【技术】变电站综合自动化系统的核心功能和设计原则_生活经验

摘要：变电站综合自动化系统在变电站的应用主要表现在将电气设备侧的模拟信号转化为数字信号，经转化后的数字信号系统实时处理保存为有用的信息数据，保障数据的完整性和一致性。相较于传统的常规变电站二次系统，变电站综合自动化系统使得变电站运维管理上更加便捷和安全可靠，能够在很大程度上提高变电站的工作效率，电网系统的现代化发展。随着计算机技术和网络技术、通信技术的发展，自动化水平的提高，变电站的二次系统已经基本实现了变电站综合自动化，通过综合自动化系统可以对继电保护进行自检互检，具有故障录波、事件记录、运行监视和控制等功能，降低了运行维护成本，提高了变电站安全可靠运行水平。
关键词：变电站；综合自动化系统；继电保护；变电站安全
1变电站综合自动化系统核心功能和设计原则
目前电网中的变电站基本上已经实现了变电站综合自动化，具有“四遥功能”遥控、遥调、遥测、遥信功能，主要体现在以下三部分内容：
1）随时在线监视电网的运行参数、设备运行状况，自检、自诊断设备本身的异常运行，发现变电站设备异常变化或装置内部异常时，立即自动报警并使相应的闭锁出口动作，以防止事故扩大；
2）电网出现事故时，快速采样、判断、决策、迅速隔离和事故，将故障控制在范围；
【【技术】变电站综合自动化系统的核心功能和设计原则】 3）完成变电站运行参数在线计算、存储、统计、分析报表、远传和保证电能质量的自动遥控调整。
变电站综合自动化系统在建设或者技术改造过程中需要遵循的原则，主要表现为以下两个方面。
·在中低压变电站中使用综合自动化系统，可以更好地实施无人值班少人值守，从而达到减人增效的目的，提高变电站的科技化管理水平；
·对高压变电站的建设或技术改造来说，要求采用先进的控制方式，解决在技术上分散，提高变电站运行的可靠性。
2变电站综合自动化系统存在的技术问题
在变电站综合自动化系统中，各系统单元装置不同产品源自不同厂家，在产品选型方面给用户增加了不少麻烦，主要体现在以下两部分内容：
·综保装置生产厂家问题
目前，在变电站综合自动化系统的选型中存在着如所产品质量不过关，系统功能不够，系统性能不达标等情况，主要有以下几个方面。
由于一些自动化设备的生产厂家过分重视经济效益，以及用户过分追求技术含量，从而忽略了产品的性能和实用性，例如自动化装置受周围环境温度的影响，而引起保护的偏差。从而导致一批技术含量较高，但产品质量并不过关，这批所谓的高技术产品不断被使用。
有些设备厂家对某产品只进行技术鉴定，而没进行产品鉴定；其生产厂家对变电站综合自动化系统的作用、功能、结构及各项技术性能指标介绍不完整，致使电力企业内部的人员对系统的认识不够透彻，造成很多的设计漏洞。如某变电所根据电力系统的要求要设置低电压保护，但是生产厂家的综保装置没有该功能，但有低压减载功能，这样就使操作人员的工作量增加，还影响工程建设的进度。
·各个系统单元装置不同产品的接口问题
在综合自动化系统中，各系统单元装置不同产品的接口问题一直都是一个非常重要却没有很好的解决方法的问题。不同的厂家生产的通讯接口的生产方式和规格、用途不一样，这就使得当使用不同厂家生产的数据接口时，软件研究人员需要花许多的经历去解决诸如：故障录波、通信控制器与无功装置等、档位变送器、小电流接地装置、通信控制器与主站、保护、模拟盘与通信控制器等设备之间的通信问题。
3 Acrel-1000变电站综合自动化系统解决方案
方案综述
Acrel-1000变电站综合自动化监控系统采用集中式监控方案，其中主变部分由AM5SE系列微机保护装置配置整套主变保护屏，实现主变的差动保护、后备保护、非电量保护及主变温度监测与档位控制；其他回路及回路就地配置AM5SE系列微机保护装置，实现对电气量采集和对电气设备（如断路器）的状态监视、控制和调节，发生故障时，由微机保护装置完成瞬态电气量的采集、监视和控制，迅速切除故障设备和完成事故后的恢复操作；同时配置公用测控屏装载AM系列测控装置，采集站内设备故障/事故信号。站内保护装置/智能监控设备通过通信管理机或规约转换装置将数据采集后上传给SCADA监控主机或上传给远动通信装置再纵向加密后上传调度平台。站内按电力监控系统网络规范要求配置网络安全监测装置，保障监控系统网络安全，防御黑客入侵。

