溫風(fēng)機(jī)（2X355KW），環(huán)保排煙風(fēng)機(jī)（1X500KW），86噸轉(zhuǎn)爐高溫風(fēng)機(jī)（4X400KW），銅合成爐的反應(yīng)塔和沉淀池風(fēng)機(jī)（3X315KW），轉(zhuǎn)爐鼓風(fēng)機(jī)（Atlas-2X2860KW，KKK-2X2800KW）等。配電系統(tǒng)采用綜合自動(dòng)化裝置，以無人值守的形式，面向用戶的負(fù)荷需求。它的電氣監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式監(jiān)控原理，通過分散安裝于各開關(guān)柜上的各種智能電氣設(shè)備將所有實(shí)施數(shù)據(jù)通過通信電纜傳遞到計(jì)算機(jī)，

4、從而完成整個(gè)變電站的電氣監(jiān)控。 整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由主控層，站控層和間隔層組成。主控層及站控層以以太網(wǎng)形式連接，站控層與間隔層之間采用RS-485總線連接。（圖略）1.1主控層 配電站的主控層由2臺(tái)DELL工業(yè)監(jiān)控主機(jī)構(gòu)成，經(jīng)以太網(wǎng)與保護(hù)管理機(jī)和通信管理機(jī)互連。監(jiān)控機(jī)的作用是在無人值班配電站負(fù)責(zé)與調(diào)度中心的通信，使配電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)具有RTU功能，完成“四遙”任務(wù)；在有人值班的配電站，除了仍然負(fù)責(zé)與調(diào)度中心通信外，還負(fù)責(zé)人機(jī)聯(lián)系，使綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過監(jiān)控機(jī)完成當(dāng)?shù)仫@示、制表打印、開關(guān)操作等功能。1.2站控層 在綜合配電樓綜合自動(dòng)化管理上，各保護(hù)功能單元由保護(hù)管理機(jī)直接管理，一臺(tái)保護(hù)管理機(jī)可以管理一

5、系列單元模塊，它們之間采用雙絞線用RS-485接口連接。保護(hù)綜合管理機(jī)還具有數(shù)據(jù)采集及開關(guān)量管理功能，這就構(gòu)成了配電樓自動(dòng)化系統(tǒng)的站控層。正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)管理機(jī)監(jiān)視各保護(hù)單元的工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)某一保護(hù)單元本身工作不正常，立即報(bào)告監(jiān)控機(jī)，并報(bào)告調(diào)度中心。如果某一保護(hù)單元有保護(hù)動(dòng)作信息也通過保護(hù)管理機(jī)將保護(hù)動(dòng)作信息送往監(jiān)控機(jī)，再送往調(diào)度中心。調(diào)度中心或監(jiān)控機(jī)也可通過保護(hù)管理機(jī)下達(dá)修改保護(hù)定值等命令。保護(hù)管理機(jī)還通過通信控制機(jī)將數(shù)據(jù)采集和開關(guān)狀態(tài)送給監(jiān)控機(jī)和送往調(diào)度中心，并接受由調(diào)度或監(jiān)控機(jī)下達(dá)的命令?？傊?，管理機(jī)的作用就是減輕監(jiān)控機(jī)的負(fù)擔(dān)，協(xié)助監(jiān)控機(jī)承擔(dān)對(duì)間隔層的管理。 1.3間隔層 間隔層單元

6、按一次設(shè)備組織，一般按斷路器的間隔劃分。本配電樓系統(tǒng)綜合采用了sepam1000+20系列，sepam1000+40系列，sepam1000+87系列的綜合保護(hù)單元，每個(gè)間隔單元具有測(cè)量、控制、保護(hù)部分，測(cè)量控制部分負(fù)責(zé)該單元的測(cè)量，監(jiān)視斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄；保護(hù)部分負(fù)責(zé)該單元線路或變壓器或電動(dòng)機(jī)的保護(hù)、各種錄波等，具體如下： sepam1000+20系列主要用于水泵變、配電樓變壓器、循環(huán)水泵房變壓器、反應(yīng)塔風(fēng)機(jī)等容量相對(duì)偏小的負(fù)荷出線單元，它的主要功能有過電流保護(hù)和接地故障保護(hù)；對(duì)變壓器切換不敏感的接地故障保護(hù)；相不平衡檢測(cè)；熱過載保護(hù)；能夠讀取測(cè)量值、報(bào)警值及保護(hù)整定值，并

