35kV变电所综合自动化系统的设计方案

周博龙

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

 

摘要：35kV变电所综合自动化系统主要为无人值班形式，其设计应服从电网调度自动化的总体设计，其配置、功能包括设备的布置应满足电网、、经济运行以及信息分层传输、资源共享的原则。本文对35kV变电所微机保护及综合自动化系统设计进行了阐述。

关键词：变电所；微机保护；综合自动化系设计

0引言

       变电站自动化系统作为电网调度自动化的一个子系统，应服从电网调度自动化的总体设计。根据各方面的考证，我们先拟订这里的二次系统设计基本情况如下：电气二次设备室内布置主变压器保护柜、交流柜、直流柜、通信机柜、通信电源及汇控柜等。

       二次凹路监控、保护、测量均采用DC220V和AC100V／5A。35kV侧不设电压互感器，35kV桥断路器备自投电压取自lOkV母线。

10kV系统应无电源线。

       各元件就地测量表计均采用测控或保护装置所带显示功能，不再另设表计。其中电能计量仅为内部考核使用，计费专用电能汁量应另行设计安装。

       35kV和10kV断路器与隔离开关之间防误操作利用开关柜本身的机械五防闭锁装置，故不再另设闭锁措施。

      变电所的综合自动化系统是将变电所的继电保护装置、控制装置、测量装置、信号装置综合为一体，以全微机化的新型二次设备替代机电式的二次设备，用不同的模块化软件实现机电式二次设备的功能，

用计算机局部网络通信替代大量信号电缆的连接，通过人机接口设备，实现变电所的综合自动化管理、监视、控制及打印记录等所有功能。

与常规变配电所的二次系统相比，变配电所综合自动化系统具有下列优点：

     (1)功能综合化

     (2)操作监视屏幕化

     (3)结构微机化

     (4)运行管理智能化

      在本次设计中变电所综合自动化的监测和保护装置采用分布式的微机远动终端，具有遥测、遥信、遥控、遥调等功能，安装在各个间隔单元内。所有信息经微机汇控单元，发送至控制端以实现远方控制端对本变电所的远方监控，所内不设当地微机操作界面，留有当地监控接口。

      在我们这里说到微机保护提到目前一种先进的自动控制系统即SCADA系统，该系统的中文即为配电网监视控制和数据采集系统，我们可以看到配电网SCADA系统包括进线监视，lOkV变电所自动化(SA)，馈线自动化(FA)，变压器巡检与无功补偿。其中进线监视是指对配电网进线变电站的开关位置，母线电压，线路电流，有功和无功功率以及电量的监视。馈线自动化(FA)是指在正常情况下，远方实时监视馈线分段开关与联络开关的状态和馈线电压、电流的情况，而且能完成线路开关的远方合闸和分闸操作，在发生故障时获取故障记录，并自动判别和隔离馈线故障区段以及恢复对非故障区域供电。变压器巡检是指对配电网中变压器、箱式变的参数远方监视。无功补偿是指对补偿电容器的自动投切和远方投切等。

      从各种资料我们可以看出利用计算机系统(微处理器)采集和处理来自电力系统运行过程中的数据，并通过数值计算迅速而准确判断系统中发生故障的范围，经过严密逻辑过程后有选择性地执行跳闸等命

令。这种基于计算机系统的继电保护装置，就是微机保护。

微机保护具有以下优点：

     (1)有强的综合分析与判断能力，自动识别，排除干扰，可靠性高。

     (2)微机保护的特性主要是由软件决定的，具有较大，保护性能的选择和调试方便。

     (3)具有较完善的通信功能，便于构成综合自动化系统，提高系统运行的自动化水平。

     我们这里由于是35kV总降压变电所设计，而且涉及到的都为一、二级负荷，因此考虑起见，我们这里需要增设备用电源自动投切装置(以下简称备自投)。

     在要求供电可靠性较高的变配电所中，通常设有两路及以上的电源进线。如果装设备用电源自动投入装置(APD)，则当T作电源线路突然断电时，在APD作用下，自动将T作电源断开，将备用电源投入

运行，从而大大提高供电可靠性，保证对用户的不间断供电。

     对备用电源自动投入装置的基本要求：

    (1)不论什么原因失去丁作电源，APD都能迅速起动并投入备用电源；

    (2)在T作电源确已断开、而备用电源电压也正常时，才允许投入备用电源；

    (3)APD应只动作一次，以免将备用电源重复投入性故障回路中；

   (4)当电压互感器二次回路断线时，APD不应误动作。

3.1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。

3.2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。

3.3系统结构

3.4系统功能

3.4.1 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。

 

3.4.2 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。

 

3.4.3 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。

 

3.4.4 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。

 

     在变电所综合自动化设计中，微机保护自然要作为讨论，在我们这里微机保护的保护内容又表现为变压器的微机保护，可以总结为以下几点：变乐器差动保护、后备保护、瓦斯保护、过电流保护、温度保护、备自投保护，弹簧未储能、断路器分合闸等等。