變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在某物流園35kV變電站中應(yīng)用

安科瑞 陳聰

 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)化及無人值守的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)，專門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、遙信、遙脈、遙調(diào)、遙控功能，可實(shí)現(xiàn)無人或少人值守功能，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式開關(guān)柜，戶內(nèi)單列布置；10kV配電裝置采用金屬鎧裝移開式開關(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35kV開關(guān)柜、10kV開關(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)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺(tái)管理層。

現(xiàn)場設(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變電站通過數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關(guān)）采集數(shù)據(jù)通過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)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過交換機(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式開關(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)線開關(guān)柜，2臺(tái)壓變柜，2臺(tái)主變進(jìn)線開關(guān)柜，1臺(tái)母線分段開關(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。開關(guān)柜具有可靠的“機(jī)械五防”功能，進(jìn)線開關(guān)與進(jìn)線隔離手車間設(shè)置電器連鎖。

圖3 35kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖

10kV配電裝置采用金屬鎧裝中置式開關(guān)柜，本期出線2回，采用單母線分段。本期新上9臺(tái)開關(guān)柜，其中有1臺(tái)主變進(jìn)線開關(guān)柜，1臺(tái)電容器柜，2臺(tái)站用變柜，1臺(tái)分段開關(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整體化裝置，35kV及10kV母設(shè)按間隔配置測控裝置，上述設(shè)備均就地布置相應(yīng)間隔開關(guān)柜內(nèi)。各柜內(nèi)安裝的保護(hù)、測控裝置的信息均通過103協(xié)議通過以太網(wǎng)通道上送至站控層。二次設(shè)備室內(nèi)設(shè)備GPS時(shí)鐘對時(shí)采用電B碼，35kV、10kV開關(guān)室內(nèi)保護(hù)測控裝置采用網(wǎng)絡(luò)對時(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)類型主要分為遙測、遙信、電能三類數(shù)據(jù)。整體系統(tǒng)功能需求：

1) 數(shù)據(jù)采集及處理：通過間隔層設(shè)備實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場各種電參數(shù)、開關(guān)量及溫度量、電能抄表值等；

2) 畫面顯示：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)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的模擬量、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；

7) 報(bào)表統(tǒng)計(jì)功能：通過報(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)行日報(bào)、月報(bào)、電能統(tǒng)計(jì)日報(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。

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)測控制計(jì)算機(jī)為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機(jī)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(gè)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)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(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)無關(guān)的軟件。

現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如交換機(jī)、工控機(jī)、通信管理裝置，對網(wǎng)口實(shí)行MAC地址綁定，實(shí)現(xiàn)?？趯Ｓ?，對于多余網(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)場應(yīng)用圖

圖6 35kV開關(guān)柜圖

圖7 10kV開關(guān)柜圖

圖8 35kV變壓器圖

圖9 通信室現(xiàn)場圖

4.系統(tǒng)功能
4.1.實(shí)時(shí)監(jiān)測

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、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。其中，10kV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(yàn)位置信號，遠(yuǎn)方/就地切換位置信號、彈簧儲(chǔ)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(bào)警信號，保護(hù)跳閘信號和事故預(yù)告信。

圖10 實(shí)時(shí)監(jiān)測主界面圖

4.2.電能質(zhì)量分析

提供電能質(zhì)量檢測儀所采集數(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)備相應(yīng)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、無功功率、功率因數(shù)等曲線。

圖14 曲線查詢界面圖

5.結(jié)語

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在變電站的作用越來越顯著，對實(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。