浅析35kV变电站综合自动化系统在农网中的应用方案
时间：2023-05-05 阅读：360
胡冠楠
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：本文主要介绍的是农网35kV变电站的自动化设计问题。
关键词：农网35kV变电站设计
0引言
随着我国经济建设的发展，农村电网建设也得到了快速的发展对于农网35ky变电站实行综合自动化及无人值班已成为县级电网自动化发展的方向。
国家电网公司《农村电网建设与改造技术原则》第4章“35kV输变电工程”和“35~110kV变电所设计规范”中规定的35kV变电站设计原则如下：
(1)针对农村用电负荷分散、供电可靠性相对较低的特点以及节约用地的原则，从控制规模入手，采用先进设备，以减少一次性投入和长期运行费用考虑，应推广使用保护、测量和控制设计，采用分层分布式结构，组屏式或就地分散安装式变电站综合自动化设计方案；
(2)考虑到供电质量与供电可靠性、设计成无人值班变电站；
(3)预测10年负荷发展需求，主变至少按两台考虑，选用低损耗、节能型调压变压器；
(4)考虑到变电站设备渗油问题，在设备选型方面，优先选用先进国产和进口设备，以提高供电可靠性降低运行费用。
1 35KV变电站设备的一般选择
(1)电气主接线35kV母线采用单母线运行方式，一进一出两条35kV线路组成，进线侧不加保护，出线侧设线路保护，10kV母线采用单母分段等形式，6回10kV出线。
电气设备主变压器设主变1#、主变2#，先将1#变选低耗、节能有载调压变压器；35kV进出线均配置独立式CT；35kV开关和10kV开关均采用SF6开关,全站电容补偿按主变容量的10%考虑,分两组装设,由10kV开关控制。
(2)直流系统采用和集控屏配套的整流设备，输出电压为220V、24V分别作为35kV及10kV控制保护电源，屏内设储能电容作为35kV及10kV开关备用分合闸电源、同时配置UPS不间断电源作为备用电源。
2综合自动化系统总体设计
35kV变电站综合自动化设计依据《县级电网调度自动化功能规范》，采用集继电保护、远程控制、小电流接地选线，设备程序自检测、诊断、事故及故障信号检测等功能为一体的系统配置方式。
2.1自动化系统结构与配置
变电站自动化系统包括变电站测控保护系统和当地监控系统。测控保护系统完成综合自动化功能，同时还通过通信完成与当地监控系统、远方调度主站、智能直流屏、智能电度表屏、微机“五防”系统及通信电源的信号传送。变电站综合自动化系统采用屏式结构，以通信为核心，以总线形式把各功能单元联成一个完整系统。设置调试窗口，可备有后台机、GPS时钟及与交直流屏、智能电度表的通信接口以及微机防误闭锁系统。自动化系统装置的电源由交流220V主供、直流220V备用，装置本身具有交直流电源自动切换功能。
2.2自动化系统技术设计方案
2.2.1系统技术特点：
(1)采用分层分布式结构，以电气单元为配置对象，进行分散、组合安装。单元中采用双CPU结构，保护与测控功能相对独立，测控及通信网故障不影响保护功能运行；
(2)采用模块化设计、使各装置相对独立，某一装置故障不影响其他装置运行:
(3)保护、测控，简化二次接线，减少PT、CT负载，节省投资、方便维护；
(4)测量采用交流菜样技术；
(5)保护、测控交流电流回路分开接入，各测控保护装置可手动控制并显示断路器位置；
(6)全汉化屏幕液晶显示测控保护信息，具有良好的人机界面，可进行参数设置、实时数据显示、本地遥控操作及信道监视等；
(7)能进行远程维护，实现远方故障诊断、参数整定等。
2.2.2系统技术功能：
具有继电保护、控制、测量、数据远传、低周减载、同期操作、小电流接地选线、备用电源自投、电压并列、计算分析及当地监控等功能，有较高的运行可靠性和较强的抗干扰能力，能进行自诊断、自恢复、远方诊断、故障录波、防误闭锁、防火及防盗监控功能，可实现变电站无人值班。
2.2.3系统与主站联系：
通过一点多址，光纤或音缆等通信方式组成主备两道接入调度端，数据由两条通道同时发送，主站选择数据接收，拔通自动切换和故障报警。系统与主站具有可靠完善的数据接口。
2.2.4系统监控设计：
采用光电隔离板及驱动接口子系统，每个单元都有一个经光电隔离的串行通信RS232口和422/485接口，通过后台机的调制解调器、网卡与远方调度进行通信。整套系统具备“四遥”功能，能够进行电能脉冲采集、处理、远传，并能采集远传直流电源系统报警信号，具备完善的监控报警系统与事故及故障信号检测系统。良好的人机界面，可使远方调度直观监视变电站运行情况，遥控、遥视操作方便。
2.2.5电量采集和设计：
全部电量的测量采用交流采样获得，采样元件为电压、电流传感器，可测电压、电流、无功功率、有功功率、功率因数及频率等。
2.2.6信号单元箱的设计：
每个信号单元箱可输入8个模拟量、8个遥信量、可自动记录事故的时间、性质、动作值以及站内喇叭、电警铃的控制，可显示变电站各种运行信息。
2.2.7微机保护的设计：
考虑到节省投资，采用系统保护与远动监控系统合为一屏，其中35kV、10kV线路采用带时限过流和速断保护，通过负荷定值，实现负荷监控；考虑到10kV母线电压补偿，10kV电容器采用过压、欠压、过流保护；主变采用速断、重瓦斯为主保护，过负荷、轻瓦斯、过温发信号为后备保护。远方投停保护与远方复归保护动作信号，可进行故障记录，实现远方查询、修改并下发保护定值。微机保护系统设有可靠的数据接口和通信规约，保证信息被主站接收。
2.2.8系统通信设计：
系统通信主要完成各相关装置及主站间的数据采集的传递，是变电站综合自动化的，包括人机对话、通信管理、数据库管理、规约处理和系统检测等功能，可进行现场控制和维护。
3变电站综合自动化的运行分析
