大型配電所綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

近年來，隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，越來越先進的人才培養(yǎng)和設(shè)備為鋁廠的電源提供了越來越先進的技術(shù)。微機技術(shù)在配電所設(shè)計中的應(yīng)用,改變了電磁繼電器和晶體管為代表的傳統(tǒng)二次設(shè)備模式,大大簡化了二次系統(tǒng)配置,減少了二次電纜和占地面積,促進了配電所安全運行和自動化綜合管理水平的提高。變電站綜合自動化系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),將測量、監(jiān)控、繼電保護和通訊等功能綜合在一起,構(gòu)成一個資源和信息共享的全微機化的變電站二次系統(tǒng)。綜合自動化系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)配電所的控制屏,保護屏、集控臺等主體結(jié)構(gòu)和值班維護方式,實現(xiàn)了微機保護加“四遙”(遙測、遙控、遙信、遙調(diào))和無人值守,是配電所自動化控制方式的體現(xiàn)。變電站綜合自動化技術(shù)在220kV、110kV、10kV、6kV配電所都得到了廣泛應(yīng)用。1綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變電站綜合自動化技術(shù)應(yīng)用于配電所工程設(shè)計時,其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要分為前沿間隔層、配電所管理層和遠方調(diào)度管理層三大部分,見圖1。1.1設(shè)置保護監(jiān)控單元前沿間隔層由若干個相互獨立的微機保護監(jiān)控單元組成。原則上一條進出線回路應(yīng)配置一套微機保護監(jiān)控單元,如進線保護監(jiān)控單元、電容器保護監(jiān)控單元、出線保護監(jiān)控單元、母聯(lián)保護監(jiān)控單元、貫通保護監(jiān)控單元、自閉保護監(jiān)控單元、母線互感器保護監(jiān)控單元、所用變保護監(jiān)控單元、計量保護監(jiān)控單元等。1.2星形通訊網(wǎng)絡(luò)rs495主要由通訊處理機、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)、GPS衛(wèi)星同步時鐘、顯示器和打印機組成。通訊處理機通過MOXA1:16多串口卡和網(wǎng)絡(luò)電纜與各微機保護監(jiān)控單元的RS232、RS485通訊接口相連,構(gòu)成一個星形通訊網(wǎng)絡(luò)。這種組網(wǎng)方式的優(yōu)點是:當任意一個微機保護監(jiān)控單元發(fā)生故障時,不會影響到其它微機保護監(jiān)控單元。通訊處理機實際上是一個通訊規(guī)約轉(zhuǎn)換器,它負責將各微機保護監(jiān)控單元采集的數(shù)據(jù)歸類后上發(fā)遠方調(diào)度,或?qū)⑦h方調(diào)度的遙控命令下發(fā)給相應(yīng)的微機保護監(jiān)控單元。給通訊處理機配置顯示器、鍵盤和打印機等設(shè)備,主要是供就地監(jiān)控用?？梢詫崿F(xiàn)分層管理。衛(wèi)星同步時鐘可接收衛(wèi)星時信號、傳遞通訊處理機、再以廣播方式給各個微機保護監(jiān)控單元對時,從而保證了各裝置時間的高度統(tǒng)一。1.3所管理層的通訊主要由后臺機、前置機、集線器、通訊處理機、調(diào)制解調(diào)器(MODEM)和打印機組成。配電所管理層的通訊處理機通過調(diào)制解調(diào)器和通訊傳遞與遠方調(diào)度管理層的通訊處理機相連。通訊傳遞可利用電信通訊網(wǎng)中的一個話路(應(yīng)為始終接通的專線話路)通訊規(guī)約采用電力行業(yè)標準DL/T667-1999,(lEC-60870-5-103),傳輸速率9600bps。2微型計算機保護和監(jiān)控單元的功能2.1模擬量采集主要采集一次設(shè)備相應(yīng)電流、電壓互感器二次側(cè)的交流電流、交流電壓值,以及直流屏上直流電壓的電壓值。