安科瑞 劉秋霞
摘要：隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，發(fā)電廠和變電站的自動(dòng)化水平已成為衡量電力系統(tǒng)現(xiàn)代化程度的重要指標(biāo)。本文以發(fā)電廠變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為研究對(duì)象，探討了其系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)以及實(shí)際應(yīng)用。通過對(duì)某發(fā)電廠變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行案例分析，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在提高運(yùn)行效率、保障供電可靠性和降低運(yùn)維成本方面的顯著效果。*后，本文展望了綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在智能化、網(wǎng)絡(luò)化和綠色化方面的未來發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；變電站；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；SCADA；繼電保護(hù)；通信網(wǎng)絡(luò)
電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會(huì)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)電廠和變電站作為電力系統(tǒng)的核*組成部分，其運(yùn)行效率、可靠性和安全性直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。傳統(tǒng)的人工操作和分散控制系統(tǒng)已無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行需求，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過集成計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠和變電站的智能化管理，顯著提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行水平。
發(fā)電廠變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是一種集數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、保護(hù)、控制和管理于一體的智能化系統(tǒng)。它通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)完成故障診斷、保護(hù)動(dòng)作和運(yùn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的管理。
2.1. 監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）
2.1.1數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)采集變電所內(nèi)各種設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
2.1.2監(jiān)控：通過人機(jī)界面（HMI）實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行參數(shù)。
2.1.3報(bào)警：在設(shè)備異常或故障時(shí)發(fā)出報(bào)警。
2.2保護(hù)系統(tǒng)
2.2.1繼電保護(hù)：通過繼電器和微機(jī)保護(hù)裝置，快速檢測(cè)并隔離故障。
2.2.2故障錄波：記錄故障發(fā)生前后的電氣量，便于分析。
2.3控制系統(tǒng)
2.3.1自動(dòng)控制：實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)操作，如斷路器分合閘、變壓器調(diào)壓等。
2.3.2遠(yuǎn)程控制：支持遠(yuǎn)程操作設(shè)備。
2.4 通信系統(tǒng)
2.4.1內(nèi)部通信：連接變電所內(nèi)各設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
2.4.2外部通信：與上級(jí)調(diào)度中*和其他變電所進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
2.5 輔助系統(tǒng)
2.5.1電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量參數(shù)，如電壓、頻率和諧波。
2.5.2 環(huán)境監(jiān)控：監(jiān)測(cè)變電所環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度和煙霧
Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)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(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)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(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)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，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
針對(duì)工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)格比*越，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(jī)熱備配置。
3.2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(jí)的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。
3.3.1火力發(fā)電廠
監(jiān)控和控制發(fā)電機(jī)、變壓器和開關(guān)設(shè)備。
3.3.2水力發(fā)電廠
監(jiān)控水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和變壓器等設(shè)備。
3.3.3 核電站
監(jiān)控核反應(yīng)堆、發(fā)電機(jī)和變壓器等關(guān)鍵設(shè)備。
3.3.4風(fēng)力發(fā)電場
監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)、變壓器和開關(guān)設(shè)備。
3.3.5 太陽能發(fā)電站
監(jiān)控光伏組件、逆變器和變壓器等設(shè)備。
3.5系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
3.5.1提高可靠性
通過實(shí)時(shí)監(jiān)控和自動(dòng)控制，減少故障和停機(jī)時(shí)間。
3.5.2提升效率
自動(dòng)化操作減少人工干預(yù)，提高運(yùn)行效率。
3.5.3增強(qiáng)安全性
快速故障檢測(cè)和隔離，防止事故擴(kuò)大。
4 系統(tǒng)硬件配置
應(yīng)用場合 | 型號(hào) | 圖 片 | 保護(hù)功能 | ||
35kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時(shí)間；實(shí)時(shí)采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動(dòng)等參數(shù)，對(duì)配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進(jìn)行用能分析和能效管理 | ||
網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、XML、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個(gè)設(shè)備的多個(gè)報(bào)警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 | ||
35kV/10kV/6kV 弧光保護(hù) | ARB6-A6 |