7、寫入裝置遙控命令；能夠改進(jìn)運(yùn)行中的三類診斷數(shù)據(jù)如網(wǎng)絡(luò)和電機(jī)的跳閘電流、不平衡比、干擾記錄及開關(guān)設(shè)備的累計(jì)分?jǐn)嚯娏?、跳閘時(shí)間和保護(hù)單元和附加模塊的連續(xù)自檢和監(jiān)視；在控制和監(jiān)視方面通過預(yù)制的斷路器程序邏輯完成。 sepam1000+40系列主要用于母聯(lián)形狀柜、電源進(jìn)線開關(guān)柜、電容補(bǔ)償開關(guān)柜、反應(yīng)塔沉淀池等負(fù)荷單元。它的主要功能除具有與sepam1000+20相同功能外,同時(shí)具有方向性接地故障保護(hù)，有電壓記憶功能的方向性過電流保護(hù)；欠/過電壓和頻率保護(hù)功能；通訊功能與sepam1000+20兼容；可改進(jìn)三類診斷數(shù)據(jù)。具有予制的斷路器程序邏輯。 sepam1000+87系列的結(jié)合保護(hù)裝置主要用于轉(zhuǎn)爐風(fēng)

8、機(jī)開關(guān)柜單元，功能有方向性電網(wǎng)保護(hù)；方向性接地故障保護(hù)；對(duì)變壓器和電機(jī)變壓器組的保護(hù)；差動(dòng)保護(hù)；防止內(nèi)部故障保護(hù)；失步、速度控制、誤上電保護(hù)等；測(cè)量諧波失真、電流和電壓；用于特定控制功能的邏輯方程式編輯器；具有2個(gè)ModBus通訊端口，用來將Sepam集成到2個(gè)不同的電網(wǎng)或冗余系統(tǒng)中。裝置的技術(shù)特點(diǎn) （1）智能電氣設(shè)備各單元相對(duì)獨(dú)立，以間隔為對(duì)象，按回路體現(xiàn)功能，是面向?qū)ο蟮姆稚⒎植际降哪K化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 （2）局部和單裝置故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。在監(jiān)控系統(tǒng)因故退出運(yùn)行時(shí)各裝置仍能安全、可靠地獨(dú)立運(yùn)行。 （3）每臺(tái)裝置和儀表均具有通信接口，通過站內(nèi)通信網(wǎng)與后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)通訊。后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)將收集

9、到的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行分類儲(chǔ)存和管理，每臺(tái)電氣設(shè)備的控制操作既可以在后臺(tái)監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行，也可以就地完成。 （4）系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)方調(diào)度、控制中心的通訊，將采集到的站內(nèi)信息運(yùn)傳到調(diào)度、控制中心，并接收其下達(dá)的各項(xiàng)控制命令，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控；同時(shí)系統(tǒng)也可以方便地與其它相關(guān)自動(dòng)化系統(tǒng)和智能裝置進(jìn)行通信。 （5）系統(tǒng)采用的硬件設(shè)備是法國施耐德電氣公司生產(chǎn)的測(cè)控裝置，具有集保護(hù)、測(cè)量、控制、事件記錄、故障錄波及通信等功能為一體的綜合功能。 （6）界面標(biāo)準(zhǔn)美觀，具有多功能控制方式，運(yùn)行管理簡單，維護(hù)量少，且系統(tǒng)具有操作員登錄和管理人員登錄的不同權(quán)限方式，可保證系統(tǒng)的安全管理和操作。 （7）二次設(shè)備所需電纜較少，節(jié)約投

