淺談微機綜合自動化系統(tǒng)在化工企業(yè)變電站中應(yīng)用

吳柯霓

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：大型化工企業(yè)供配電具有集約型特點，化工企業(yè)內(nèi)35kV變電站和10kV變電所數(shù)量大、分布廣，對于老的大多大型及中型化工企業(yè)而言，其變電站或變電所內(nèi)高壓電氣設(shè)備為舊式繼電保護裝置，可靠性差，隨著化工企業(yè)的快速發(fā)展，用電負荷快速增長，整體電網(wǎng)技術(shù)水平已很難滿足目前的供電要求。因此，結(jié)合化工企業(yè)實際供配電設(shè)施設(shè)備及用電需求，將新一代微機綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用到化工企業(yè)供配電改造中。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；供配電改造；變電站；微機綜合自動化系統(tǒng)

0 引言

變電站微機綜合自動化系統(tǒng)在實際應(yīng)用中能夠?qū)⑺觅Y源及信息相互結(jié)合，實現(xiàn)共享模式，其系統(tǒng)操作簡單，減少了使用過程中的維修次數(shù)。相比傳統(tǒng)的供電設(shè)備其供電穩(wěn)定性及實用性優(yōu)勢明顯化，因此在開展實施化工企業(yè)供配電改造中應(yīng)用該自動化系統(tǒng)，使化工企業(yè)的發(fā)展更具效益性。

1 變電站微機綜合自動系統(tǒng)在化工企業(yè)供配電改造現(xiàn)狀分析

結(jié)合目前現(xiàn)有的化工企業(yè)供電系統(tǒng)及裝置設(shè)備來看，大多大型及中型化工企業(yè)主要是將電磁型繼電保護裝置應(yīng)用到35kV或10kV的變電站中來。實際運行操作中因為種種原因?qū)е虏糠肿冸娬驹诟脑旎蛐枰獢U充的情況下不能很好地實現(xiàn)控制、室內(nèi)增添新型設(shè)備，如控制盤、繼電保護器的安裝等。尤其是在供電運行中因為現(xiàn)有的電磁型常規(guī)繼電所涉及的保護元件出現(xiàn)嚴重的腐蝕、老化等現(xiàn)象而導(dǎo)致供電障礙。有些老舊零部件已經(jīng)很難保證正常供電的需求，從而使整個化工企業(yè)的供電使用安全性能及穩(wěn)定性能受到了威脅，造成后期工作的延誤。在化工企業(yè)供電運行中，因為10kV的變電設(shè)備配備的是少油開關(guān)，在實際運行中時間較長，這就導(dǎo)致部分配件及線路老化，從而達不到后期供電需求及供電改造的要求。因此結(jié)合現(xiàn)代化供電需求及先進化供電設(shè)備將變電站微機綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用到化工企業(yè)供配電改造中來，實現(xiàn)化工企業(yè)供電使用的穩(wěn)定性及安全性。

2 化工企業(yè)的供配電改造對策

隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，變電站的使用要能跟得上供電及配電需求，大多化工企業(yè)都想朝著少油、防污、節(jié)能及自動化的先進方向發(fā)展前行。這就需要相關(guān)管理部門結(jié)合化工企業(yè)實際的供電電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及變電站配電特點出發(fā)，從省資源、效率快、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、能夠滿足自動化等方向出發(fā)，實施合理且針對性較強的化工企業(yè)供電改造。

對于10kV的變電站在正常運行過程中，電動機在運作過程中主要是以饋線回路作為供電線路。在運作過程中可采用輪流制工作的措施對其進行日常維護，維護期間制定相關(guān)有針對性的措施對保護進行改造，也就是將現(xiàn)有的老舊電磁式繼電保護裝備改造為微機自動化式保護裝備?；て髽I(yè)停止用電進入休息階段時，相關(guān)工作人員需對重要饋電路線及備自投、進線裝置開展實施科學(xué)的有針對性的微機綜合自動化系統(tǒng)的更新。

