安科瑞電氣股份(fen)有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：變(bian)(bian)電站綜合自(zi)動(dong)化系統是將變(bian)(bian)電站內的二(er)次(ci)設(she)(she)備(bei)經過功能的組合和優(you)化設(she)(she)計(ji)，利用先進的計(ji)算(suan)機技術(shu)(shu)、通信(xin)技術(shu)(shu)、信(xin)號處理(li)技術(shu)(shu)，實現對(dui)全變(bian)(bian)電站的主要設(she)(she)備(bei)和輸、配電線路的自(zi)動(dong)監視、測量、控(kong)制、保護、并與上級調度通信(xin)的綜合性自(zi)動(dong)化功能。

關鍵詞：變電站(zhan)綜合自動(dong)化系統(tong)；自動(dong)監(jian)視；保護；調度通信(xin)

概(gai)述

青島(dao)海洋科(ke)技園位于青島(dao)市黃島(dao)區江(jiang)山南路與規(gui)劃(hua)珠江(jiang)路交匯處，規(gui)劃(hua)建筑面積(ji)約23萬平方米。產業定(ding)位于(yu)應用型海洋科技(ji)研發、人工智能、工業互聯(lian)網、IC 設計、先進制(zhi)造及(ji)裝備研(yan)發。建設內容包含科(ke)(ke)(ke)研(yan)辦公及(ji)配套設施、海洋科(ke)(ke)(ke)研(yan)實驗室、海洋創新(xin)推動平(ping)臺(tai)等，計劃建設成(cheng)為青島應用型海洋科(ke)(ke)(ke)技(ji)資源的(de)整合(he)平(ping)臺(tai)、海洋科(ke)(ke)(ke)技(ji)人(ren)才的(de)聚集平(ping)臺(tai)、海洋科(ke)(ke)(ke)技(ji)企業的(de)孵化(hua)和成(cheng)果轉化(hua)平(ping)臺(tai)、海洋科(ke)(ke)(ke)技(ji)服務業的(de)培(pei)育和加速平(ping)臺(tai)。

本(ben)次建設(she)內容為：海洋科技產業園生產基(ji)地(一期)項目，位(wei)于(yu)山東省青島市石寨山路以北，鳳凰山路以東，包括1#生產廠房、2#生產(chan)廠(chang)房及3#生產廠房，總占地面積為(wei)53333.31平方米，總建筑面積81329.49㎡。

全(quan)廠共(gong)設置35kV變電所1座，區域變電所2座。35kV變(bian)電所(suo)內含(han)35kV開關柜、35kV變壓器鎧(kai)裝箱、10kV開(kai)關柜及0.4kV開關柜。區域(yu)變(bian)電(dian)所為裝置樓一層獨(du)立區域(yu)，配置10kV開(kai)關(guan)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。本(ben)項目采用(yong)35kV單電源(yuan)進線(xian)，本變電站(zhan)為主站(zhan)，10kV1#分所、10kV2#分所電(dian)源(yuan)引自(zi)本變電(dian)站(zhan)。本變電(dian)站35kV變壓器容量為1X10000kVA，10kV變壓器(qi)容量為2X800kVA，備用一臺發電機1X800kW。所內(nei)安裝(zhuang)35kV高壓柜4面、10kV中壓柜9面、10000kVA變(bian)壓器1臺、800kVA變壓器2臺、0.4kV低壓(ya)柜16面、10kV電容柜1組、調度通信屏、主變保(bao)護屏、后臺(tai)等1組，直流屏1組100Ah、10kV無功補償共2700kvar、0.4kV無(wu)功補償(chang)共480kvar。實際無功補(bu)償后功率因數應達(da)到0.95以上。若(ruo)達不到，須增加補償容量。

圖1 青島海洋科技園現場圖

系(xi)統結構

變(bian)(bian)電(dian)站(zhan)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化系統(tong)(tong)是(shi)指(zhi)：通(tong)過執行(xing)規定功能來(lai)實(shi)現某一給(gei)定目標的(de)一些相(xiang)互關聯單元(yuan)的(de)組(zu)合(he)，變(bian)(bian)電(dian)站(zhan)綜(zong)合(he)自(zi)動(dong)化系統(tong)(tong)是(shi)利用先進的(de)計算(suan)機技術(shu)(shu)(shu)、現代電(dian)子技術(shu)(shu)(shu)、通(tong)信技術(shu)(shu)(shu)和(he)信息處理(li)技術(shu)(shu)(shu)等(deng)實(shi)現對變(bian)(bian)電(dian)站(zhan)二(er)次設備(bei)的(de)功能進行(xing)重(zhong)新(xin)組(zu)合(he)、優化設計，對變(bian)(bian)電(dian)站(zhan)全部設備(bei)的(de)運行(xing)情況執行(xing)監視、測量(liang)。