(1)入加載能力交流電壓量輸入:0～240V(額定值)電壓輸入過載能力:400V(連續(xù)),4000V(1秒)交流電流量輸入:采集保護或測量CT信號電流輸入過載能力:80A(連續(xù)),100A(1秒)(2)允許輸入路徑2以上的直接模擬量直流電壓量輸入:-10V～+10V(額定值)2.2開關(guān)量采集主要采集高壓隔離開關(guān)的狀態(tài)值。內(nèi)部24V有源接點輸入,負電隔離,1500V耐壓。允許12路以上開關(guān)量輸入(含脈沖量)。2.3脈沖檢測主要采集各有功、無功電度表的脈沖量。2.4開關(guān)量輸出要作為控制高壓斷路器合閘、分閘的命令輸出。接點輸出容量:5A,220V(直流)允許8路以上開關(guān)量輸出2.5led指示的執(zhí)行(1)前面板主要包括以下5個部分指示燈:裝置運行、保護動作、重合閘(或備自救)動作、告警、斷路器合位、斷路器斷位指示等6組LED指示。按鍵:上、下、左、右四個調(diào)解鍵,Enter為確認鍵,Esc為退出鍵。就地信號復位鍵RS232維護口液晶顯示器(2)后面板主要包括端子排、RS-485、RS232通訊口和ECHELON現(xiàn)場總線通訊口。2.6裝置面板簡單設(shè)定可通過當?shù)乇O(jiān)控微機(通訊處理機)進行簡單設(shè)定;可通過微機保護監(jiān)控器單元的裝置面板進行簡單設(shè)定;可通過微機保護監(jiān)控單元的RS232維護口利用便攜機進行全面的設(shè)定。2.7避免了其它硬件對設(shè)備的干擾微機保護監(jiān)控單元內(nèi)部均帶有獨立的數(shù)據(jù)采集、操作和邏輯控制回路。它能獨立完成對一次設(shè)備的保護、控制和數(shù)據(jù)采集等功能,不必依賴通訊網(wǎng)和管理層,從而避免了其它微機保護監(jiān)控單元以及管理層設(shè)備對它的干擾影響。微機保護監(jiān)控單元除了具有微機保護和控制功能外,還有一定的測量功能,從而節(jié)省了大量常規(guī)變送器,簡化了二次系統(tǒng)接線,節(jié)省了投資。3應(yīng)用于基于單元的能源供電技術(shù)的電源功能配置3.1保護、自動裝置和關(guān)閉功能(1)失壓保護和過流保護定時限電流速斷保護、定時限過電流保護、失壓保護。其中,定時限電流速斷作為母線主保護,定時限過流保護作為母線和饋出線的后備保護。失壓保護主要是為了配合單母分段斷路器的備自投功能而設(shè)置,并可作為母線和饋出線的后備保護。如果監(jiān)控器監(jiān)測到PT斷線,則自動閉鎖失壓保護并發(fā)出報警。如果電源進線是電纜線路,則增設(shè)零序電流監(jiān)視。(2)饋過斷和變壓器保護定時限電流速斷保護、定時限過電流保護和一次重合閘(針對長大架空線路)功能。其中,定時限電流速斷作為饋出線主保護,定時限過電流保護作為饋出線和變壓器的后備保護。饋出線保護動作啟動重合閘,電源進線,電容器、母聯(lián)保護動作以及手動分、合斷路器時應(yīng)閉鎖重合閘。重合閘時間以及重合閘后加速電流保護的設(shè)置均可根據(jù)需要設(shè)定。饋出線是電纜線路,則增設(shè)零序電流監(jiān)視。(3)止備自投動作定時限電流速斷保護、失壓保護、過電壓保護和電容器組不平衡電流保護。高壓電容器設(shè)失壓保護,主要是為防止備自投動作時,發(fā)生電源電壓與電容器殘壓疊加造成的電容器過電壓,損壞電容器的后果。如進線保護動作,進線斷路器跳開,電容器失壓保護動作將電容器切除,待系統(tǒng)恢復正常,電容器殘壓消失以后再手動投入電容器。如僅有失壓而進線斷路器未跳開,電容器電壓仍與電源同步,此時閉鎖電容器失壓保護,禁止因失壓而切除電容器。(4)備自投條件確定定時限電流速斷保護、定時限速電流保護和備用電源自動投入功能。備自投條件為:主供電源失壓,主供進線電流保護未動作,由進線失壓保護斷開進線斷路器,而備供電源電壓正常,則備自投裝置動作,經(jīng)一定時間延時,合上母線分段斷路器,保證失壓段母線的正常供電。(5)母線電壓傳感器絕緣監(jiān)視和PT二次回路斷線報警3.2三距離功能(1)kvarh饋對策Uab,Ubc,Uca,Ua,Ub,Uc,3Uo,Ia,Ib,Ic,3Io,P,cosφ,f,kwh,kvarh饋出線:Ia,Ib,Ic,3Io,P,kwh。電容器:Uab,Ubc,Uca,Ia,Ib,Ic,Q,kwarh。