变配电站自动化系统在企业的应用与

变配电站自动化系统在企业的应用与分析【摘要】通过分析企业变配电站对自动化系统的实际应用，全面介绍了自动化装置在变配电站的结构与功能，以及自动化装置的技术特点。通过介绍装置概要阐述了变配电站自动化系统的发展阶段及不同阶段的应用特点，结合企业现状分析了变配电站自动化的配置原则，并从形式、功能、质量等方面对控制远动装置，从方案设计、功能要求、数据处理以及从接口、通信规约与协议、系统组态对网络等三个方面全面概要的阐述了系统及设备的配置要点。本篇还针对变配电自动化系统在转化为企业应用的关键环节上，结合现场较多依赖厂家的现状，从进厂施工、现场调试、交工验收等方面作了一定程度的论述分析，这对于广大电气技术人员在资料不全，规范不完善，标准不统一的条件下如何尽快而全面的掌握和利用该项技术具有一定的借鉴意义。【关键词】变配电站自动化应用分析前言近年来，企业变配电自动化技术作为应用控制技术、信息技术和通信技术，利用计算机软件和硬件来代替人工进行各种运行作业，提高变配电站运行管理水平的一种自动化系统，不仅成为变配电站改造的首选产品，同时也是新建变配电站的主导技术。随着这项技术在变配电所的全面普及和应用，其功能和性能已日趋完善。如何全面的掌握和利用这项新的技术形式，把对自动化系统的理解和认识落实到实际运用中去，对于广大电气工程技术人员来说都是一个重要的课题。本篇以某公司铜合成炉综合配电楼为例，系统阐述了变配电站自动化系统在工程中的应用。1装置的结构与功能某公司铜合成炉综合配电楼进线电源引自公司15#变电所，主要负责20万吨铜合成炉吹炼区高低压负荷，其中包括110吨转炉高温风机（2X355KW），环保排烟风机（1X500KW），86吨转炉高温风机（4X400KW），铜合成炉的反应塔和沉淀池风机（3X315KW），转炉鼓风机（Atlas-2X2860KW，KKK-2X2800KW）等。配电系统采用综合自动化装置，以无人值守的形式，面向用户的负荷需求。它的电气监控系统采用分布式监控原理，通过分散安装于各开关柜上的各种智能电气设备将所有实施数据通过通信电缆传递到计算机，从而完成整个变电站的电气监控。整个监控系统由主控层，站控层和间隔层组成。主控层及站控层以以太网形式连接，站控层与间隔层之间采用RS-485总线连接。（图略）1.1主控层配电站的主控层由2台DELL工业监控主机构成，经以太网与保护管理机和通信管理机互连。监控机的作用是在无人值班配电站负责与调度中心的通信，使配电站综合自动化系统具有RTU功能，完成“四遥”任务；在有人值班的配电站，除了仍然负责与调度中心通信外，还负责人机联系，使综合自动化系统通过监控机完成当地显示、制表打印、开关操作等功能。1.2站控层在综合配电楼综合自动化管理上，各保护功能单元由保护管理机直接管理，一台保护管理机可以管理一系列单元模块，它们之间采用双绞线用RS-485接口连接。保护综合管理机还具有数据采集及开关量管理功能，这就构成了配电楼自动化系统的站控层。正常运行时，保护管理机监视各保护单元的工作情况，一旦发现某一保护单元本身工作不正常，立即报告监控机，并报告调度中心。如果某一保护单元有保护动作信息也通过保护管理机将保护动作信息送往监控机，再送往调度中心。调度中心或监控机也可通过保护管理机下达修改保护定值等命令。保护管理机还通过通信控制机将数据采集和开关状态送给监控机和送往调度中心，并接受由调度或监控机下达的命令。总之，管理机的作用就是减轻监控机的负担，协助监控机承担对间隔层的管理。1.3间隔层间隔层单元按一次设备组织，一般按断路器的间隔划分。本配电楼系统综合采用了sepam1000+20系列，sepam1000+40系列，sepam1000+87系列的综合保护单元，每个间隔单元具有测量、控制、保护部分，测量控制部分负责该单元的测量，监视断路器的操作控制和连锁及事件顺序记录；保护部分负责该单元线路或变压器或电动机的保护、各种录波等，具体如下：sepam1000+20系列主要用于水泵变、配电楼变压器、循环水泵房变压器、反应塔风机等容量相对偏小的负荷出线单元，它的主要功能有过电流保护和接地故障保护；对变压器切换不敏感的接地故障保护；相不平衡检测；热过载保护；能够读取测量值、报警值及保护整定值，并写入装置遥控命令；能够改进运行中的三类诊断数据如网络和电机的跳闸电流、不平衡比、干扰记录及开关设备的累计分断电流、跳闸时间和保护单元和附加模块的连续自检和监视；在控制和监视方面通过预制的断路器程序逻辑完成。