安科瑞 繆凱倫
摘 要：Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無(wú)人值守的要求,，總結(jié)國(guó)內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的*經(jīng)驗(yàn),，專(zhuān)門(mén)研制出的新一代電力監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有保護(hù),、遙測(cè),、遙信、遙脈,、遙調(diào),、遙控功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人值守功能,，為監(jiān)控系統(tǒng)的安全,、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行提供了全新的解決方案,。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)在物理上分為兩個(gè)層：站控層和間隔層。站級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議,，物理媒介可以為光纖,、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等,。系統(tǒng)支持Modbus RTU,、Modbus TCP、CDT,、IEC60870-5-101,、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104,、等通信規(guī)約,。
關(guān)鍵詞：變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；無(wú)人值守,。
1.概述
該物流園變電站為全戶內(nèi)兩層布置,。一樓西側(cè)為主變室。東側(cè)為10kV配電裝置室,，東北側(cè)為二次設(shè)備室,。二層?xùn)|側(cè)為35kV 配電裝置室，西北側(cè)為10kV電容器室,。35kV配電裝置采用金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜,，戶內(nèi)單列布置,；10kV配電裝置采用金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜，戶內(nèi)雙列布置,。35kV供電系統(tǒng)采用雙母線分段系統(tǒng),，共有13面高壓開(kāi)關(guān)柜；10kV供電系統(tǒng)采用雙母線分段系統(tǒng),，共有21面高壓開(kāi)關(guān)柜,；綜合自動(dòng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在電氣監(jiān)控室。
根據(jù)用戶配電系統(tǒng)管理需求,，需要對(duì)35kV開(kāi)關(guān)柜,、10kV開(kāi)關(guān)柜、35kV/10kV主變,、交直流系統(tǒng)等進(jìn)行全方面監(jiān)控與保護(hù),，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障故障，保證配電系統(tǒng)可靠運(yùn)行,。
結(jié)合用戶實(shí)際生產(chǎn)工藝要求,，為實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目35kV變電站的全方面監(jiān)控與管理，在35kV和10kV配電回路中配置AM5SE系列進(jìn)線保護(hù),、主變保護(hù)及各種出線保護(hù)裝置,；在總進(jìn)線處配置APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。
在電氣監(jiān)控室配置一套Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),，通過(guò)通信管理機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)實(shí)時(shí)采集微機(jī)保護(hù)裝置,、電能質(zhì)量等二次設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)物流園區(qū)供配電系統(tǒng)的全方面電力監(jiān)控與自動(dòng)化管理,。在電氣監(jiān)控室配置一套整體化電源系統(tǒng),，為整個(gè)變電站的斷路器、二次設(shè)備及監(jiān)控主機(jī)等重要設(shè)備運(yùn)行提供穩(wěn)定可靠的電源,。
圖1 物流園電氣監(jiān)控中心圖
2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)智能電力監(jiān)控裝置,、通訊網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)軟件，實(shí)現(xiàn)供配電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集,、運(yùn)行監(jiān)視、事故記錄和分析,、繼電保護(hù)等,，完成園區(qū)的安全供電、用電管理和運(yùn)行管理,。系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層,、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：包含微機(jī)保護(hù),、智能操控,、多功能儀表、計(jì)量表等設(shè)備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運(yùn)行參數(shù),、開(kāi)關(guān)狀態(tài),、電氣接點(diǎn)溫度等數(shù)據(jù)，同時(shí)分別在35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源,，保障現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備良好的運(yùn)行環(huán)境,。
網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù),，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換,，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，分散10kV變電站通過(guò)數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關(guān)）采集數(shù)據(jù)通過(guò)光纖上傳至通信室變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),；同時(shí)網(wǎng)關(guān)充當(dāng)遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置,，將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過(guò)交換機(jī)經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。
平臺(tái)管理層：l變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái),、國(guó)網(wǎng)浙江杭州市蕭山區(qū)電力調(diào)度控制中心平臺(tái),。
圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3.解決方案
