簡析Acrel-1000安科瑞變電站綜合自動化系統選型與應用

陳盼

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要：變電站綜合自動化系統是将變電站内的二次裝置經過功能的組合和優化設計，利用先進的計算機技術、通信技術、信号處理技術，實作對全變電站的主要裝置和輸、配電線路的自動監視、測量、控制、保護、并與上級排程通信的綜合性自動化功能。為了掌握變電站自動化控制系統研究成果，結合變電站綜合自動化系統發展曆程、對Acrel-1000安科瑞變電站綜合自動化系統主要功能進行闡述， 并總結目前該變電站自動化控制系統存在的問題及發展趨勢。通過了解我國變電站綜合自動化系統的現狀，可以為該系統後續的優化改進提供參考依據。

關鍵詞：變電站；信号處理技術；排程通信；綜合自動化系統

1.概述

變電站是電力網絡的節點，它連接配接線路輸送電能。綜合變電站自動化技術在變電站中應用，将先進的電子通訊技術、智能控制技術、信号處理等技術進去，實作對相關裝置的合理、智能化控制，進一步提高了供電系統的可靠性。盡管我國在變電站綜合自動化系統方面取得了一定的成績，但我們對其核心技術掌握還不夠深入，且在其應用過程中經常出現選型不完善、不合理現象。是以，對變電站綜合自動化系統進行深入研究與分析，進一步研究變電站綜合自動化技術的發展提供參考，實作物質與能量循環利用。

2.變電站綜合自動化系統發展過程

變電站綜合自動化系統是指完成以下基本功能：

l 從當地和遠方擷取電力系統資訊；

l 支援當地手動和自動功能；

l 在變電站自動化系統和電網管理系統之間，提供與開關裝置的通信連接配接和接口。

這些功能可以由大量裝用的智能電子裝置（IED）不同程度的組合來實作。

變電站綜合自動化系統的發展主要經曆了三個階段；

1）曆史上，開關裝置和網絡管理系統的接口是在各變電站的遠方終端單元（RTU）。RTU是一個集中單元，含有大量的輸入與輸出，基本沒有當地功能，但是具有與遠方網絡控制系統的通信功能。結構上僅是站級概念，現場有關重要資訊（如保護動作資訊等）通過硬接點送給RTU裝置，變電站的監測量一般經變送器變換後送給RTU，開關量監測是直接引至RTU，RTU的控制輸出一般經遙控執行櫃發出控制指令。整體系統功能不強、硬體裝置重複、整體性能名額低、适合于老系統改造。

2）相比與RTU，變電站自動化系統以不同程度的分散結構實作上述基本功能，通過這些功能可對變電站進行管理，實作從線路隔離與接地到收集狀态監測資料等所有自動化功能。RTU的通信功能在變電站自動化發展中變為通信接口，由通信網關執行，根據所用的通信協定，網關将規約雙向轉換（即規約轉換器），在變電站自動化分布式智能電子裝置中存儲的資訊通過網關傳送給SCADA主站與遠方排程電網管理系統。

3）随着資訊技術已經進步到可以實作廣域保護，依靠協調防禦計劃來保護整個電力系統，以及IEC61850作為《變電站通信網絡和系統》的新國際标準，數字化變電站将以三層兩網式部署，三層分别是指站控層裝置、間隔層裝置和過程層裝置，兩網分别是指站控層網絡和過程層網絡。間隔層包括數字式保護、計量、監控等二次裝置，負責間隔内資訊的運算處理與控制，以及與過程層和站控層之間的網絡通信工作；過程層主要包括電子式互感器、合并單元、智能斷路器、智能開關、智能終端，該層主要實作信号的采集和對系統的操作控制。三層裝置之間通過分層、分布、開放式的兩層網絡實作連接配接，兩層網絡實體上互相獨立，站控層網絡建構為全站統一的MMS網，過程層網絡則包括GOOSE網和SV網。但數字化變電站設定了大量的智能終端、交換機等過程層裝置，使得整體動作延時增加、網絡複雜。

圖1 變電站綜合自動化系統發展曆程圖

3. Acrel-1000變電站綜合自動化系統解決方案

Acrel-1000變電站綜合自動化系統采用一台或兩台監控主機實作變電站的所有繼電保護、測量監視、操作控制、信号資料通信和事件記錄列印等功能，采用子產品化軟體連接配接來實作集中資訊采集、集中處理運算、集中展示互動。具有工作可靠、結構簡單、成本效益高等優點。