| 動(dòng)作時(shí)間： 弧光單判據(jù)≤3.8ms 弧光電流雙判據(jù)≤7.8ms | 0.4kV~35kV：每段母線配置1臺(tái)主機(jī)。 | |
ARB6-A12 | |||||
ARB6-A18 | |||||
ARB6-A24 | |||||
ARB6-A30 | |||||
選配 | 2、3路以太網(wǎng)接口 | ||||
ARB-S0 |
| 無源型廣角寬光譜探頭 （不含電池、免維護(hù)） 自帶濾光功能 全絕緣、不含金屬成分 （沒有電氣安全隱患） 配套雙股阻燃光纖（20米） | 高壓柜：母線室配置1個(gè)弧光探頭，手車室和電纜室可按需各配置1個(gè)弧光探頭。 低壓柜：正對(duì)主母排處配置1個(gè)弧光探頭。 | ||
ARB-S1 |
| 無源型廣角紫外光探頭 （不含電池、免維護(hù)） 自帶濾光功能 ST標(biāo)準(zhǔn)接口 （國網(wǎng)應(yīng)用） 配套雙股阻燃光纖（20米） | |||
35kV/10kV/6kV 進(jìn)線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測(cè) | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動(dòng)/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時(shí)錄波，波形實(shí)時(shí)顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲(chǔ)，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 | ||
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點(diǎn)測(cè)溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動(dòng)態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲(chǔ)能旋鈕預(yù)分預(yù)合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測(cè)量、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對(duì)時(shí)、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測(cè)溫、全電參量測(cè)溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； | ||
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測(cè)溫范圍-50-125℃，測(cè)量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | ||
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測(cè)量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)時(shí)及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； | ||
變壓器繞組 溫度檢測(cè) | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預(yù)埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； | ||
變壓器接頭測(cè)溫低壓進(jìn)出線柜接頭測(cè)溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測(cè)溫采集可接入60個(gè)無線測(cè)溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測(cè)量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | ||
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于5A，測(cè)溫范圍-50-125C，測(cè)量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |||
柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） | ||
ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報(bào)警出口。 | |||
應(yīng)用場合 | 型號(hào) | 圖 片 | 保護(hù)功能 | 其他功能 | |
35kV/10kV/ 6kV進(jìn)線 | AM6-L |
| 三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)； | 操作回路、 雙以太網(wǎng)口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對(duì)時(shí)、 全電量測(cè)量 直流量測(cè)量
| |
35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)； | |||
35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動(dòng)速斷保護(hù)、比例制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)； | |||
AM6-TB | 變壓器后備保護(hù)測(cè)控、三段式過流保護(hù)（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、非電量保護(hù)、啟動(dòng)通風(fēng)保護(hù)、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停； | ||||
35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護(hù)（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、零序過流、過負(fù)荷保護(hù)（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護(hù)； | |||
35kV電機(jī) （2000kW以上） | AM6-MD | 差動(dòng)速斷保護(hù)、比例差動(dòng)保護(hù)、過流、過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)等電機(jī)綜合保護(hù)； | |||
10kV/6kV 異步電機(jī) | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負(fù)序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)（告警/跳閘）、低電壓保護(hù)、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、啟動(dòng)超時(shí)、熱過載保護(hù)、電壓不平衡； | |||
35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測(cè) | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測(cè)； | |||
10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護(hù)； | |||
35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) | AM6-B | 兩進(jìn)線備投/母聯(lián)備投/自適應(yīng)備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護(hù)（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負(fù)荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護(hù)； | |||
發(fā)電廠變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性，還降低了運(yùn)行成本和維護(hù)工作量。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，自動(dòng)化系統(tǒng)將在電力系統(tǒng)中發(fā)揮越來越重要的作用。
參考文獻(xiàn)
[1]安可企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè) 2022.05版