大中型化工企業(yè)除了使用10kV的變電站以外，還有35kV的變電站供電系統(tǒng)。相比10kV而言，35kV的變電站在初步設(shè)計制造期間就相對更科學(xué)合理，并且在運作期間屬于負荷中心，這就為現(xiàn)期的供電改造提供了有力的改造條件。35kV變電站在改造方案實施時，只需要對高壓設(shè)備進行有目的局部改造就可以，剩下的可在二次保護監(jiān)控系統(tǒng)實施維護期間采用分批分期的方法實現(xiàn)微機綜合自動化系統(tǒng)的改造。由于35kV在整個化工企業(yè)供電的作用及使用范圍較廣，因此想要實現(xiàn)35kV變電站的自動化改造，可在3年之內(nèi)完成所有供電改造。

大中型化工企業(yè)在建設(shè)投入性的變電站時，可結(jié)合供電需求及現(xiàn)期使用原則將少油、防污、節(jié)能及自動化的先進設(shè)備一步到位地應(yīng)用到本企業(yè)中來。直接朝著省資源、效率快、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、滿足自動化的方向出發(fā)，使供電性能安全、穩(wěn)定，電網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)完善，將真正的變電站微機綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用到化工企業(yè)供電改造中來。

3 變電站微機綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能

化工廠供電設(shè)備在具體使用時基本采用的都是集中式組屏和分散式組屏兩種，集中式大的特點在于監(jiān)控及保護集中組屏，一般安裝在主控室內(nèi)。安裝期間主要涵蓋的設(shè)備有遙信插箱、遙控、遙測、相應(yīng)的保護裝置等，該組屏對應(yīng)若干線路及設(shè)備，各大電氣在實施控制直流回路、測量交流回路時都需要用電纜將其送至主控室內(nèi)。結(jié)合化工企業(yè)實際用電及生產(chǎn)情況，饋線一般使用數(shù)量在70條以下20條以上時，為了更好地適應(yīng)化工企業(yè)供配電改造的應(yīng)用與發(fā)展，主要將分層分散式布置應(yīng)用到實際中來，其具體分布機構(gòu)與功能使用設(shè)計原則如下。

3.1 系統(tǒng)層次使用功能及結(jié)構(gòu)

廠站級別的設(shè)置在具體應(yīng)用中主要以集中式組屏為主。而設(shè)備具有間隔時，主要是以分散式布置為主，為了減少二次電纜的使用，又將監(jiān)控保護系統(tǒng)分開應(yīng)用到各個開關(guān)柜中，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大的優(yōu)點在于層次分明。其中分布主要是指：將設(shè)備組織按照間隔單元層的系統(tǒng)形式進行分布，通過不同站內(nèi)通信互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)變電站的通信使用，結(jié)合功能分配的作用將對稱分布式設(shè)計原則應(yīng)用到其中。分層則是指單獨成立并有可控性的通信分層、變電站分層及間隔單元分層。

3.2 通信層與變電站層之間的聯(lián)系

為了使整個運作系統(tǒng)具有安全可靠性的同時還能很好地實現(xiàn)監(jiān)控功能，在設(shè)計建設(shè)時應(yīng)將雙后臺雙機監(jiān)控方式應(yīng)用到現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線控制實施與網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)中來。對于饋線回路數(shù)達到70條以下20條以上的10kV變電所或是35kV變電站而言，直接可將雙網(wǎng)雙機結(jié)構(gòu)應(yīng)用到其中。而針對饋線回路比較少的10kV變電所而言，主要是將單網(wǎng)雙機結(jié)構(gòu)采用到其中。我國在采用人工計算機操作時，主要是將Windows系統(tǒng)應(yīng)用到實際操作中來，該系統(tǒng)操作簡單、內(nèi)容豐富，在系統(tǒng)投入使用中出現(xiàn)特殊情況時都可與系統(tǒng)協(xié)商，實現(xiàn)特殊處理化。在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的使用上一般都采用TCP或IP通信協(xié)議，使化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與變電站微機綜合自動化系統(tǒng)地結(jié)合在一起。結(jié)合化工企業(yè)實際用電的特點得出，在進行通信層與變電站層連接設(shè)計時可將雙機雙網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構(gòu)與雙機單網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構(gòu)應(yīng)用到實際操作中，具體系統(tǒng)機構(gòu)分布圖如圖1、圖2所示。

3.3 配置間隔及單元層結(jié)構(gòu)