系統可分為三層結構：即(ji)現場(chang)設備層、網(wang)絡通訊層和(he)平臺(tai)管理層。

現場設備層(ceng)：包(bao)含微機保護、智能操控、多功能儀表、計(ji)量表等設備，用于(yu)采集(ji)站(zhan)內配電柜內電氣運(yun)行參數、開關狀(zhuang)態、電氣接(jie)點(dian)溫度等數據，同時分別在(zai)35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源(yuan)，保障(zhang)現(xian)場(chang)設備良好的運行環境。

網絡通訊(xun)層：包含ANet-2E8S智(zhi)能網(wang)關(guan)。網(wang)關(guan)主動采(cai)集現場設備層設備的數(shu)據，并(bing)可進行規約轉換，數(shu)據存儲，分散(san)10kV變(bian)電站通(tong)過數(shu)據采(cai)集(ji)箱（內置(zhi)智能(neng)網(wang)(wang)關）采(cai)集(ji)數(shu)據通(tong)過光(guang)纖上傳(chuan)至通(tong)信(xin)室變(bian)電站綜合自(zi)動(dong)(dong)化監(jian)控系統平臺(tai)；同時網(wang)(wang)關充當遠動(dong)(dong)通(tong)信(xin)裝置(zhi)，將(jiang)現場(chang)設備數(shu)據采(cai)集(ji)后(hou)通(tong)過交換(huan)機(ji)經縱向加密(mi)數(shu)據加密(mi)后(hou)上傳(chuan)調度網(wang)(wang)。

平臺管理層(ceng)：?變(bian)電站綜合(he)自動化監控(kong)系統(tong)平臺、國網安(an)徽省(sheng)安(an)慶電力調度控(kong)制中心平臺。

圖2 監(jian)控系(xi)統網絡結構圖

解決方案

本項目35kV變(bian)電所(suo)1座，區(qu)域變電所3座，35kV變電所為獨立二層建(jian)筑物，其(qi)中一(yi)層為35kV開關室、35kV變壓器室、10kV開關室，二(er)層(ceng)為10kV變壓器及0.4kV開關室、通信(xin)室。區域(yu)(yu)變電所為裝置樓一層獨立區域(yu)(yu)，配置(zhi)10kV開關(guan)柜(ju)、變壓器及(ji)0.4kV低壓柜。。

35kV變電所內(nei)35kV開關室(shi)一次系統圖如圖(tu)1所(suo)示(shi)，共有4面開關柜，分別為：1面進線柜、1面出線柜、1面計量柜、1面PT柜。

圖3 35kV開關室一次系統圖

35kV變電所內10k部(bu)分一(yi)次系統圖如圖4所示，共有9面開(kai)關(guan)柜、其中1面10kV進線柜、2面(mian)變壓(ya)器出線柜、2面至分所的(de)饋(kui)線柜(ju)、1面隔離柜、1面PT柜(ju)、1面(mian)計量柜、1面備用饋線(xian)柜(ju)。

圖4 10kV開關室一次系統圖

圖5 1# 10kV變電所(suo)進(jin)線柜一次系統(tong)圖

圖(tu)6 2# 10kV變電所(suo)進線(xian)柜一(yi)次系統(tong)圖

方案綜述

本次工(gong)程在35kV、10kV配電系統中配置微(wei)機保護裝置，對每(mei)面35kV、10kV高壓開關柜內配置開關狀態操(cao)控裝(zhuang)置，對電(dian)氣量(liang)采集和(he)對電(dian)氣設(she)備(bei)（如斷(duan)路器）的(de)(de)狀態監視(shi)、控制和(he)調節(jie)，發生故障(zhang)時(shi)，由微(wei)機(ji)保(bao)護裝(zhuang)置完成(cheng)瞬態電(dian)氣量(liang)的(de)(de)采集、監視(shi)和(he)控制，迅速(su)切除故障(zhang)設(she)備(bei)和(he)完成(cheng)事故后(hou)的(de)(de)恢復操(cao)作。