(1)减轻值班人员的工作量，值班员定时抄表、计算电量、负荷率，点击鼠标顷刻完成；
(2)与常规站相比，节省近一半投资，节约l/3占地面积，建设工期缩短，节省了资金；
(3)设备运行可靠检修、维护方便，减轻了劳动强度，提高了工作效率；
4安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统
4.1方案综述
Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成，并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控，并与远方监控、调度通信；间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。
针对工程具体情况，设计方案具有高可靠性，易于扩充和友好的人机界面，性能价格比*，监控系统由站控层和间隔层两部分组成，采用分层分布式网络结构，站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。
4.2应用场所：
适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。
4.3系统结构
4.4系统功能
4.4.1 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。
4.4.2 报警处理
监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。
1）事故报警。事故状态方式时，事故报警立即发出音响报警（报警音量任意调节），操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位，同时弹窗显示红色报警条文，报警分为实时报警和历史报警，历史报警条文具备选择查询并打印的功能。
事故报警通过手动，每次确认一次报警。报警一旦确认，声音、闪光即停止。
次事故报警发生阶段，允许下一个报警信号进入，即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。
2）对每一测量值（包括计算量值），由用户序列设置四种规定的运行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分别定义作为预告报警和事故报警。
3）开关事故跳闸到一定次数或开关拉闸到一定次数，推出报警信息，提示用户检修。
4）报警方式。
报警方式具有多种表现形式，包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式，用户根据自己的需要添加或修改报警信息。
4.4.3 调节与控制
操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上实施监护，避免误操作。
操作控制分为四级：
第控制，设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时，将闭锁所有其他控制功能，只进行现场操作。
级控制，间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。
第三级控制，站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成，具有远方/站控层的切换。
第四级控制，远方控制，优先级。
原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即选择、返校、执行，并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码，以确保操作的性和正确性。对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。
纳入控制的设备有：35kV及以下断路器；35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关；站用电380V断路器；主变压器分接头；继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。
3）定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作，设定启动和关闭时间，完成定时控制。
4）监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点，接点的容量对直流为110V（220V）、5A，对交流为220V、5A。
4.4.4 用户权限管理
系统设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员、维护员、值班员组等），在每个权限组里添加用户名和密码，为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。
5系统硬件配置
6 结语
35kV变电站采用具有先进技术和完备功能的综合自动化设计，不仅在技术上追求，在设备选型上还要注重产品质量以及良好的售后服务。
参考文献
[1] 周顺霞.农网35kV 变电站的综合自动化设计．
[2] 吴国威.数字化变电站中信息处理及网络信息分析[J].继电器,2007,(12).
[3] 周蓉.基于强口令认证的变电站实时数据通信[J].中国电力教育,2008,(S1)
[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版．