變電站微機綜合自動化系統(tǒng)中，配置間隔及單元層的保護檢測單元主要有兩個類型的實施方案：一是間隔層保護測控單元分開配置；二是間隔級保護單元合一配置。化工企業(yè)所使用的變電站設(shè)備在作為對外貿(mào)易階段依據(jù)時只有進線的供電才有效，與饋線回路有關(guān)的線路只能作為本企業(yè)核算依據(jù)。在本企業(yè)與其他企業(yè)聯(lián)合用電或是本企業(yè)收入效益良好的情況下才能采用配置間隔及分配置的結(jié)構(gòu)；如果大型化工企業(yè)所用配電站線路較多，便可將配置間隔及合一配置的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到貢獻裝置中來?，F(xiàn)期所使用的監(jiān)控保護裝置，內(nèi)部的監(jiān)控及控制功能主要是由CPU1及CPU2兩個的模件負責完成。在實施通信接口聯(lián)系時主要是通過RS485通信接口來完成。配置間隔及合一配置的結(jié)構(gòu)在實際運作中，既有性還確保了安全性及實用性，同時也為化工企業(yè)節(jié)省了用電資金的投入。

圖1 雙機雙網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構(gòu)圖

圖2 雙機單網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構(gòu)圖

3.4 自動化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的改進及應(yīng)用

化工企業(yè)在進行供配電改造時，為了將變電站微機綜合自動化系統(tǒng)的作用有效發(fā)揮出來，與實際用電需求相結(jié)合，對技術(shù)指標及功能實用性進行完善使其更具先進性。其主要要求有以下幾點：

使用功能上的要求及改進：在進行數(shù)據(jù)實際采集、遙控、遙測等操作時。按照變配電的實際需求來設(shè)定。以及數(shù)據(jù)的處理及統(tǒng)計、報警處理及限制監(jiān)控、數(shù)據(jù)在運行期間的統(tǒng)計與計算等。

操作控制的改進及應(yīng)用，開關(guān)與斷路器間的分合、變壓器分接頭在實際操作期間的特殊操作及調(diào)節(jié)。

運行記錄的改進，主要在于設(shè)備線路的各種操作、運行、某種事件的發(fā)生等，將分欄記錄運用到其中。

歷史數(shù)據(jù)及報表的改進，經(jīng)過改造后的變電站微機綜合自動化系統(tǒng)，報表按照要求自動生成所需數(shù)據(jù)，并且對收集到的數(shù)據(jù)有自動保存及顯示的作用。同時對與信息的保護、各種運作、波形、時間等按企業(yè)相關(guān)要求進行記載，能夠?qū)κ鹿蔬M行追憶，可再現(xiàn)事故的畫面。

經(jīng)過改造后具有很好的人機界面，主要是對電氣的主接線圖、參數(shù)、曲線等相關(guān)要求進行在線設(shè)定，并具有豐富的設(shè)定資源及友好的人機操作性能。

在技術(shù)操作及使用指導(dǎo)上，所需SOE分辨率及系統(tǒng)時鐘精度按照國家標準執(zhí)行。如遙控命令傳送時間、事故推移畫面時間、畫面在調(diào)用期間的響應(yīng)時間等，快速準確。

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)

4.1 方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況，設(shè)計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機熱備配置。

4.2 應(yīng)用場所：

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。

4.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4 系統(tǒng)功能

4.4.1 實時監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(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。

4.4.2 報警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預(yù)告報警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報警和事故報警。

3）開關(guān)事故跳閘到對應(yīng)次數(shù)或開關(guān)拉閘到對應(yīng)次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3 調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。

操作控制分為四級：

級控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當操作人員將就地設(shè)備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。

第二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

第四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復(fù)歸及遠方投退連接片。

      3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。

      4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4 用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5 系統(tǒng)硬件配置

6 結(jié)語

在進行化工企業(yè)供配電改造中將變電站微機綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用到其中，憑借自身優(yōu)勢使化工企業(yè)供電系統(tǒng)得到安全穩(wěn)定的發(fā)展，減少了維護的次數(shù)，而且提高了供電的可靠性。因此與現(xiàn)期供電現(xiàn)狀相結(jié)合，對其進行有針對性的改造，提高化工企業(yè)用電質(zhì)量及生產(chǎn)質(zhì)量，更好地貢獻于我國經(jīng)濟發(fā)展。

參考文獻

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者介紹：

吳柯霓，女，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。