李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站內(nèi)的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計,，利用先進(jìn)的計算機技術(shù),、通信技術(shù),、信號處理技術(shù),，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視,、測量,、控制、保護(hù),、并與上級調(diào)度通信的綜合性自動化功能,。為了掌握變電站自動化控制系統(tǒng)研究成果，結(jié)合變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展歷程,、對Acrel-1000安科瑞變電站綜合自動化系統(tǒng)主要功能進(jìn)行闡述,， 并總結(jié)目前該變電站自動化控制系統(tǒng)存在的問題及發(fā)展趨勢。通過了解我國變電站綜合自動化系統(tǒng)的現(xiàn)狀,，可以為該系統(tǒng)后續(xù)的優(yōu)化改進(jìn)提供參考依據(jù),。

關(guān)鍵詞：變電站；信號處理技術(shù),；調(diào)度通信,；綜合自動化系統(tǒng)

1.概述

變電站是電力網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，它連接線路輸送電能,。綜合變電站自動化技術(shù)在變電站中應(yīng)用,，將先進(jìn)的電子通訊技術(shù)、智能控制技術(shù),、信號處理等技術(shù)進(jìn)去,，實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的合理、智能化控制,，進(jìn)一步提高了供電系統(tǒng)的可靠性,。盡管我國在變電站綜合自動化系統(tǒng)方面取得了一定的成績，但我們對其核心技術(shù)掌握還不夠深入,，且在其應(yīng)用過程中經(jīng)常出現(xiàn)選型不完善,、不合理現(xiàn)象。因此,，對變電站綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行深入研究與分析,，進(jìn)一步研究變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展提供參考，實現(xiàn)物質(zhì)與能量循環(huán)利用,。

2.變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展過程

變電站綜合自動化系統(tǒng)是指完成以下基本功能：

l 從當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方獲取電力系統(tǒng)信息,；

l 支持當(dāng)?shù)厥謩雍妥詣庸δ埽?/span>

l 在變電站自動化系統(tǒng)和電網(wǎng)管理系統(tǒng)之間，提供與開關(guān)設(shè)備的通信連接和接口。

這些功能可以由大量裝用的智能電子設(shè)備（IED）不同程度的組合來實現(xiàn),。

變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展主要經(jīng)歷了三個階段,；

1）歷史shang，開關(guān)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)的接口是在各變電站的遠(yuǎn)方終端單元（RTU）,。RTU是一個集中單元,，含有大量的輸入與輸出，基本沒有當(dāng)?shù)毓δ?，但是具有與遠(yuǎn)方網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的通信功能,。結(jié)構(gòu)上僅是站級概念，現(xiàn)場有關(guān)重要信息（如保護(hù)動作信息等）通過硬接點送給RTU裝置,，變電站的監(jiān)測量一般經(jīng)變送器變換后送給RTU,，開關(guān)量監(jiān)測是直接引至RTU，RTU的控制輸出一般經(jīng)遙控執(zhí)行柜發(fā)出控制命令,。整體系統(tǒng)功能不強,、硬件設(shè)備重復(fù)、整體性能指標(biāo)低,、適合于老系統(tǒng)改造,。

2）相比與RTU，變電站自動化系統(tǒng)以不同程度的分散結(jié)構(gòu)實現(xiàn)上述基本功能,，通過這些功能可對變電站進(jìn)行管理,，實現(xiàn)從線路隔離與接地到收集狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)等所有自動化功能。RTU的通信功能在變電站自動化發(fā)展中變?yōu)橥ㄐ沤涌?，由通信網(wǎng)關(guān)執(zhí)行,，根據(jù)所用的通信協(xié)議，網(wǎng)關(guān)將規(guī)約雙向轉(zhuǎn)換（即規(guī)約轉(zhuǎn)換器）,，在變電站自動化分布式智能電子設(shè)備中存儲的信息通過網(wǎng)關(guān)傳送給SCADA主站與遠(yuǎn)方調(diào)度電網(wǎng)管理系統(tǒng),。