母聯(lián):Ia,Ib,Ic。所用變:Ua,Ub,Uc,Ia。直流屏:母線電壓。(2)熔斷器設(shè)置位置高壓斷路器和高壓隔離開關(guān)的狀態(tài);高壓斷路器合閘操作回路的熔斷器是否完好;直流系統(tǒng)絕緣臨視;微機保護臨控單元就地/遠方操作切換開關(guān)狀態(tài);電源進線,饋出線的電纜線路零序電流監(jiān)視。(3)左方監(jiān)控和當?shù)乇O(jiān)控之間的控命令分級可由遠方調(diào)度(或當?shù)?控制配電所高壓斷路器的合分;遠方調(diào)度和當?shù)乇O(jiān)控下發(fā)的遙控命令通過優(yōu)先級區(qū)分;優(yōu)先級可以修改,但原則上當?shù)乇O(jiān)控優(yōu)先級高于遠方調(diào)度;遙控操作有口令保護,裝置返較等一系列防誤操作措施。3.3控制站與監(jiān)控單元的通訊系統(tǒng)可以把配電所各回路運行情況,保護動作信息等數(shù)據(jù)以一定的格式上發(fā)遠方調(diào)度,或者接收遠方調(diào)度的下行命令并轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的微機保護監(jiān)控單元。通過隔離RS-485與顯示單元及中央控制站主機通信,微機保護單元獨立工作,串行通信口只作參數(shù)設(shè)定用,與監(jiān)控單元之間通過I/O口進行聯(lián)系。對鋁廠中的多個變配電站,采用智能化通信板帶現(xiàn)場控制站的方案,一塊智能化通信板帶2個現(xiàn)場控制站,每個現(xiàn)場控制站可帶64個監(jiān)控單元,現(xiàn)場控制站與監(jiān)控單元之間的通訊速率為9600波特,通訊最遠距離為5公里,通訊周期為1秒?，F(xiàn)場控制站與中央控制站之間的通訊速率為19200波特,通訊最遠距離為1公里,通訊周期為1秒,通訊電流可選用屏蔽雙絞線,也可以選用DJYVP-2×2×0.5計算機用屏蔽電纜。3.4自動裝置動作當發(fā)生以下情況時系統(tǒng)將告警:保護及自動裝置動作,發(fā)生單相接地故障,PT二次側(cè)斷線,直流系統(tǒng)一點接地,合閘操作回路斷線,綜合自動化系統(tǒng)異常。3.5錯誤信息記錄(1)記錄內(nèi)容故障前一個周波、故障時一個周波、故障后一個周波的故障幅值,故障起始時間和故障歷時等。(2)工業(yè)電視顯示在微機保護監(jiān)控器的裝置面板上帶有液晶顯示器,正常狀態(tài)顯示線路電流電壓,故障時自動顯示故障內(nèi)容?？稍诋?shù)乇O(jiān)控微機(通訊處理機)上顯示;可上發(fā)遠方調(diào)度顯示處理。3.6打印功能系統(tǒng)可定時打印日常報表,報表格式及打印時間可任意設(shè)定,事故狀態(tài)時可隨機自動打印(事件順序記錄)。4獨立于自動系統(tǒng)的二級線4.12.電纜分為以下五個部分(1)從高壓開關(guān)箱到高度表屏用1條4芯電纜實現(xiàn)交流電流量(測量CT)的上送。(2)從高壓開關(guān)箱到微型計算機保護監(jiān)控板用一條7芯電纜實現(xiàn)交流電流量(保護CT)的上送。用一條10芯電纜實現(xiàn)開關(guān)量的上送及-KM,KDM電源,合分閘脈沖的下送。(3)從零序電流傳感器到高壓開關(guān)箱，四個芯電纜用于實現(xiàn)零序電流的采集(4)從微型保護屏幕到電度表屏幕用一條7芯電纜實現(xiàn)電度脈沖量上送。交流電壓量先由母線電壓互感器柜送到電度表屏,再由電度表屏轉(zhuǎn)送至微機保護監(jiān)控屏。4.2次系統(tǒng)接收點(1)微機保護監(jiān)控器取代了傳統(tǒng)的指針式儀表,如電流表、電壓表、功率因數(shù)表等,省去了上述儀表的其二次接線;(2)斷路器的控制、信號回路均由微機保護監(jiān)控器內(nèi)部實現(xiàn),取代了由傳統(tǒng)的電磁或機械繼電器構(gòu)成的控制、信號回路,從而大大簡化了二次系統(tǒng)接線;(3)微機保護監(jiān)控單元取代了由傳統(tǒng)電磁式繼電器構(gòu)成的繼電保護裝置及其二次接線;(4)當?shù)丶斑h方調(diào)度監(jiān)控機取代了傳統(tǒng)的中央信號裝置及二次過線;(5)顯示器、鍵盤和鼠標取代了傳統(tǒng)的控制按鈕,光學