方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統采用集中式監控方案，其中主變部分由AM5SE系列微機保護裝置配置整套主變保護屏，實作主變的差動保護、後備保護、非電量保護及主變溫度監測與檔位控制；其他回路及回路就地配置AM5SE系列微機保護裝置。實作對電氣量采集和對電氣裝置（如斷路器）的狀态監視、控制和調節，發生故障時，由微機保護裝置完成瞬态電氣量的采集、監視和控制，迅速切除故障裝置和完成事故後的恢複操作。

為總變配置1套DC220V/100AH櫃式交直流電源，各區域變電所在高壓櫃配置DC220V/20AH分布式直流電源，為整個變電站的斷路器、二次裝置及監控主機等重要裝置運作提供穩定可靠的電源。

在通信室配置一台時鐘同步裝置，實作變電站内所有微機保護裝置、監控主機、規約轉換裝置、遠動裝置、廠站采集終端的時鐘同步。

在通信室配置一套變電站綜自自動化系統，通過規約轉換裝置采集站内UPS、直流屏資料，通過光纖組網與分散的各區域變電所通信實作變電站綜合自動化監控與管理。

在通信室配置一面通訊屏、一面排程資料網屏，通過專用通道點對點方式實作變電站與排程端通訊。排程資料網屏配置資料路由器、交換機、縱向加密裝置、網絡安全監測裝置等裝置，提供變電站内資料排程上傳通道，并對該電力排程資料網進行網絡安全監測，廠站采集終端實作站内的總電能計量與所用變計量。

功能需求

電氣裝置安全防護

在35kV、10kV配電系統中配置AM5SE系列微機保護裝置，其中35kV主變配置整套主變保護屏，實作主變的差動保護、後備保護、非電量保護及主變溫度監測與檔位控制；35kV其他回路及10kV各回路就地配置AM5SE系列微機保護裝置。

l 進線保護：

     35kV進線櫃各配置一台線路保護AM5SE-F（如需光纖差動保護，則配置AM6-LD，與對側保持一緻），當回路故障時，用于跳開本櫃斷路器，切斷故障。35kV進線櫃各配置一台電能品質監測裝置APView500，監測電能品質如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與閃變等穩态資料、電壓暫升/暫降/短時中斷暫态資料，當檢測到電能品質異常時，觸發故障錄波與資料記錄，為後續的電能品質分析提供資料支撐。

l 主變壓器保護：

     為了實時觀察和集中管理降壓變壓器運作狀态，友善降壓變壓器二次監控裝置的安裝和檢修，提高保護可靠性和靈敏性，35kV/10kV 主變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置一台主變保護屏。屏櫃設立在電氣監控室，屏櫃上裝設1台差動保護裝置AM5SE-D2、1台高後備保護裝置AM5SE-TB、1台低後備保護裝置AM5SE-TB、1台高側測控裝置AM5SE-K、1台低側測控裝置AM5SE-K、1隻變壓器溫控儀ARTM-8、1台檔位變送器UP858-19AN及轉換開關、壓闆、空氣開關等其他控制裝置。差動保護裝置：作為降壓變壓器内部及引出線短路故障的主保護，動作後跳降壓變壓器高低兩側斷路器；高後備保護裝置：作為35kV側的後備保護以及變壓器的非電量保護，動作後跳降壓變壓器高低兩側斷路器；低後備保護裝置：作為10kV側的後備保護，動作後跳降壓變壓器高低兩側斷路器；高側測控裝置：用于監測35kV側測量電流、測量電壓；低側測控裝置：用于監測10kV側測量電流、測量電壓；變壓器溫控器：監測降壓變壓器内部繞組溫度；檔位變送器：用于降壓變壓器檔位測量及有載調壓。

l 母聯保護：

母聯櫃配置一台備自投保護裝置AM5SE-B，用于實作兩進線和母聯之間的自動投切（進線備自投/母聯備自投/聯切備自投/自适應備自投），同時實作母聯保護功能。

l PT保護：

PT櫃配置一台PT并列及監測裝置AM5SE-UB，實作兩台PT櫃間的切換以及監測，當回路電壓出現異常時，及時發出告警信号。

l 開關櫃綜合測控及電氣節點測溫：

35kV各開關櫃配置一台智能操控無線測溫裝置ASD320，其中PT櫃采用3點電池型測溫傳感器ATE400，用于監測母排溫度；其他櫃子均采用12點測溫傳感器ATE400，用于監測母排、斷路器上觸頭斷路器下出頭、電纜出線處的溫度。

l 弧光保護：

進線櫃配置一台弧光保護主要單元ARB5-M，母聯櫃配置一台弧光保護擴充單元ARB5-E，各開關櫃母線室配置一隻弧光傳感器ARB5-S，當母線室發生弧光故障時，弧光保護主要單元及時跳開被保護母線的進線、母聯和其他電源支路斷路器。

