變配電站自動化系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用與

變配電站自動化系統(tǒng)在企業(yè)的應(yīng)用與分析【摘要】通過分析企業(yè)變配電站對自動化系統(tǒng)的實際應(yīng)用，全面介紹了自動化裝置在變配電站的結(jié)構(gòu)與功能，以及自動化裝置的技術(shù)特點。通過介紹裝置概要闡述了變配電站自動化系統(tǒng)的發(fā)展階段及不同階段的應(yīng)用特點，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)狀分析了變配電站自動化的配置原則，并從形式、功能、質(zhì)量等方面對控制遠動裝置，從方案設(shè)計、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)對網(wǎng)絡(luò)等三個方面全面概要的闡述了系統(tǒng)及設(shè)備的配置要點。本篇還針對變配電自動化系統(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，從進廠施工、現(xiàn)場調(diào)試、交工驗收等方面作了一定程度的論述分析，這對于廣大電氣技術(shù)人員在資料不全，規(guī)范不完善，標準不統(tǒng)一的條件下如何盡快而全面的掌握和利用該項技術(shù)具有一定的借鑒意義?！娟P(guān)鍵詞】變配電站自動化應(yīng)用分析前言近年來，企業(yè)變配電自動化技術(shù)作為應(yīng)用控制技術(shù)、信息技術(shù)和通信技術(shù)，利用計算機軟件和硬件來代替人工進行各種運行作業(yè)，提高變配電站運行管理水平的一種自動化系統(tǒng)，不僅成為變配電站改造的首選產(chǎn)品，同時也是新建變配電站的主導(dǎo)技術(shù)。隨著這項技術(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新的技術(shù)形式，把對自動化系統(tǒng)的理解和認識落實到實際運用中去，對于廣大電氣工程技術(shù)人員來說都是一個重要的課題。本篇以某公司銅合成爐綜合配電樓為例，系統(tǒng)闡述了變配電站自動化系統(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線電源引自公司15#變電所，主要負責20萬噸銅合成爐吹煉區(qū)高低壓負荷，其中包括110噸轉(zhuǎn)爐高溫風機（2X355KW），環(huán)保排煙風機（1X500KW），86噸轉(zhuǎn)爐高溫風機（4X400KW），銅合成爐的反應(yīng)塔和沉淀池風機（3X315KW），轉(zhuǎn)爐鼓風機（Atlas-2X2860KW，KKK-2X2800KW）等。配電系統(tǒng)采用綜合自動化裝置，以無人值守的形式，面向用戶的負荷需求。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)備將所有實施數(shù)據(jù)通過通信電纜傳遞到計算機，從而完成整個變電站的電氣監(jiān)控。整個監(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DELL工業(yè)監(jiān)控主機構(gòu)成，經(jīng)以太網(wǎng)與保護管理機和通信管理機互連。監(jiān)控機的作用是在無人值班配電站負責與調(diào)度中心的通信，使配電站綜合自動化系統(tǒng)具有RTU功能，完成“四遙”任務(wù)；在有人值班的配電站，除了仍然負責與調(diào)度中心通信外，還負責人機聯(lián)系，使綜合自動化系統(tǒng)通過監(jiān)控機完成當?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化管理上，各保護功能單元由保護管理機直接管理，一臺保護管理機可以管理一系列單元模塊，它們之間采用雙絞線用RS-485接口連接。保護綜合管理機還具有數(shù)據(jù)采集及開關(guān)量管理功能，這就構(gòu)成了配電樓自動化系統(tǒng)的站控層。正常運行時，保護管理機監(jiān)視各保護單元的工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)某一保護單元本身工作不正常，立即報告監(jiān)控機，并報告調(diào)度中心。如果某一保護單元有保護動作信息也通過保護管理機將保護動作信息送往監(jiān)控機，再送往調(diào)度中心。調(diào)度中心或監(jiān)控機也可通過保護管理機下達修改保護定值等命令。保護管理機還通過通信控制機將數(shù)據(jù)采集和開關(guān)狀態(tài)送給監(jiān)控機和送往調(diào)度中心，并接受由調(diào)度或監(jiān)控機下達的命令。總之，管理機的作用就是減輕監(jiān)控機的負擔，協(xié)助監(jiān)控機承擔對間隔層的管理。1.3間隔層間隔層單元按一次設(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系列的綜合保護單元，每個間隔單元具有測量、控制、保護部分，測量控制部分負責該單元的測量，監(jiān)視斷路器的操作控制和連鎖及事件順序記錄；保護部分負責該單元線路或變壓器或電動機的保護、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)塔風機等容量相對偏小的負荷出線單元，它的主要功能有過電流保護和接地故障保護；對變壓器切換不敏感的接地故障保護；相不平衡檢測；熱過載保護；能夠讀取測量值、報警值及保護整定值，并寫入裝置遙控命令；能夠改進運行中的三類診斷數(shù)據(jù)如網(wǎng)絡(luò)和電機的跳閘電流、不平衡比、干擾記錄及開關(guān)設(shè)備的累計分斷電流、跳閘時間和保護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、電源進線開關(guān)柜、電容補償開關(guān)柜、反應(yīng)塔沉淀池等負荷單元。