3）隨著信息技術(shù)已經(jīng)進(jìn)步到可以實現(xiàn)廣域保護(hù)，依靠協(xié)調(diào)防御計劃來保護(hù)整個電力系統(tǒng),，以及IEC61850作為《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》的新國際標(biāo)準(zhǔn),，數(shù)字化變電站將以三層兩網(wǎng)式部署，三層分別是指站控層設(shè)備,、間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備,，兩網(wǎng)分別是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。間隔層包括數(shù)字式保護(hù),、計量,、監(jiān)控等二次設(shè)備，負(fù)責(zé)間隔內(nèi)信息的運算處理與控制,，以及與過程層和站控層之間的網(wǎng)絡(luò)通信工作,；過程層主要包括電子式互感器,、合并單元、智能斷路器,、智能開關(guān),、智能終端，該層主要實現(xiàn)信號的采集和對系統(tǒng)的操作控制,。三層設(shè)備之間通過分層,、分布、開放式的兩層網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)連接,，兩層網(wǎng)絡(luò)物理上相互獨立,，站控層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建為全站統(tǒng)一的MMS網(wǎng),，過程層網(wǎng)絡(luò)則包括GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng),。但數(shù)字化變電站設(shè)置了大量的智能終端、交換機等過程層設(shè)備,，使得整體動作延時增加,、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜。

圖1 變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展歷程圖

3. Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)解決方案

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)采用一臺或兩臺監(jiān)控主機實現(xiàn)變電站的所有繼電保護(hù),、測量監(jiān)視,、操作控制、信號數(shù)據(jù)通信和事件記錄打印等功能,，采用模塊化軟件連接來實現(xiàn)集中信息采集,、集中處理運算、集中展示交互,。具有工作可靠,、結(jié)構(gòu)簡單、性價比高等優(yōu)點,。

方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用集中式監(jiān)控方案,，其中主變部分由AM5SE系列微機保護(hù)裝置配置整套主變保護(hù)屏，實現(xiàn)主變的差動保護(hù),、后備保護(hù),、非電量保護(hù)及主變溫度監(jiān)測與檔位控制；其他回路及回路就地配置AM5SE系列微機保護(hù)裝置,。實現(xiàn)對電氣量采集和對電氣設(shè)備（如斷路器）的狀態(tài)監(jiān)視,、控制和調(diào)節(jié)，發(fā)生故障時,，由微機保護(hù)裝置完成瞬態(tài)電氣量的采集,、監(jiān)視和控制，迅速切除故障設(shè)備和完成事故后的恢復(fù)操作,。

為總變配置1套DC220V/100AH柜式交直流電源,，各區(qū)域變電所在高壓柜配置DC220V/20AH分布式直流電源,，為整個變電站的斷路器、二次設(shè)備及監(jiān)控主機等重要設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的電源,。

在通信室配置一臺時鐘同步裝置,，實現(xiàn)變電站內(nèi)所有微機保護(hù)裝置、監(jiān)控主機,、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置,、遠(yuǎn)動裝置、廠站采集終端的時鐘同步,。

在通信室配置一套變電站綜自自動化系統(tǒng),，通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置采集站內(nèi)UPS、直流屏數(shù)據(jù),，通過光纖組網(wǎng)與分散的各區(qū)域變電所通信實現(xiàn)變電站綜合自動化監(jiān)控與管理,。

在通信室配置一面通訊屏、一面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏,，通過專用通道點對點方式實現(xiàn)變電站與調(diào)度端通訊,。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏配置數(shù)據(jù)路由器、交換機,、縱向加密裝置,、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置等設(shè)備，提供變電站內(nèi)數(shù)據(jù)調(diào)度上傳通道,，并對該電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測,，廠站采集終端實現(xiàn)站內(nèi)的總電能計量與所用變計量。

功能需求

電氣設(shè)備安全防護(hù)

在35kV,、10kV配電系統(tǒng)中配置AM5SE系列微機保護(hù)裝置,，其中35kV主變配置整套主變保護(hù)屏，實現(xiàn)主變的差動保護(hù),、后備保護(hù),、非電量保護(hù)及主變溫度監(jiān)測與檔位控制；35kV其他回路及10kV各回路就地配置AM5SE系列微機保護(hù)裝置,。

l 進(jìn)線保護(hù)：

     35kV進(jìn)線柜各配置一臺線路保護(hù)AM5SE-F（如需光纖差動保護(hù),，則配置AM6-LD，與對側(cè)保持一致）,，當(dāng)回路故障時,，用于跳開本柜斷路器，切斷故障,。35kV進(jìn)線柜各配置一臺電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500,，監(jiān)測電能質(zhì)量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與閃變等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電壓暫升/暫降/短時中斷暫態(tài)數(shù)據(jù),，當(dāng)檢測到電能質(zhì)量異常時,，觸發(fā)故障錄波與數(shù)據(jù)記錄,，為后續(xù)的電能質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)支撐。