10、資，調(diào)試簡單。 （8）電氣監(jiān)控軟件采用全開放式設(shè)計(jì)，可將數(shù)據(jù)通過接口提供給其他自動(dòng)化系統(tǒng)，而且支持更多不同的硬件，如除了施耐德的各種高低壓電力監(jiān)控裝置sepam1000+系列微機(jī)保護(hù)，PM800儀表、MT開關(guān)Micrologic控制單元、變頻器，以及其它公司的智能電力裝置ACH96、ECM20、智能電度表、RTU等，還包括各種型號(hào)的PLC、直流屏、模擬屏、UPS、有載調(diào)壓控制等。 （9）通過后臺(tái)機(jī)電氣監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)眾多功能，如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場各種靜態(tài)或動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖的模擬，設(shè)備參數(shù)在線查看和修改，事件報(bào)警和記錄及查詢功能，歷史趨勢(shì)記錄功能、故障錄波功能、歷史數(shù)據(jù)查詢和運(yùn)行管理功能、遙控遙調(diào)功

11、能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能、安全系統(tǒng)管理功能、網(wǎng)絡(luò)功能等。3 由配電站的現(xiàn)狀淺析微機(jī)綜合自動(dòng)化的配置原則及要點(diǎn)3.1 配置原則 一般認(rèn)為，變配電自動(dòng)化的發(fā)展分為三個(gè)階段。 第一階段是基于開關(guān)設(shè)備之間相互配合的配電自動(dòng)化階段，其主要設(shè)備為斷路器及重合閘、備用電源自投等自動(dòng)化裝置，不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其主要功能是故障時(shí)通過自動(dòng)化開關(guān)設(shè)備相互配合實(shí)現(xiàn)故障隔離和健全區(qū)域的恢復(fù)供電。這類裝置僅在故障時(shí)起作用，正常運(yùn)行時(shí)不能起監(jiān)控作用，不能優(yōu)化運(yùn)行方式，需到現(xiàn)場修改定值，恢復(fù)健全區(qū)域供電無法采取安全和最佳措施，隔離故障需多次倒閘操作。 第二階段的變配電自動(dòng)化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、變配電所遠(yuǎn)程終端單元和后臺(tái)

12、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化系統(tǒng)。它在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運(yùn)行狀況和遙控改變運(yùn)行方式的作用，故障能夠及時(shí)察覺，并由調(diào)度員通過遙控隔離故障區(qū)域和恢復(fù)健全區(qū)域供電。第三階段的變配電自動(dòng)化系統(tǒng)是在第二階段的基礎(chǔ)上，增加了閉環(huán)自動(dòng)控制功能，形成了集配電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)、配電地理信息系統(tǒng)、需方管理、調(diào)度員仿真系統(tǒng)、故障呼叫服務(wù)系統(tǒng)和工作票等一體化的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。 無人值班變配電站的配置原則要求變配電站中測(cè)量、控制、保護(hù)、監(jiān)視等二次設(shè)備具有高度的安全性和可靠性，優(yōu)越的協(xié)議性和兼容性，它除了具有常規(guī)變電站遠(yuǎn)動(dòng)RTU的“四遙”功能外，還大大擴(kuò)展了對(duì)保護(hù)系統(tǒng)及其它智能系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)功能，如保護(hù)定值遠(yuǎn)方監(jiān)視、

13、切換與修改、故障錄波、故障測(cè)距的遠(yuǎn)方傳送與控制，同時(shí)還包括了配變電站其他信息的監(jiān)視與控制功能，如溫度、壓力、消防、直流系統(tǒng)、站用電系統(tǒng)等，幾乎整個(gè)變電站的所有信息均通過擴(kuò)展了的RTU傳送至調(diào)度或上一級(jí)控制中心。 目前，隨著公司110KV變電站開關(guān)站及2X150MW熱電機(jī)組的陸續(xù)投產(chǎn)運(yùn)行，某公司電網(wǎng)已頗具規(guī)?！，F(xiàn)階段的某公司的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)及形勢(shì)發(fā)展的需要，已決定了變配電自動(dòng)化改造及新建變電站應(yīng)處于第二階段的過程中，并將隨著企業(yè)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的全面建立與完善，逐步向第三階段過渡，它的發(fā)展所遵循的就是“變電站綜合自動(dòng)化無人值班變電站自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)”這樣一個(gè)逐級(jí)提高的鏈?zhǔn)江h(huán)節(jié)。銅合成爐綜合配電樓