本項(xiàng)目35kV配電裝置采用金屬鎧裝移開(kāi)式開(kāi)關(guān)柜，本期及遠(yuǎn)景進(jìn)線2回,，采用單母線分段,，本期新上柜中，有2臺(tái)進(jìn)線隔離柜,，2臺(tái)計(jì)量柜,，2臺(tái)進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜，2臺(tái)壓變柜,，2臺(tái)主變進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜,，1臺(tái)母線分段開(kāi)關(guān)柜，1臺(tái)母線分段隔離柜,。為預(yù)留遠(yuǎn)景可能的3#主變,，在35kVⅡ段母線PT柜與2#主變柜間空余一個(gè)柜位，日后可插入新柜,。開(kāi)關(guān)柜具有可靠的“機(jī)械五防"功能,，進(jìn)線開(kāi)關(guān)與進(jìn)線隔離手車(chē)間設(shè)置電器連鎖。
圖3 35kV開(kāi)關(guān)室一次系統(tǒng)圖
10kV配電裝置采用金屬鎧裝中置式開(kāi)關(guān)柜,，本期出線2回,，采用單母線分段。本期新上9臺(tái)開(kāi)關(guān)柜,，其中有1臺(tái)主變進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜,，1臺(tái)電容器柜，2臺(tái)站用變柜,，1臺(tái)分段開(kāi)關(guān)柜,，1臺(tái)分段隔離柜,，2臺(tái)饋線柜，1臺(tái)母線PT柜,。柜間母線橋1座,，主變母線橋1座。其中10kVⅡ段待二期建設(shè),。
圖4 10kV開(kāi)關(guān)室一次系統(tǒng)圖
3.1.方案綜述
本次工程采用分層分布式綜合自動(dòng)化系統(tǒng),。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本期配置：遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)屏1面,，公用測(cè)控屏1面,，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏1面，#1主變保護(hù)測(cè)控屏1面,，電能計(jì)量屏1面,，整體化電源系統(tǒng)屏共7面，上述綜合自動(dòng)化屏在二次設(shè)備室內(nèi)集中布置,。
35kV進(jìn)線,、母分及10kV饋線、電容器,、母分按間隔配置保測(cè)整體化裝置,，35kV及10kV母設(shè)按間隔配置測(cè)控裝置，上述設(shè)備均就地布置相應(yīng)間隔開(kāi)關(guān)柜內(nèi),。各柜內(nèi)安裝的保護(hù),、測(cè)控裝置的信息均通過(guò)103協(xié)議通過(guò)以太網(wǎng)通道上送至站控層。二次設(shè)備室內(nèi)設(shè)備GPS時(shí)鐘對(duì)時(shí)采用電B碼,，35kV,、10kV開(kāi)關(guān)室內(nèi)保護(hù)測(cè)控裝置采用網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)。
本工程配置站用變壓器2臺(tái)（容量為50kVA）,，其中1臺(tái)作為遠(yuǎn)景備用,；直流系統(tǒng)電壓為110V，蓄電池（容量200Ah,，54只/2V）組屏2面,。整體化電源系統(tǒng)共組屏7面布置于二次設(shè)備室，至監(jiān)控后臺(tái)的報(bào)文采用通信軟報(bào)文加硬接點(diǎn)方式,。
全站N600有且僅有一點(diǎn)接地,，該接地點(diǎn)設(shè)在#1主變保護(hù)測(cè)控屏上。
本工程設(shè)電能計(jì)量屏（主變35kV,、主變10kV側(cè)各1只電能表）1面，35kV進(jìn)線,、10kV饋線,、電容器間隔電能表均就地布置在各間隔開(kāi)關(guān)柜,。其中計(jì)量關(guān)口設(shè)在35kV進(jìn)線側(cè)。站內(nèi)電能表數(shù)據(jù)通過(guò)電能采集裝置ERTU上傳調(diào)度中心,。
3.2.功能需求
3.2.1.本地?cái)?shù)據(jù)采集
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)需采集設(shè)備數(shù)量共計(jì)34臺(tái),，本地設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型主要分為遙測(cè)、遙信,、電能三類(lèi)數(shù)據(jù),。整體系統(tǒng)功能需求：
1) 數(shù)據(jù)采集及處理：通過(guò)間隔層設(shè)備實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)各種電參數(shù)、開(kāi)關(guān)量及溫度量,、電能抄表值等,；
2) 畫(huà)面顯示：各回路的合、分狀態(tài),、變位信息,、保護(hù)設(shè)備動(dòng)作及復(fù)歸信息、直流系統(tǒng)及所用變系統(tǒng)的信息,、各測(cè)量值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),、各種告警等信息。
3) 記錄功能：具有電壓,、電流,、功率、電能以及事故,、告警事件等各種歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)功能,，以供查詢、分析,、打印,。
4) 報(bào)警處理：用戶可以根據(jù)自己的需要分類(lèi)篩選有關(guān)報(bào)警，并將報(bào)警歸納于不同的報(bào)警窗口,。
5) 應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能,，避免越權(quán)操作；
6) 曲線分析功能：可以曲線形式展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中的模擬量,、電度量數(shù)據(jù),，以便分析其當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及有關(guān)歷史趨勢(shì)；
7) 報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能：通過(guò)報(bào)表,，可以方便分析供電系統(tǒng)及各回路運(yùn)行參數(shù),，形成運(yùn)行日?qǐng)?bào)、月報(bào),、電能統(tǒng)計(jì)日?qǐng)?bào),、月報(bào)、年報(bào),。
3.2.2.電力安全防護(hù)需求
為了加強(qiáng)該物流園配電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù),，抵御及惡意代碼等對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起的惡意破壞和攻擊,，以及其它非法操作，防止電力監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓和失控,，和由此導(dǎo)致的變電站一次系統(tǒng)事故和其他事故,，需制定電力安全防護(hù)方案。
該物流園配電工程內(nèi)配置變電站監(jiān)控系統(tǒng),、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng),、電能量采集裝置。
變電站監(jiān)控系統(tǒng)
本站變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng),，配置一臺(tái)監(jiān)控后臺(tái)主機(jī)兼操作員站,。主要實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制功能,，以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體,，加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象（生產(chǎn)過(guò)程）共同構(gòu)成的整體,。在這個(gè)系統(tǒng)中,，計(jì)算機(jī)直接參與被監(jiān)控對(duì)象的檢測(cè)、監(jiān)督和控制,，采用IEC104規(guī)約,、端口號(hào)2404，并實(shí)時(shí)與地調(diào)自動(dòng)化主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,。裝置操作系統(tǒng)采用64位WINDOWS 7旗艦版,，數(shù)據(jù)庫(kù)版本為SQL Server 2008R2。