l 主變壓器保護(hù)：

     為了實時觀察和集中管理降壓變壓器運行狀態(tài),，方便降壓變壓器二次監(jiān)控設(shè)備的安裝和檢修,，提高保護(hù)可靠性和靈敏性，35kV/10kV 主變壓器回路采用整套主變保護(hù)裝置集中組屏方式,，配置一臺主變保護(hù)屏,。屏柜設(shè)立在電氣監(jiān)控室，屏柜上裝設(shè)1臺差動保護(hù)裝置AM5SE-D2,、1臺高后備保護(hù)裝置AM5SE-TB,、1臺低后備保護(hù)裝置AM5SE-TB、1臺高側(cè)測控裝置AM5SE-K,、1臺低側(cè)測控裝置AM5SE-K,、1只變壓器溫控儀ARTM-8、1臺檔位變送器UP858-19AN及轉(zhuǎn)換開關(guān),、壓板,、空氣開關(guān)等其他控制設(shè)備。差動保護(hù)裝置：作為降壓變壓器內(nèi)部及引出線短路故障的主保護(hù),，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器；高后備保護(hù)裝置：作為35kV側(cè)的后備保護(hù)以及變壓器的非電量保護(hù),，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器,；低后備保護(hù)裝置：作為10kV側(cè)的后備保護(hù)，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器,；高側(cè)測控裝置：用于監(jiān)測35kV側(cè)測量電流,、測量電壓；低側(cè)測控裝置：用于監(jiān)測10kV側(cè)測量電流,、測量電壓,；變壓器溫控器：監(jiān)測降壓變壓器內(nèi)部繞組溫度；檔位變送器：用于降壓變壓器檔位測量及有載調(diào)壓,。

l 母聯(lián)保護(hù)：

母聯(lián)柜配置一臺備自投保護(hù)裝置AM5SE-B,，用于實現(xiàn)兩進(jìn)線和母聯(lián)之間的自動投切（進(jìn)線備自投/母聯(lián)備自投/聯(lián)切備自投/自適應(yīng)備自投），同時實現(xiàn)母聯(lián)保護(hù)功能,。

l PT保護(hù)：

PT柜配置一臺PT并列及監(jiān)測裝置AM5SE-UB,，實現(xiàn)兩臺PT柜間的切換以及監(jiān)測，當(dāng)回路電壓出現(xiàn)異常時,，及時發(fā)出告警信號,。

l 開關(guān)柜綜合測控及電氣節(jié)點測溫：

35kV各開關(guān)柜配置一臺智能操控?zé)o線測溫裝置ASD320，其中PT柜采用3點電池型測溫傳感器ATE400,，用于監(jiān)測母排溫度,；其他柜子均采用12點測溫傳感器ATE400,，用于監(jiān)測母排、斷路器上觸頭斷路器下出頭,、電纜出線處的溫度,。

l 弧光保護(hù)：

進(jìn)線柜配置一臺弧光保護(hù)主控單元ARB5-M，母聯(lián)柜配置一臺弧光保護(hù)擴展單元ARB5-E,，各開關(guān)柜母線室配置一只弧光傳感器ARB5-S,，當(dāng)母線室發(fā)生弧光故障時，弧光保護(hù)主控單元及時跳開被保護(hù)母線的進(jìn)線,、母聯(lián)和其他電源支路斷路器,。

本地數(shù)據(jù)采集

變電站綜合自動化系統(tǒng)需采集站內(nèi)設(shè)備信息集中分析管理，根據(jù)數(shù)據(jù)類型主要分為遙測,、遙信,、電能三類數(shù)據(jù)，網(wǎng)關(guān)將規(guī)約雙向轉(zhuǎn)換（即規(guī)約轉(zhuǎn)換器）,，在變電站自動化分布式智能電子設(shè)備中存儲的信息通過網(wǎng)關(guān)傳送給SCADA主站,。

電力系統(tǒng)安全防護(hù)

為了加強變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)，抵御黑ke及惡意代碼等對監(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,。