14、就是在這樣一個(gè)新起點(diǎn)下的擬以無人值班形式運(yùn)行的配電站。 在公司目前全網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)尚未形成的前提下，應(yīng)特別注意對(duì)變配電自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行合理配置，恰當(dāng)?shù)剡x用各種功能，并應(yīng)根據(jù)當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)及技術(shù)方向來確定是堅(jiān)持“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則、還是“以點(diǎn)帶面，一步到位”的原則，在此基礎(chǔ)上即可確定對(duì)RTU設(shè)備，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其功能組態(tài)、通信設(shè)施的全面要求。3.2 配置要點(diǎn)從形式上，根據(jù)變配電系統(tǒng)自動(dòng)化的發(fā)展過程，一般把站內(nèi)RTU分為集中式和分布式兩種，分布式RTU又分為功能分布式RTU和結(jié)構(gòu)分布式RTU。集中式RTU是早期綜合自動(dòng)化的主要形式，因其功能集中，故障時(shí)影響面大，組態(tài)不靈活，不便于調(diào)試維護(hù)等缺點(diǎn)而逐步

15、被新的形式所代替。在一般情況下，對(duì)于小區(qū)變或小型工業(yè)配電室等規(guī)模較小的變配電室選用集中式RTU還是比較合適的。功能分布式RTU比較適合于老站基礎(chǔ)上的改造。當(dāng)前比較通用的是以間隔為對(duì)象，將數(shù)據(jù)采集監(jiān)控單元和保護(hù)單元集中安裝在一面柜子或一臺(tái)設(shè)備內(nèi)的結(jié)構(gòu)分布式RTU，這種形式在中低壓系統(tǒng)中尢為適用，在高壓系統(tǒng)中一般以獨(dú)立的測(cè)控單元對(duì)高壓系統(tǒng)中的間隔和元件。 從功能上，一般要求變配電綜合自動(dòng)化具有遙信、遙控、遙測(cè)和遙調(diào)功能，并且具備事件順序記錄、系統(tǒng)對(duì)時(shí)、電能采集、自恢復(fù)和自檢功能以及能夠和SCADA系統(tǒng)通信等功能。 從質(zhì)量上，變配電自動(dòng)化系統(tǒng)的出廠試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)具有指導(dǎo)性的試驗(yàn)規(guī)范和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)正在完善

16、。除對(duì)照規(guī)范外，通常選擇經(jīng)電力公司電力設(shè)備及儀表質(zhì)檢中心檢測(cè)合格并在有效期內(nèi)的產(chǎn)品或是選擇知名度高，傳統(tǒng)廠家的品牌產(chǎn)品及通過鑒定行業(yè)技術(shù)協(xié)議，進(jìn)行合同方面的約束來保障。 對(duì)于其它智能型一次設(shè)備如電子智能表、小接地電流選線、消弧消諧裝置、直流系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、溫度壓力巡檢、無功補(bǔ)償?shù)仍O(shè)備的配置要點(diǎn)，一般應(yīng)從技術(shù)上保證站內(nèi)自動(dòng)化系統(tǒng)的硬件接口滿足國際標(biāo)準(zhǔn)，如變配電站自動(dòng)化接口通常包括監(jiān)控設(shè)備與調(diào)度中心的通信接口，監(jiān)控設(shè)備之間的接口，開關(guān)和變壓器與監(jiān)控設(shè)備的接口。設(shè)備的接口傳輸規(guī)則應(yīng)符合ISO開放系統(tǒng)規(guī)定，系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)、通訊規(guī)約及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的定義、格式、編程、地址等與相應(yīng)的電力系統(tǒng)保持一致，應(yīng)避免在實(shí)