本地資料采集

變電站綜合自動化系統需采集站内裝置資訊集中分析管理，根據資料類型主要分為遙測、遙信、電能三類資料，網關将規約雙向轉換（即規約轉換器），在變電站自動化分布式智能電子裝置中存儲的資訊通過網關傳送給SCADA主站。

電力系統安全防護

為了加強變電站綜合自動化監控系統安全防護，抵禦黑客及惡意代碼等對監控系統發起的惡意破壞和攻擊，以及其它非法操作，防止電力監控系統癱瘓和失控，和由此導緻的變電站一次系統事故和其他事故，需制定電力安全防護方案。

項目實施需配置變電站綜合自動化系統、電能量采集裝置、排程資料網系統。

l 變電站綜合自動化系統

變電站綜合自動化系統采用系統組态軟體Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統，配置一台監控背景主機兼操作員站。主要實作變電站的資料采集、監視和控制功能，以監測控制計算機為主體，加上檢測裝置、執行機構與被監測控制的對象（生産過程）共同構成的整體。在這個系統中，計算機直接參與被監控對象的檢測、監督和控制，采用IEC104規約、端口号2404，并實時與地調自動化主站系統進行資料傳輸。

l 電能量采集裝置

配備一套廠站采集終端電能量采集裝置。電能量采集器是一種用于采集、存儲和轉送電站關口表采集和生成的計量計費資訊的裝置。裝置通過與電度表通信，收集電度表采集和生成的計量計費資訊。采集器通過排程資料網非實時業務與計量計費主系統通信，地調接入網上傳通信端口為1020，上報所采集和生成的的計量計費資訊。

l 排程資料網系統

排程資料網系統是一種為電力排程生産服務的專用廣域資料網絡，是電力排程生産部門之間及電力排程生産部門與發電廠、變電站之間計算機監控系統等實時和準實時資料通信的基礎設施，是確定電網安全、穩定、經濟運作的重要手段。一般由路由器、交換機、縱向加密裝置、網絡安全監測裝置、橫向隔離裝置、防火牆裝置組成。

4.系統功能

實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直覺顯示配電線路的運作狀态，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數資訊，動态監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀态及有關故障、告警等信号。其中，配電系統中監測的開關量主要有：斷路器分、合閘信号，手車工作、試驗位置信号，遠方/就地切換位置信号、彈簧儲能狀态信号、接地刀合分信号、變壓器超溫跳閘信号、高溫報警信号，保護跳閘信号和事故預告信。

電參量查詢

在配電一次圖中，可以直接檢視該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能等，并可以檢視24小時相電流趨勢曲線。

運作報表

能查詢各回路或裝置指定時間的運作參數，報表中顯示電參量資訊應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。

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曆史事件查詢

能夠對遙信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數越限等事件記錄進行存儲和管理，友善使用者對系統事件和報警進行曆史追溯，查詢統計、事故分析。

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電能資料展示

具備定時抄表彙總統計功能，使用者可以自由查詢自系統正常運作以來任意時間段内各配電節點的用電情況，即該節點進線用電量與各分支回路消耗電量的統計分析報表，也可通過棒狀圖形式展示分時電度資訊。

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網絡拓撲圖

系統支援實時監視接入系統的各裝置的通信狀态，能夠完整的顯示整個系統網絡結構；可線上診斷裝置通信狀态，發生網絡異常時能自動在界面上顯示故障裝置或元件及其故障部位。

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遙控功能

可以對整個配電系統範圍内的裝置進行遠端遙控操作。配電系統維護人員可以通過監控系統的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執行的操作順序，可以及時執行排程系統或站内相應的操作指令。

5.結語

随着通信媒介、通信能力、處理能力的進步，變電站綜合自動化需求會大大增加，變電站間的通信也會産生更高的安全性，是以邁向變電站自動化是大勢所趨，變電站綜合自動化系統對實作電網排程自動化和運維管理現代化，提高電網的安全和可靠運作水準起到了很大的作用。

參考文獻

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