項目實施需配置變電站綜合自動化系統(tǒng)、電能量采集裝置,、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng),。

l 變電站綜合自動化系統(tǒng)

變電站綜合自動化系統(tǒng)采用系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，配置一臺監(jiān)控后臺主機兼操作員站,。主要實現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)采集,、監(jiān)視和控制功能，以監(jiān)測控制計算機為主體,，加上檢測裝置,、執(zhí)行機構(gòu)與被監(jiān)測控制的對象（生產(chǎn)過程）共同構(gòu)成的整體。在這個系統(tǒng)中,，計算機直接參與被監(jiān)控對象的檢測,、監(jiān)督和控制，采用IEC104規(guī)約,、端口號2404,，并實時與地調(diào)自動化主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

l 電能量采集裝置

配備一套廠站采集終端電能量采集裝置,。電能量采集器是一種用于采集,、存儲和轉(zhuǎn)送電站關(guān)口表采集和生成的計量計費信息的裝置,。裝置通過與電度表通信，收集電度表采集和生成的計量計費信息,。采集器通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實時業(yè)務(wù)與計量計費主系統(tǒng)通信,，地調(diào)接入網(wǎng)上傳通信端口為1020，上報所采集和生成的的計量計費信息,。

l 調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)是一種為電力調(diào)度生產(chǎn)服務(wù)的專用廣域數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),，是電力調(diào)度生產(chǎn)部門之間及電力調(diào)度生產(chǎn)部門與發(fā)電廠、變電站之間計算機監(jiān)控系統(tǒng)等實時和準(zhǔn)實時數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)設(shè)施,，是確保電網(wǎng)安全,、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要手段,。一般由路由器,、交換機、縱向加密裝置,、網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置,、橫向隔離裝置、防火墻裝置組成,。

4.系統(tǒng)功能

實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)人機界面友好,，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓,、電流,、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息,，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān),、地刀等合,、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號,。其中,，配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號,，手車工作,、試驗位置信號，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號,、彈簧儲能狀態(tài)信號,、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號,、高溫報警信號,，保護(hù)跳閘信號和事故預(yù)告信,。

圖3 實時監(jiān)測主界面圖

電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量,，包括三相電流,、三相電壓、三相總有功功率,、總無功功率,、總功率因數(shù)、正向有功電能等,，并可以查看24小時相電流趨勢曲線,。

圖4 電參量查詢界面圖

運行報表

能查詢各回路或設(shè)備zhi定時間的運行參數(shù)，報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,、總無功功率,、正向有功電能等。

圖5 電參量運行統(tǒng)計報表界面圖

歷史事件查詢

能夠?qū)b信變位,，保護(hù)動作,、事故跳閘，以及電壓,、電流,、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進(jìn)行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進(jìn)行歷史追溯,，查詢統(tǒng)計、事故分析,。

圖6 歷史數(shù)據(jù)查詢界面圖

電能數(shù)據(jù)展示

具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能,，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進(jìn)線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表,，也可通過棒狀圖形式展示分時電度信息,。

圖7 分時電度界面圖

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)支持實時監(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)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖8 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作,。配電系統(tǒng)維護(hù)人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面完成遙控操作,，并遵循遙控預(yù)置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序,，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應(yīng)的操作命令,。

圖9 遙控操作界面圖

5.結(jié)語

隨著通信媒介、通信能力,、處理能力的進(jìn)步,，變電站綜合自動化需求會大大增加，變電站間的通信也會產(chǎn)生更高的安全性,，因此邁向變電站自動化是大勢所趨,，變電站綜合自動化系統(tǒng)對實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和運維管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運行水平起到了很大的作用,。

參考文獻(xiàn)

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京：中國電力出版社,，2008

[2] 張曉春.變電站綜合自動化[M].北京：高等教育出版社，2006

[3] 錢怡,，江波.變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題及解決措施[J].2016:16

[4] 劉曉春.淺談變電站綜合自動化系統(tǒng)[J].中國電力教育,，2010 （4）

[5] 曹帥.變電站綜合自動化系統(tǒng)現(xiàn)狀及趨勢分析[J].機械管理開發(fā),2020,35(10)

[6] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者介紹：

李婧婧，女,，本科,，測控技術(shù)與儀器專業(yè)，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,，主要研究變電站綜合自動化系統(tǒng),、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。