它的主要功能除具有與sepam1000+20相同功能外,同時具有方向性接地故障保護，有電壓記憶功能的方向性過電流保護；欠/過電壓和頻率保護功能；通訊功能與sepam1000+20兼容；可改進三類診斷數(shù)據(jù)。具有予制的斷路器程序邏輯。sepam1000+87系列的結(jié)合保護裝置主要用于轉(zhuǎn)爐風機開關(guān)柜單元，功能有方向性電網(wǎng)保護；方向性接地故障保護；對變壓器和電機——變壓器組的保護；差動保護；防止內(nèi)部故障保護；失步、速度控制、誤上電保護等；測量諧波失真、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ModBus通訊端口，用來將Sepam集成到2個不同的電網(wǎng)或冗余系統(tǒng)中。裝置的技術(shù)特點（1）智能電氣設(shè)備各單元相對獨立，以間隔為對象，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系統(tǒng)的運行。在監(jiān)控系統(tǒng)因故退出運行時各裝置仍能安全、可靠地獨立運行。（3）每臺裝置和儀表均具有通信接口，通過站內(nèi)通信網(wǎng)與后臺監(jiān)控主機通訊。后臺監(jiān)控計算機將收集到的實時信息進行分類儲存和管理，每臺電氣設(shè)備的控制操作既可以在后臺監(jiān)控主機進行，也可以就地完成。（4）系統(tǒng)可實現(xiàn)與遠方調(diào)度、控制中心的通訊，將采集到的站內(nèi)信息運傳到調(diào)度、控制中心，并接收其下達的各項控制命令，可實現(xiàn)遠方監(jiān)控；同時系統(tǒng)也可以方便地與其它相關(guān)自動化系統(tǒng)和智能裝置進行通信。（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)的測控裝置，具有集保護、測量、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）界面標準美觀，具有多功能控制方式，運行管理簡單，維護量少，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)約投資，調(diào)試簡單。（8）電氣監(jiān)控軟件采用全開放式設(shè)計，可將數(shù)據(jù)通過接口提供給其他自動化系統(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+系列微機保護，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，還包括各種型號的PLC、直流屏、模擬屏、UPS、有載調(diào)壓控制等。（9）通過后臺機電氣監(jiān)控系統(tǒng)，可以實現(xiàn)眾多功能，如實時數(shù)據(jù)采集及現(xiàn)場各種靜態(tài)或動態(tài)運行圖的模擬，設(shè)備參數(shù)在線查看和修改，事件報警和記錄及查詢功能，歷史趨勢記錄功能、故障錄波功能、歷史數(shù)據(jù)查詢和運行管理功能、遙控遙調(diào)功能、數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能、安全系統(tǒng)管理功能、網(wǎng)絡(luò)功能等。3由配電站的現(xiàn)狀淺析微機綜合自動化的配置原則及要點3.1配置原則一般認為，變配電自動化的發(fā)展分為三個階段。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化裝置，不需要建設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)和計算機系統(tǒng)，其主要功能是故障時通過自動化開關(guān)設(shè)備相互配合實現(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起作用，正常運行時不能起監(jiān)控作用，不能優(yōu)化運行方式，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化系統(tǒng)是基于通信網(wǎng)絡(luò)、變配電所遠程終端單元和后臺計算機網(wǎng)絡(luò)的自動化系統(tǒng)。它在配電網(wǎng)正常運行時，也能起到監(jiān)視配電網(wǎng)運行狀況和遙控改變運行方式的作用，故障能夠及時察覺，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化系統(tǒng)是在第二階段的基礎(chǔ)上，增加了閉環(huán)自動控制功能，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量、控制、保護、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)變電站遠動RTU的“四遙”功能外，還大大擴展了對保護系統(tǒng)及其它智能系統(tǒng)的遠動功能，如保護定值遠方監(jiān)視、切換與修改、故障錄波、故障測距的遠方傳送與控制，同時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，幾乎整個變電站的所有信息均通過擴展了的RTU傳送至調(diào)度或上一級控制中心。