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淺談數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展
李明君
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：隨著時代的進步和發(fā)展，在當(dāng)前的變電站設(shè)計上，數(shù)字化變電站設(shè)計成為一種趨勢。其也成為未來我國變電站設(shè)計的核心研究方向和趨勢。當(dāng)前來說，我國在數(shù)字化變電站的設(shè)計上，綜合自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，在整個變電站設(shè)計上也有作用發(fā)揮。為此在進行觀點分析上，本文圍繞當(dāng)前我國數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)發(fā)展問題進行了觀點的闡釋和分析，并對其發(fā)展趨勢進行了展望和分析。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站；綜合自動化系統(tǒng)；發(fā)展
結(jié)合目前來說，隨著技術(shù)的不斷升級和發(fā)展，數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)成為我國在變電站設(shè)計上的主流趨勢。相較于傳統(tǒng)的變電站來說，數(shù)字化變電站能夠有技術(shù)優(yōu)勢，是我國變電站設(shè) 計未來的主要發(fā)展趨勢和方向。對于數(shù)字化以及自動化的研究來說，基于的引入，合理實現(xiàn)技術(shù)問題的解決，能夠基于本質(zhì)角度出發(fā)，促使我國數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)有較為出色的應(yīng)用效果，推動我國數(shù)字化變電站自動化綜合系統(tǒng)研發(fā)水平的不斷升級。
1 數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的優(yōu)勢
數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)在應(yīng)用上，其不僅有較為出色的可擴展性，而且整個系統(tǒng)應(yīng)用相對簡單，有較為出色的兼容性，所以在當(dāng)前國內(nèi)很多變電站中，其都有較為出色的應(yīng)用價值。而且從目前的 應(yīng)用現(xiàn)狀來說，數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)不僅有較為穩(wěn)定的運行表現(xiàn)，且有較為出色的運行效率，而且可以降低人工資源的耗費，確保實現(xiàn)無人值守?？梢哉f，數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)，能 夠促使我國在電網(wǎng)運行和管理上取得更為出色的運行效益，同時也可以更好的滿足當(dāng)前我國在變電站系統(tǒng)設(shè)計方面的需求。同時企業(yè)是我國未來實現(xiàn)變電站建設(shè)的核心方向和趨勢。
2 數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的特點解讀
圖1展示的是當(dāng)前數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的布局結(jié)構(gòu)。
圖1數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)架構(gòu)
通過引入數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)，促使在變電站的管理上，有更為出色的管理效益，充分實現(xiàn)自動化管理目標(biāo)。數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的突出特點是：
2.1數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集
對于數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)而言，其在工作開展上，采取的是全自動數(shù)據(jù)采集方式，為此也致使其在進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取上，有較為出色的自動化表現(xiàn)，可以基本滿足自動化系統(tǒng)管理需求。結(jié)合 圖2展示內(nèi)容，通過測控裝置的搭載，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動測控，并借助通信處理完成數(shù)據(jù)信號傳輸。
圖2 數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集
2.2 系統(tǒng)分層分布化
對于數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)而言，其從初誕生，采取的是集中式管理模式，而今開始采取分布式系統(tǒng)。基于分布式系統(tǒng)的引入，促使在進行數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計上，其可以充分契 合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展需求，同時實現(xiàn)開放式的管理，針對系統(tǒng)在運行過程中的設(shè)備運行情況做出精準(zhǔn)的記錄，同時也可以確保系統(tǒng)在運行過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)響應(yīng)速度的進一步提升。
2.3 信息交互網(wǎng)絡(luò)化依舊信息應(yīng)用集成化
在當(dāng)前的數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計上，其引入了更多的技術(shù)以及設(shè)備，促使在進行系統(tǒng)研發(fā)上，有更為出色的運作效率。比如當(dāng)前在進行數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計上，其在互感器的使用上，選擇的是新型互感器，這些互感器在工作過程中不僅有較低的工作效率，同時也有較為出色的數(shù)字化應(yīng)用表現(xiàn)，能夠更好的了滿足系統(tǒng)工作需求，可以實現(xiàn)一些大電流以及高電壓到相應(yīng)數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換需求。
3 數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展
隨著時代的進步和發(fā)展，越來越多新技術(shù)引入也促使數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)成為未來發(fā)展的必然趨勢。在當(dāng)前時代背景下，隨著更多優(yōu)勢技術(shù)的引入，也必然會促使數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng) 在應(yīng)用上，實現(xiàn)更多優(yōu)勢技術(shù)的引入，提升數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的運作效果，促使其能夠為更好提升我國變電站系統(tǒng)的運作提供切實的技術(shù)支撐和保障。
3.1新型高壓斷路器二次系統(tǒng)的引入
在實現(xiàn)數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計上，新型高壓斷路器二次系統(tǒng)是采用微機、電力電子技術(shù)和新型傳感器建立起來的，斷路器系統(tǒng)的智能性由微機控制的二次系統(tǒng)、IED和相應(yīng)的智能軟件來實現(xiàn)， 保護和控制命令可以通過光纖網(wǎng)絡(luò)到達非常規(guī)變電站的二次回路系統(tǒng)，從而實現(xiàn)與斷路器操作機構(gòu)的數(shù)字化接口。通過該系統(tǒng)的引入，實際上為達成數(shù)字化控制提供了必要的基礎(chǔ)支撐和保障。該系統(tǒng)在使用上，有較為出色的線性度，在實現(xiàn)上，也可以實現(xiàn)輸出信號和IEC的直接接口。該系統(tǒng)的引入，簡化了系統(tǒng)的設(shè)計，卻使系統(tǒng)的應(yīng)用價值得以提升。未來，隨著越來越多新技術(shù)的引入，也必然促使我國在數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的研發(fā)上，取得更為出色的成績，促使其能為改善我國變電站的日常運營和管理，提供更為出色的管理效益支撐。
3.2 綜合自動化軟件系統(tǒng)的搭載