针对变电站综自系统存在问题的解决方案
电气设备安全防护问题解决方案
在35kV、10kV变电站变配电系统中可配置AM5SE系列微机保护装置， AM5SE系列微机保护装置有以下几点优势，平衡设备带来的经济效益和产品自身的技术含量以及产品的品质问题。
在产品设计方面，装置具有统一的硬件，包括电源模块、CPU模块、开入开出模块、控制回路模块、模拟量采集、通信模块等；整体采用模块化设计，通用性强，能在同一硬件平台上针对不同一次设备灵活配置保护功能，实现35kV及以下电压等级的变配电站及设备的保护测控功能，包括35kV进线/主变压器（一般容量2000kVA以上）/PT/母联、10kV进线/馈线/配电变压器（一般容量2000kVA以下）/高压电动机/高压电容器/母联/PT等设备的保护和自动控制功能。
在接口资源方面，装置具有12路模拟量通道，可选择为保护电流、测量电流、电压输入；交流电压输入端口应可接相电压，也可接线电压或零序电压或不平衡电压，适应各种PT接线方式。保护电流和测量电流通道可分别接三相电流；另外两个交流电流通道可以接零序电流、不平衡电流或者线路电流。具有零序电流和零序电压测量功能，并与电力监控系统配合实现小电流接地选线功能。还具有2路RS485串行通信接口和2路以太网接口，支持Modbus RTU、IEC60870-5-103、IEC60870-5-101规约。
在产品实用性方面，装置采用全图形化编程技术，可以根据需要对装置进行逻辑编程，满足用户的特殊要求。如果装置在使用过程中需要更换保护功能，只需通过装置的维护端口更新内置逻辑图即可，实现方式简单灵活。
在产品质量方面，装置在国家继电保护及自动化设备质量监督检测的第三方型式试验取得型式试验报告和电磁兼容检验报告，通过辐射发射限值检验、传导发射限值检验、射频电磁场辐射抗扰度、静电放电抗扰度、射频场感应传导骚扰抗扰度、电快速瞬变脉冲群抗扰度、慢速阻尼振荡波抗扰度、浪涌抗扰度、工频磁场抗扰度、交流和直流电压暂降中断等10 项电磁兼容检测认证，其中快速瞬变、静电放电、浪涌抗干扰性能均达到Ⅳ级要求。
数据通信问题解决方案
变电站综合自动化系统需采集站内设备信息集中分析管理，由于各个系统单元装置不同产品存在接口问题，为了使这一问题得到妥善的解决，我们将各个系统单元装置通信接口经规约转换装置转换为开放的、统一的接口标准，让用户可以根据自己的需求选择合适的接口。
ANet系列智能通信管理机采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，用于将一个目标区域内所有的智能监控/保护装置的通信数据整理汇总后，实时上传主站系统，完成遥信、遥测等能源数据采集功能。同时，支持接收上级主站系统下达的命令，并转发给目标区域内的智能系列单元，完成对厂站内各开关设备的分、合闸远方控制或装置的参数整定，实现遥控和遥调功能，以达到远动输出调度命令的目标。ANet系列网关作为自动化系统网络与监测设备之间的通信接口设备，提供丰富的规约库支持，与不同二次设备供应商的智能设备互联，实现了规约转换、接口匹配、数据转换等三项功能。
4 Acrel-1000综自系统主要功能
实时监测
Acrel-1000变电站综合自动化系统，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。其中，配电系统中监测的开关量主要有：断路器分、合闸信号，手车工作、试验位置信号，远方/就地切换位置信号、弹簧储能状态信号、接地刀合分信号、变压器超温跳闸信号、高温报警信号，保护跳闸信号和事故预告信。

运行报表
系统将变电站运行参数通过在线计算、存储、统计等方式处理后以报表形式呈现，可查询各回路或设备指定时间的运行参数，报表中显示电参量信息应包括：各相电流、三相电压、总功率因数、总有功功率、总无功功率、正向有功电能等。

故障录波
系统能够在系统发生故障时，自动准确地记录故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过对这些电气量的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确动作、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。（故障前8个周波，后各4个周波，AM5SE系列继电保护装置每个周波24个点）
事故追忆
系统能够自动记录事故时刻前后一段时间（前后各10个点的数据，约10-20秒）的所有实时稳态信息，包括开关位置、保护动作状态、遥测量等，形成事故分析的数据基础。