sepam1000+40系列主要用于母联形状柜、电源进线开关柜、电容补偿开关柜、反应塔沉淀池等负荷单元。它的主要功能除具有与sepam1000+20相同功能外,同时具有方向性接地故障保护，有电压记忆功能的方向性过电流保护；欠/过电压和频率保护功能；通讯功能与sepam1000+20兼容；可改进三类诊断数据。具有予制的断路器程序逻辑。sepam1000+87系列的结合保护装置主要用于转炉风机开关柜单元，功能有方向性电网保护；方向性接地故障保护；对变压器和电机——变压器组的保护；差动保护；防止内部故障保护；失步、速度控制、误上电保护等；测量谐波失真、电流和电压；用于特定控制功能的逻辑方程式编辑器；具有2个ModBus通讯端口，用来将Sepam集成到2个不同的电网或冗余系统中。装置的技术特点（1）智能电气设备各单元相对独立，以间隔为对象，按回路体现功能，是面向对象的分散分布式的模块化系统结构。（2）局部和单装置故障不影响整个系统的运行。在监控系统因故退出运行时各装置仍能安全、可靠地独立运行。（3）每台装置和仪表均具有通信接口，通过站内通信网与后台监控主机通讯。后台监控计算机将收集到的实时信息进行分类储存和管理，每台电气设备的控制操作既可以在后台监控主机进行，也可以就地完成。（4）系统可实现与远方调度、控制中心的通讯，将采集到的站内信息运传到调度、控制中心，并接收其下达的各项控制命令，可实现远方监控；同时系统也可以方便地与其它相关自动化系统和智能装置进行通信。（5）系统采用的硬件设备是法国施耐德电气公司生产的测控装置，具有集保护、测量、控制、事件记录、故障录波及通信等功能为一体的综合功能。（6）界面标准美观，具有多功能控制方式，运行管理简单，维护量少，且系统具有操作员登录和管理人员登录的不同权限方式，可保证系统的安全管理和操作。（7）二次设备所需电缆较少，节约投资，调试简单。（8）电气监控软件采用全开放式设计，可将数据通过接口提供给其他自动化系统，而且支持更多不同的硬件，如除了施耐德的各种高低压电力监控装置sepam1000+系列微机保护，PM800仪表、MT开关Micrologic控制单元、变频器，以及其它公司的智能电力装置ACH96、ECM20、智能电度表、RTU等，还包括各种型号的PLC、直流屏、模拟屏、UPS、有载调压控制等。（9）通过后台机电气监控系统，可以实现众多功能，如实时数据采集及现场各种静态或动态运行图的模拟，设备参数在线查看和修改，事件报警和记录及查询功能，历史趋势记录功能、故障录波功能、历史数据查询和运行管理功能、遥控遥调功能、数据统计功能、安全系统管理功能、网络功能等。3由配电站的现状浅析微机综合自动化的配置原则及要点3.1配置原则一般认为，变配电自动化的发展分为三个阶段。第一阶段是基于开关设备之间相互配合的配电自动化阶段，其主要设备为断路器及重合闸、备用电源自投等自动化装置，不需要建设通信网络和计算机系统，其主要功能是故障时通过自动化开关设备相互配合实现故障隔离和健全区域的恢复供电。这类装置仅在故障时起作用，正常运行时不能起监控作用，不能优化运行方式，需到现场修改定值，恢复健全区域供电无法采取安全和最佳措施，隔离故障需多次倒闸操作。第二阶段的变配电自动化系统是基于通信网络、变配电所远程终端单元和后台计算机网络的自动化系统。它在配电网正常运行时，也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障能够及时察觉，并由调度员通过遥控隔离故障区域和恢复健全区域供电。第三阶段的变配电自动化系统是在第二阶段的基础上，增加了闭环自动控制功能，形成了集配电网SCADA系统、配电地理信息系统、需方管理、调度员仿真系统、故障呼叫服务系统和工作票等一体化的综合自动化系统。无人值班变配电站的配置原则要求变配电站中测量、控制、保护、监视等二次设备具有高度的安全性和可靠性，优越的协议性和兼容性，它除了具有常规变电站远动RTU的“四遥”功能外，还大大扩展了对保护系统及其它智能系统的远动功能，如保护定值远方监视、切换与修改、故障录波、故障测距的远方传送与控制，同时还包括了配变电站其他信息的监视与控制功能，如温度、压力、消防、直流系统、站用电系统等，几乎整个变电站的所有信息均通过扩展了的RTU传送至调度或上一级控制中心。目前，随着公司110KV变电站\开关站及2X150MW热电机组的陆续投产运行，某公司电网已颇具规模。