在數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)建設(shè)的過程中，其中綜合自動化軟件系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵技術(shù)。通過該技術(shù)的引入，確保在自動化系統(tǒng)的構(gòu)建上，能夠借助自動化軟件系統(tǒng)的應(yīng)用，更好的達成自動化系統(tǒng) 控制目的。目前我國在綜合自動化軟件系統(tǒng)的應(yīng)用上，相應(yīng)的技術(shù)不斷發(fā)展，技術(shù)水平也得到了不斷的提升。在這種背景下，也為更好推動數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)構(gòu)建提供了切實的軟件系統(tǒng)和智能化技術(shù)支持。通過這種方式，對于改善系統(tǒng)應(yīng)用效益，出色提升系統(tǒng)的智能化管理效果起到了幫助和支撐。在綜合自動化軟件系統(tǒng)的建設(shè)上，其過程中的技術(shù)主要是智能化技術(shù)，諸如遙控閉鎖裝置、自動事件以及數(shù)據(jù)記錄、相應(yīng)數(shù)據(jù)自動分析、智能報、智能開關(guān)等。通過這些自動化技術(shù)的引入，確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更為出色的自動化操作，更好改善系統(tǒng)性能，確保系統(tǒng)的應(yīng)用能夠出色達成智能管理目的。
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設(shè)計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
4.2應(yīng)用場所：
適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，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。
監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預(yù)告報警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。
次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。
2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報警和事故報警。
3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。
4）報警方式。
報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。
級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。
第四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。
原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復(fù)歸及遠方投退連接片。
3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。
4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5 系統(tǒng)硬件配置
| 應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 |
| 35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進行用能分析和能效管理 |
| 網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 |
| 35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
| ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | ||
| ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | |
| 35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
| 35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
| 35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
| 35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
| 變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預(yù)埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
| 變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
| ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
| 柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
| ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 |
| 應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
| 35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | 操作回路、 雙以太網(wǎng)口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量
|
| 35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | ||
| 35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | ||
| AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風(fēng)保護、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停； | |||
| 35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； | ||
| 35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉(zhuǎn)等電機綜合保護； | ||
| 10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； | ||
| 35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | ||
| 10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； | ||
| 35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) | AM6-B | 兩進線備投/母聯(lián)備投/自適應(yīng)備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護； |
隨著時代的進步和發(fā)展，在變電站系統(tǒng)開發(fā)上，數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)成為一種全新的系統(tǒng)設(shè)計方案。通過數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的引入，可以減少變電站工作人員的管理壓力，釋放人工， 在實現(xiàn)管理效率改善的同時，也提升了管理的精準(zhǔn)性。為此，數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)必然是我國未來變電站設(shè)計的核心主流趨勢。我國在該領(lǐng)域要充分重視相應(yīng)自動化以及智能技術(shù)的深入研發(fā)，促使我國在數(shù)字化變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計上，取得研發(fā)效果。
[1]徐煥忠.變電站綜合自動化系統(tǒng)的相關(guān)問題研究與應(yīng)用[J].工程技術(shù) 研究，2017(10)：128-129.
[2]司欣茹.數(shù)字化變電站綜合自動化系統(tǒng)的發(fā)展.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版．
李明君，男 ，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
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