目前，隨著公司110KV變電站\開關(guān)站及2X150MW熱電機組的陸續(xù)投產(chǎn)運行，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)與特點及形勢發(fā)展的需要，已決定了變配電自動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“變電站綜合自動化→無人值班變電站→自動化調(diào)度系統(tǒng)”這樣一個逐級提高的鏈式環(huán)節(jié)。銅合成爐綜合配電樓就是在這樣一個新起點下的擬以無人值班形式運行的配電站。在公司目前全網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)尚未形成的前提下，應(yīng)特別注意對變配電自動化系統(tǒng)進行合理配置，恰當?shù)剡x用各種功能，并應(yīng)根據(jù)當前發(fā)展趨勢及技術(shù)方向來確定是堅持“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施”的原則、還是“以點帶面，一步到位”的原則，在此基礎(chǔ)上即可確定對RTU設(shè)備，計算機系統(tǒng)及其功能組態(tài)、通信設(shè)施的全面要求。3.2配置要點從形式上，根據(jù)變配電系統(tǒng)自動化的發(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是早期綜合自動化的主要形式，因其功能集中，故障時影響面大，組態(tài)不靈活，不便于調(diào)試維護等缺點而逐步被新的形式所代替。在一般情況下，對于小區(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。當前比較通用的是以間隔為對象，將數(shù)據(jù)采集監(jiān)控單元和保護單元集中安裝在一面柜子或一臺設(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)中一般以獨立的測控單元對高壓系統(tǒng)中的間隔和元件。從功能上，一般要求變配電綜合自動化具有遙信、遙控、遙測和遙調(diào)功能，并且具備事件順序記錄、系統(tǒng)對時、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，變配電自動化系統(tǒng)的出廠試驗和現(xiàn)場試驗具有指導(dǎo)性的試驗規(guī)范和試驗標準正在完善。除對照規(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，進行合同方面的約束來保障。對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、無功補償?shù)仍O(shè)備的配置要點，一般應(yīng)從技術(shù)上保證站內(nèi)自動化系統(tǒng)的硬件接口滿足國際標準，如變配電站自動化接口通常包括監(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)試及驗收4.1調(diào)試內(nèi)容及要點（1）間隔層測控單元的檢查調(diào)試。以綜合配電樓所選用的Sepam產(chǎn)品為例，主要從以下幾個方面進行：=1\*GB3①保護繼電器的測試及初步檢查。保護繼電器的測試主要包括內(nèi)部電子元件及功能測試，每一臺Sepam的功能均通過了出廠測試，廠家承諾可直接投入使用。對于初步檢查主要包括硬件安裝圖和原理的一致性。=2\*GB3②參數(shù)和保護整定值的檢查。首先通過設(shè)計或供電部門以書面形式確定參數(shù)和保護整定值，然后輸入軟件與保護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\*GB3③相電流/相電壓輸入連接的檢查，，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。上述檢查項目均通過發(fā)生器輸入給定的值，由軟件SFT2841進行比較確定。=4\*GB3④完整保護鏈的驗證。主要通過Sepam1000+模擬故障引起斷路器設(shè)備跳閘來驗證。整個調(diào)試要求提供測試單并記錄測試結(jié)果。（2）當?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)試主要包括前置機或通信處理機、后臺主控機、調(diào)制解調(diào)器及打印機、顯示器、電源等各種外設(shè)輔助設(shè)備的調(diào)試。軟件調(diào)試包括在在前置機或通信處理機、后臺機上安裝調(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、內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的組建和通信，在后臺主機對監(jiān)控量的組態(tài)，制作報表、圖形、曲線等。（4）在前置機或通信處理機上根據(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。交工驗收主要從四個方面來完成：功能檢測。現(xiàn)場主要通過一些試驗設(shè)備如模擬信號發(fā)生器、狀態(tài)信號發(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，分別進行遙信量輸入測試，試驗所有遙信輸入量的變化及響應(yīng)時間；進行遙控測試，檢查遙控輸出量及傳輸時間；進行脈沖量輸入測試及與計算機顯示次數(shù)相比較；進行遙控模擬量試驗來驗證轉(zhuǎn)換范圍及響應(yīng)時間；進行事件順序記錄分辨率的測試；進行鍵盤遙控操作、圖形顯示功能、音響告警功能、打印功能的測試，檢查系統(tǒng)安全操作等級、自檢與自診斷的功能以及遠傳通信功能；廠家資料的收集整理。主要包括設(shè)備及軟件的出廠合格證、檢