17、際配置過程中由于選用不同的廠家而導(dǎo)致的組態(tài)銜接困難。調(diào)試及驗(yàn)收 4.1調(diào)試內(nèi)容及要點(diǎn) （1）間隔層測(cè)控單元的檢查調(diào)試。以綜合配電樓所選用的Sepam產(chǎn)品為例，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行： = 1 * GB3 保護(hù)繼電器的測(cè)試及初步檢查。保護(hù)繼電器的測(cè)試主要包括內(nèi)部電子元件及功能測(cè)試，每一臺(tái)Sepam的功能均通過了出廠測(cè)試，廠家承諾可直接投入使用。對(duì)于初步檢查主要包括硬件安裝圖和原理的一致性。 = 2 * GB3 參數(shù)和保護(hù)整定值的檢查。首先通過設(shè)計(jì)或供電部門以書面形式確定參數(shù)和保護(hù)整定值，然后輸入軟件與保護(hù)整定文件中記錄值比較；經(jīng)檢查后即可確定而不能再更改。 = 3 * GB3 相電流/相電壓輸入

18、連接的檢查，剩余電流/剩余電壓輸入連接的檢查，相邏輯輸入和邏輯輸出的檢查。上述檢查項(xiàng)目均通過發(fā)生器輸入給定的值，由軟件SFT2841進(jìn)行比較確定。 = 4 * GB3 完整保護(hù)鏈的驗(yàn)證。主要通過Sepam1000+模擬故障引起斷路器設(shè)備跳閘來驗(yàn)證。整個(gè)調(diào)試要求提供測(cè)試單并記錄測(cè)試結(jié)果。 （2）當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試及功能參數(shù)組態(tài)。硬件調(diào)試主要包括前置機(jī)或通信處理機(jī)、后臺(tái)主控機(jī)、調(diào)制解調(diào)器及打印機(jī)、顯示器、電源等各種外設(shè)輔助設(shè)備的調(diào)試。軟件調(diào)試包括在在前置機(jī)或通信處理機(jī)、后臺(tái)機(jī)上安裝調(diào)試各種軟件（包括操作系統(tǒng)、系統(tǒng)軟件和各種應(yīng)用軟件。 （3）系統(tǒng)的參數(shù)組態(tài)和設(shè)置，包括間隔的編號(hào)、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的組建

19、和通信，在后臺(tái)主機(jī)對(duì)監(jiān)控量的組態(tài)，制作報(bào)表、圖形、曲線等。 （4）在前置機(jī)或通信處理機(jī)上根據(jù)主站系統(tǒng)要求，設(shè)置通信規(guī)約、通信速率、“四遙”功能的組態(tài)等。交工驗(yàn)收 主要從四個(gè)方面來完成：功能檢測(cè)?，F(xiàn)場主要通過一些試驗(yàn)設(shè)備如模擬信號(hào)發(fā)生器、狀態(tài)信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字量模擬器及頻率可調(diào)脈沖量輸出模擬器等，分別進(jìn)行遙信量輸入測(cè)試，試驗(yàn)所有遙信輸入量的變化及響應(yīng)時(shí)間；進(jìn)行遙控測(cè)試，檢查遙控輸出量及傳輸時(shí)間；進(jìn)行脈沖量輸入測(cè)試及與計(jì)算機(jī)顯示次數(shù)相比較；進(jìn)行遙控模擬量試驗(yàn)來驗(yàn)證轉(zhuǎn)換范圍及響應(yīng)時(shí)間；進(jìn)行事件順序記錄分辨率的測(cè)試；進(jìn)行鍵盤遙控操作、圖形顯示功能、音響告警功能、打印功能的測(cè)試，檢查系統(tǒng)安全操作等級(jí)、自檢與自診斷的功能以及遠(yuǎn)傳通信功能；廠家資料的