现阶段的某公司的电网结构与特点及形势发展的需要，已决定了变配电自动化改造及新建变电站应处于第二阶段的过程中，并将随着企业电网调度自动化系统的全面建立与完善，逐步向第三阶段过渡，它的发展所遵循的就是“变电站综合自动化→无人值班变电站→自动化调度系统”这样一个逐级提高的链式环节。铜合成炉综合配电楼就是在这样一个新起点下的拟以无人值班形式运行的配电站。在公司目前全网调度系统尚未形成的前提下，应特别注意对变配电自动化系统进行合理配置，恰当地选用各种功能，并应根据当前发展趋势及技术方向来确定是坚持“统一规划，分步实施”的原则、还是“以点带面，一步到位”的原则，在此基础上即可确定对RTU设备，计算机系统及其功能组态、通信设施的全面要求。3.2配置要点从形式上，根据变配电系统自动化的发展过程，一般把站内RTU分为集中式和分布式两种，分布式RTU又分为功能分布式RTU和结构分布式RTU。集中式RTU是早期综合自动化的主要形式，因其功能集中，故障时影响面大，组态不灵活，不便于调试维护等缺点而逐步被新的形式所代替。在一般情况下，对于小区变或小型工业配电室等规模较小的变配电室选用集中式RTU还是比较合适的。功能分布式RTU比较适合于老站基础上的改造。当前比较通用的是以间隔为对象，将数据采集监控单元和保护单元集中安装在一面柜子或一台设备内的结构分布式RTU，这种形式在中低压系统中尢为适用，在高压系统中一般以独立的测控单元对高压系统中的间隔和元件。从功能上，一般要求变配电综合自动化具有遥信、遥控、遥测和遥调功能，并且具备事件顺序记录、系统对时、电能采集、自恢复和自检功能以及能够和SCADA系统通信等功能。从质量上，变配电自动化系统的出厂试验和现场试验具有指导性的试验规范和试验标准正在完善。除对照规范外，通常选择经电力公司电力设备及仪表质检中心检测合格并在有效期内的产品或是选择知名度高，传统厂家的品牌产品及通过鉴定行业技术协议，进行合同方面的约束来保障。对于其它智能型一次设备如电子智能表、小接地电流选线、消弧消谐装置、直流系统、消防系统、温度压力巡检、无功补偿等设备的配置要点，一般应从技术上保证站内自动化系统的硬件接口满足国际标准，如变配电站自动化接口通常包括监控设备与调度中心的通信接口，监控设备之间的接口，开关和变压器与监控设备的接口。设备的接口传输规则应符合ISO开放系统规定，系统的各类数据、通讯规约及网络协议的定义、格式、编程、地址等与相应的电力系统保持一致，应避免在实际配置过程中由于选用不同的厂家而导致的组态衔接困难。调试及验收4.1调试内容及要点（1）间隔层测控单元的检查调试。以综合配电楼所选用的Sepam产品为例，主要从以下几个方面进行：=1\*GB3①保护继电器的测试及初步检查。保护继电器的测试主要包括内部电子元件及功能测试，每一台Sepam的功能均通过了出厂测试，厂家承诺可直接投入使用。对于初步检查主要包括硬件安装图和原理的一致性。=2\*GB3②参数和保护整定值的检查。首先通过设计或供电部门以书面形式确定参数和保护整定值，然后输入软件与保护整定文件中记录值比较；经检查后即可确定而不能再更改。=3\*GB3③相电流/相电压输入连接的检查，，剩余电流/剩余电压输入连接的检查，相逻辑输入和逻辑输出的检查。上述检查项目均通过发生器输入给定的值，由软件SFT2841进行比较确定。=4\*GB3④完整保护链的验证。主要通过Sepam1000+模拟故障引起断路器设备跳闸来验证。整个调试要求提供测试单并记录测试结果。（2）当地监控系统的软硬件调试及功能参数组态。硬件调试主要包括前置机或通信处理机、后台主控机、调制解调器及打印机、显示器、电源等各种外设辅助设备的调试。软件调试包括在在前置机或通信处理机、后台机上安装调试各种软件（包括操作系统、系统软件和各种应用软件。（3）系统的参数组态和设置，包括间隔的编号、内部网络的组建和通信，在后台主机对监控量的组态，制作报表、图形、曲线等。（4）在前置机或通信处理机上根据主站系统要求，设置通信规约、通信速率、“四遥”功能的组态等。交工验收主要从四个方面来完成：功能检测。现场主要通过一些试验设备如模拟信号发生器、状态信号发生器、数字量模拟器及频率可调脉冲量输出模拟器等，分别进行遥信量输入测试，试验所有遥信输入量的变化及响应时间；进行遥控测试，检查遥控输出量及传输时间；进行脉冲量输入测试及与计算机显示次数相比较；进行遥控模拟量试验来验证转换范围及响应时间；进行事件顺序记录分辨率的测试；进行键盘遥控操作、图形显示功能、音响告警功能、打印功能的测试，检查系统安全操作等级、自检与自诊断的功能以及远传通信功能；厂家资料的收集整理。主要包括设备及软件的出厂合格证、检