在(zai)每面(mian)35kV、10kV高壓變配電開關柜配置1臺多功(gong)能電(dian)表，在35kV變電所(suo)計量柜處(chu)裝有(you)計量儀表(biao)，其中在35kV變電所安裝(zhuang)負荷采集終端箱，收集計(ji)量點(dian)計(ji)量表的電能(neng)信息(xi)，用于遠程監控及電量數據采集。

在35kV總變二次值班室(shi)配置1套DC220V/100AH柜(ju)(ju)式(shi)直流電源，各區域變電所在高壓柜(ju)(ju)配置DC220V/50AH分布式直(zhi)流電源，為整個變電站的斷路(lu)器、二次設備(bei)及監控(kong)主機(ji)等(deng)重要設備(bei)運行提供穩定可靠的電源;配置(zhi)一(yi)臺時鐘同步(bu)裝置(zhi)，實現變電站內所(suo)有微(wei)機保護裝置(zhi)、監(jian)控(kong)主(zhu)機、規(gui)約(yue)轉(zhuan)換裝置(zhi)、遠動裝置(zhi)的時鐘同步;配(pei)置(zhi)一套變電站(zhan)綜自自動化系統，通過規約轉(zhuan)換裝置(zhi)采集站(zhan)內主變溫度巡檢儀、主變檔位變送(song)器、直(zhi)流屏數據，通過光纖組網與分散的(de)各區域10kV變(bian)電(dian)所(suo)通信實(shi)現變(bian)電(dian)站(zhan)綜合自動化監(jian)控與管(guan)理;在二次值班室配置(zhi)一面通訊屏、一面調度數據網(wang)屏，SDH型(xing)STM-4光傳輸設備1套，PTN接入層光(guang)傳輸(shu)設備(bei)1套(tao)，共同(tong)安裝于(yu)光(guang)通(tong)信屏;48芯(xin)0DF、16單元DDF、4端口(kou)IAD，共同安裝于通信配線(xian)屏，電網110kV姜家變電站(zhan)安裝:STM-4光接(jie)口板(ban)2塊、GE光模塊2個，安裝于(yu)現運行SDH設備(bei)和PTN設(she)備上。24芯光纖(xian)配線單元箱1臺(tai)，安裝于現(xian)狀姜家變電(dian)站通(tong)信配線柜內。通(tong)過(guo)專用通(tong)道點對點方式實現(xian)變電(dian)站與調度(du)端通(tong)訊。調度(du)數據網屏(ping)配置數據1臺路由器、2臺交換機、2臺(tai)縱向加密裝置(zhi)。

功能需求

微(wei)機(ji)保護需求

變電站綜(zong)合(he)自動化系統中，多數子系統都(dou)是由微(wei)機構成的，都(dou)具有一定(ding)的故障診斷功能，這就使得(de)變電站一、二次(ci)設備的可靠性得(de)到了提高。

35kV/10kV 降(jiang)壓(ya)(ya)變壓(ya)(ya)器(qi)回(hui)路采用整套主變保護裝置(zhi)集中組(zu)屏(ping)(ping)方式(shi)，配置(zhi)主變保護屏(ping)(ping)。屏(ping)(ping)柜設立(li)在(zai)電氣監(jian)控室，屏(ping)(ping)柜上裝設1臺差動保護裝置AM5SE-D2、1臺高后備(bei)保護裝置(zhi)AM5SE-TB、1臺低后備(bei)保(bao)護裝置AM5SE-TB、1臺高側測(ce)控裝置AM5SE-K、1臺低(di)側測控(kong)裝(zhuang)置AM5SE-K、1只變壓器溫(wen)控(kong)儀ARTM-8、1臺檔位變送器UP858-19AN及轉換(huan)開關、壓板、空氣(qi)開關等(deng)其他控制設備(bei)。