電能量采集裝置
本站配備了一套華云信息生產(chǎn)的型號(hào)為ERTU3000C電量采集終端,。電量采集終端是一種用于采集,、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)送電站關(guān)口表采集和生成的計(jì)量計(jì)費(fèi)信息的裝置，配置2個(gè)以太網(wǎng)口,，電源供電方式為：交直流220V,。裝置通過(guò)與電度表通信，收集電度表采集和生成的計(jì)量計(jì)費(fèi)信息,。采集器通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)與計(jì)量計(jì)費(fèi)主系統(tǒng)通信,，地調(diào)接入網(wǎng)上傳通信端口為1020，上報(bào)所采集和生成的的計(jì)量計(jì)費(fèi)信息,。
項(xiàng)目二次系統(tǒng)及生產(chǎn)廠商,、操作系統(tǒng)具體版本號(hào)等情況如下：
表1 監(jiān)控系統(tǒng)或設(shè)備列表
表2 網(wǎng)絡(luò)及安全防護(hù)系統(tǒng)和設(shè)備列表
3.2.3.主機(jī)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加固
該物流園配電工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的監(jiān)控服務(wù)器系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-1000，以及網(wǎng)絡(luò)邊界處的通信網(wǎng)關(guān)機(jī)ANet-2E4SM等,，使用Windows的安全加固操作系統(tǒng),，已關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具體內(nèi)容如下：
(1) 確定生產(chǎn)控制大區(qū)計(jì)算機(jī)設(shè)備各網(wǎng)卡的IP地址正確配置
(2) 關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)
(3) 禁止網(wǎng)絡(luò)非法外聯(lián)；
(4) USB口,、光驅(qū)用封條貼住,，禁止USB、光驅(qū)移動(dòng)介質(zhì)接入
(5) 強(qiáng)化口令密碼,，刪除默認(rèn)多余賬戶，不同的賬戶對(duì)應(yīng)不同的權(quán)限設(shè)置
(6) 禁止在計(jì)算機(jī)上安裝與運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)關(guān)的軟件,。
現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如交換機(jī),、工控機(jī)、通信管理裝置,，對(duì)網(wǎng)口實(shí)行MAC地址綁定,，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)口專(zhuān)用，對(duì)于多余網(wǎng)口進(jìn)行關(guān)閉并用防塵塞封堵端口貼上“端口禁用標(biāo)志",。
該物流園配電工程項(xiàng)目監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)及邊界防護(hù)如下圖所示：
圖5 監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)及邊界防護(hù)圖
3.3.配置設(shè)備清單
表1 我司提供方案設(shè)備列表
3.4.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用圖
圖6 35kV開(kāi)關(guān)柜圖
圖7 10kV開(kāi)關(guān)柜圖
圖8 35kV變壓器圖
圖9 通信室現(xiàn)場(chǎng)圖
4.系統(tǒng)功能
4.1.實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)人機(jī)界面友好,，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓,、電流,、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器,、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合,、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障,、告警等信號(hào)。其中,，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)的開(kāi)關(guān)量主要有：斷路器分,、合閘信號(hào)，手車(chē)工作,、試驗(yàn)位置信號(hào),，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號(hào)、彈簧儲(chǔ)能狀態(tài)信號(hào),、接地刀合分信號(hào),、變壓器超溫跳閘信號(hào)、高溫報(bào)警信號(hào),，保護(hù)跳閘信號(hào)和事故預(yù)告信,。
圖10 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主界面圖
4.2.電能質(zhì)量分析
提供電能質(zhì)量檢測(cè)儀所采集數(shù)據(jù)，如電壓有效值,，偏差率,，諧波畸變率，電流有效值,，分相功率,，總功率等信息,。
圖11 電參量查詢界面圖
4.3.運(yùn)行報(bào)表
能查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)，報(bào)表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流,、三相電壓,、總功率因數(shù)、總有功功率,、總無(wú)功功率,、正向有功電能等。
圖12 電參量運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表界面圖
4.4.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
系統(tǒng)支持實(shí)時(shí)監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài),，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)能自動(dòng)在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位,。
圖13 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
4.5.曲線查詢
在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線,，包括三相電流、三相電壓,、有功功率,、無(wú)功功率、功率因數(shù)等曲線,。
圖14 曲線查詢界面圖
5.結(jié)語(yǔ)
變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站的作用越來(lái)越顯著,，對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化和運(yùn)維管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運(yùn)行水平起到了很大的作用,，因此各個(gè)地區(qū)電網(wǎng)中的變電站要進(jìn)一步加強(qiáng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)水平,，提高運(yùn)維人員的技能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,。