差動保護(hu)裝置：作(zuo)為降(jiang)壓(ya)(ya)變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)內部及引出線短路故障的主保護(hu)，其(qi)作(zuo)用是對變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)一側的電流(liu)及電壓(ya)(ya)進行監控(kong)，如發(fa)現問題，及時發(fa)出預警信息，動作(zuo)后跳降(jiang)壓(ya)(ya)變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)高低兩側斷路器(qi)，避免(mian)變(bian)壓(ya)(ya)器(qi)發(fa)生(sheng)故障；

高低后備保護(hu)裝(zhuang)置：作為35kV側(ce)/10kV側的(de)后備保護以(yi)及變壓器(qi)的(de)非電(dian)量保護，其(qi)作用(yong)是(shi)在前兩(liang)個(ge)(ge)裝置都(dou)無(wu)法正常運行的(de)情(qing)況(kuang)下，通過智(zhi)能和(he)人工的(de)配合，來完成對整個(ge)(ge)變壓器(qi)運行的(de)監控和(he)保護，動作后跳降壓變壓器(qi)高低兩(liang)側斷路器(qi)，避免其(qi)出(chu)現故障，影響(xiang)整個(ge)(ge)變電(dian)站(zhan)的(de)運行。

高低側測控(kong)裝置：用于(yu)監測35kV側(ce)/10kV側測量電流、測量電壓；

變壓(ya)器溫(wen)控器：監(jian)測(ce)降壓(ya)變壓(ya)器內部繞(rao)組溫(wen)度，將測(ce)量的數據(ju)反(fan)饋(kui)回(hui)控制系統進行分(fen)析(xi)，一旦出問題及時后臺對變壓(ya)器進行保護處理；

檔位(wei)變送器(qi)：監測主變壓(ya)器(qi)在工(gong)作中的接頭位(wei)置(zhi)，用于(yu)降壓(ya)變壓(ya)器(qi)檔位(wei)測量及有載調壓(ya)。

本地數據采集(ji)

變(bian)電站綜合自動化系統需采集(ji)設備有組屏(ping)保護7臺(tai)、分散保護14臺、儀表180臺，數量(liang)共計201臺，本地(di)設(she)備根據數據類(lei)型主要分為遙測、遙信兩類(lei)數據，部分數據展示(shi)如下(xia)：

·       遙(yao)測(ce)量

·       遙信量

調度上傳需求(qiu)

黃島(dao)(dao)區以黃島(dao)(dao)島(dao)(dao)名(ming)命名(ming)，1979年1月，膠南縣再度(du)劃歸青島市，同(tong)年從膠南縣劃出黃島、辛安、薛家島3處人民(min)公社，設立青島市(shi)黃島區。1984年，青島經濟技術開發區(qu)成立。1990年12月，撤(che)銷膠南縣，設立膠南市（縣級市）。1992年11月(yue)，黃島(dao)區境內(nei)設(she)立青島(dao)保稅區。1993年，青島(dao)經濟技(ji)術開發區擴(kuo)展(zhan)到黃島(dao)全(quan)區，兩(liang)區體(ti)制合一。2012年9月(yue)，撤銷黃(huang)島(dao)區(qu)、縣(xian)級膠南(nan)市(shi)，設立黃(huang)島(dao)區(qu)。地方電網要求本項目數(shu)據兩(liang)路上傳(chuan)，一路上傳(chuan)到(dao)黃(huang)島(dao)區(qu)調度部分，另一路經黃(huang)島(dao)區(qu)匯聚中心上傳(chuan)至青島(dao)市(shi)平(ping)臺(tai)，兩(liang)路上傳(chuan)均采(cai)用雙通道(dao)上傳(chuan)，整體方案冗余配置，確保調度上傳(chuan)的穩定性(xing)與可靠性(xing)。

本項目(mu)計量數據獨立上傳(chuan)，數據網(wang)僅(jin)上傳(chuan)安全Ⅰ區數據(ju)，數據(ju)網(wang)及二次安防(fang)設備信息與(yu)清單如下(xia)：

表1 數據網及二次安防設備清(qing)單

配置設備清單

表2 我司提(ti)供方案設備(bei)列表

現(xian)場應用圖

圖(tu)7 10kV 1#分所電氣一次(ci)圖(tu)

圖8 10kV 1#分所現場實(shi)物圖

圖9 10kV 2#分(fen)所電氣一次圖(tu)

圖(tu)10 10kV 2#分所現場實物圖

圖11 二次值班(ban)室(shi)室(shi)現場圖

系(xi)統功能

實時監測

Acrel-1000變電(dian)站綜合自動化系統(tong)人機(ji)界面友好，能夠以配電(dian)一次圖的(de)形式直觀顯示配電(dian)線路(lu)的(de)運(yun)行狀(zhuang)態，實時監測各(ge)回路(lu)電(dian)壓(ya)、電(dian)流、功(gong)率、功(gong)率因(yin)數等電(dian)參數信息，動態監視(shi)各(ge)配電(dian)回路(lu)斷路(lu)器、隔離開關(guan)(guan)、地刀(dao)等合、分閘(zha)狀(zhuang)態及有關(guan)(guan)故障、告(gao)警等信號(hao)。

圖12 實時監(jian)測主界面圖

主變監測

在35kV變電(dian)站中(zhong)主(zhu)要關注的(de)就(jiu)是主(zhu)變壓器(qi)，主(zhu)變壓器(qi)獨立界面(mian)分析，可以查(cha)(cha)看(kan)變壓器(qi)基(ji)本信(xin)息（變壓器(qi)型號、容量、調壓方式、溫度），也可以直接查(cha)(cha)看(kan)詳細電(dian)參量，包括三(san)相電(dian)流(liu)、三(san)相電(dian)壓、三(san)相總(zong)有功(gong)(gong)功(gong)(gong)率、總(zong)無功(gong)(gong)功(gong)(gong)率、總(zong)功(gong)(gong)率因數、正向有功(gong)(gong)電(dian)能等，并可以查(cha)(cha)看24小時功率運行曲線。

圖(tu)13 主(zhu)變(bian)壓器(qi)監測界面圖

分變電所監測(ce)

各分變電(dian)所獨(du)立監測(ce)界(jie)面(mian)，可以直接查看分變電(dian)所回路(lu)詳細(xi)電(dian)參量與(yu)斷路(lu)器開(kai)關狀態(tai)，其(qi)中(zhong)，10kV配電(dian)系(xi)統中監測的開(kai)關量主要有：斷路器分、合閘(zha)信號(hao)，手車工作(zuo)、試驗位置信號(hao)，遠方/就地(di)切(qie)換位置信(xin)(xin)號(hao)、彈簧儲(chu)能狀態信(xin)(xin)號(hao)、接地(di)刀(dao)合分信(xin)(xin)號(hao)、保護跳閘信(xin)(xin)號(hao)和事(shi)故預(yu)告信(xin)(xin)。

圖14 分變電所監(jian)測界面圖

光字(zi)牌

根據監(jian)控(kong)(kong)系(xi)統實(shi)時數(shu)據庫獲取保(bao)護信息表(biao)，通過多排(pai)欄的形式(shi)展示單個(ge)設備(bei)間(jian)隔保(bao)護信號，監(jian)視各種設備(bei)運行狀態，實(shi)現越(yue)限報警，供(gong)變電(dian)站集中監(jian)控(kong)(kong)系(xi)統運維人(ren)員(yuan)維護，由監(jian)控(kong)(kong)人(ren)員(yuan)使用。

圖15 光字牌(pai)監測界面圖

結語

通過變電站綜(zong)合自(zi)動(dong)化(hua)(hua)系統內各(ge)設備間相互交換(huan)信息(xi)，數據(ju)共享(xiang)，實(shi)現(xian)變電站運行監(jian)視和(he)控制，對實(shi)現(xian)電網調度(du)自(zi)動(dong)化(hua)(hua)和(he)運維管(guan)理(li)現(xian)代化(hua)(hua)，提(ti)高電網的安全和(he)可靠運行水(shui)平起到了很大的作(zuo)用，因(yin)此用戶變電站要進一(yi)步加強綜(zong)合自(zi)動(dong)化(hua)(hua)系統水(shui)平，提(ti)高運維人員的技能，保證電網安全穩定運行。

參考(kao)文(wen)獻

[1] 張曉春.變(bian)電站(zhan)綜(zong)合(he)自(zi)動化[M].北京：高等教(jiao)育出版社.2006

[2] 劉賽豪.10kV 變電(dian)站綜合自動(dong)化設計[J].文摘版：工程技術(shu)（建筑）,2016:39.

[3] 胡裕(yu)民.變電站綜合自動化技術(shu)探討[J].科技創新導報,2019:174-175.