安科瑞 劉秋霞
摘要：當前，智能電網得到了良好發(fā)展，且應用覆蓋范圍日益擴大，電網建設的智能化水平得到了顯著提高。在智能電網相應體系中，智能變電站占據著關鍵性地位，對于智能電網的正常運行和良好發(fā)展具有至關重要的影響。文中簡述了智能變電站綜合自動化系統的概念，并結合相關案例，探究了智能變電站綜合自動化系統的設計與應用，以期為智能變電站綜合自動化系統的相關研究提供借鑒。
關鍵詞：智能變電站；綜合自動化系統；設計；應用
智能變電站綜合自動化系統采用集成化的智能設備，此類智能設備具有較強的先進性和可靠性，且具有低碳環(huán)保的優(yōu)勢。智能變電站綜合自動化系統要求全站信息實現數字化、通信平臺實現網絡化，并要求實現標準化的信息共享。通過對智能變電站綜合自動化系統進行科學集成和優(yōu)化，能實現對系統運行狀態(tài)的實時監(jiān)視，并強化對系統的操作控制和運行管理，且能對相關信息進行綜合分析，還具備智能告警等功能。
某110kV智能變電站具備兩臺主變，具有2×50 MVA的總容量，所設置的電壓等級分別110kV、35kV 以及10kV。其中，110kV接線采用單母分段方式，具有2回本期出線，并聯220kV某變電站；35kV接線采用單母分段方式，具有2回本期出線；10kV接線采用單母分段方式，具有4回本期出線，且對2組電容器進行設置，具有2×4008 kvar的補償容量。
該系統采用分層分布式結構，將間隔作為單位，按照對象實施具體設計。系統選用網絡拓撲形式作為系統結構，以確保系統結構的可靠穩(wěn)定。網絡終端為變電站系統，具有較強的獨立性，且能實現遠方控制。就功能邏輯而言，變電站相應的自動化系統能實現對DL/T860相關規(guī)定的滿足。系統主要由以下各層構成。
過程層。該層的主要構件包括智能終端、互感器以及合并單元，能實現對控制命令的執(zhí)行，并實現對設備運行狀態(tài)的監(jiān)測，且具備對運行電氣量進行采集的功能。
間隔層。該層主要包括如下子系統：網絡記錄分析、計量以及測量保護等，即使站控層以及網絡處于失效狀態(tài)，仍能實現對監(jiān)控設備相關命令的執(zhí)行。
站控層。該層除主機外，還包括網絡打印機、操作員工作站等，能實現對人機聯系界面的清晰生成，并對過程層與間隔層各自的運行狀態(tài)進行掌控，同時，其內部構建有系統完善的管理以及監(jiān)控站，能時刻保持與遠方監(jiān)控站以及調度的良好通信。
基于設計具體需求，該系統主要具備如下功能：遙測量；遙信；遙控；遙調。
遠動通信裝置，主要對調度端相應的接口以及規(guī)約轉換等問題進行解決，且通信接口數量充足，能與調度端實現良好通信；主機兼操作員工作站，能確保實現安全可靠的操作，并增強操作的便捷性和直觀性。站控層設備應具備主通道通信以及備通道通信的相應功能；配置相關裝置，實現故障錄波，并能實現通信記錄分析，對網絡通信狀態(tài)進行監(jiān)視，及時發(fā)現各類故障及隱患并發(fā)出警報，預先對故障處理策略進行科學擬定，實現對故障的快速排除；確保通信記錄具備良好的完整性；對保護裝置針對故障是否作出正確及時的應對反應進行了解，若未能作出應對，應及時查找并解決相關隱患；通信在線監(jiān)視終端應具備相關功能，實現的遠程維護和實時監(jiān)視，實現對通信信息的完整記錄，且能對通信隱患及相關故障發(fā)生告警，并能對通信狀態(tài)實時的在線監(jiān)視。
間隔層主要包括以下設備：主變保護與測控裝置、智能終端、110kV線路以及相應的分段保護測控裝置；35kV線路以及相應的集分段保護、計量測控以及故錄等功能為一體的裝置；10kV線路以及相應的集電容器保護、計量測控以及故錄等功能為一體的裝置。
過程層主要包括以下設備：主變三側合并單元、智能終端裝置；主變非電量保護以及本體智能終端裝置；主變中性點電流以及間隙電流并入主變110kV相應側合并單元；110kV各間隔合并單元以及智能終端裝置；110kV母線電壓互感器合并單元以及智能終端裝置。
對于各類異常狀況以及事故，監(jiān)控系統能對之進行自動分類，并發(fā)出警報，且能以事故呈現出的嚴重程度作為依據，對事故等級進行科學設定。當發(fā)生事故時，監(jiān)控系統相應的標志等會保持閃光狀態(tài)。當相關操作人員對之實施復位操作后，指示燈才會熄滅。監(jiān)控系統還能對測點相應的限值以及越限值進行設置。當發(fā)生預先情況時，即將警報發(fā)出，并對控制傳達相應的畫面。
監(jiān)控系統主要有以下各層構成：（1）應用層，該層主要包括系統監(jiān)控服務、通信管理以及系統主控等模塊；（2）應用服務層，該層主要構件為應用服務器；（3）底層，該層主要包括歷史以及參數數據庫。
系統組態(tài)模塊，主要包括以下模塊。
圖形監(jiān)控模塊。該模塊能實現對變電站實際運行狀態(tài)的實時監(jiān)視，且能對之實施的控制操作。
歷史報警模塊。該模塊可分為兩類，一類是歷史報警模塊，能實現對歷史報警相關信息的查詢，并能實現對變電站相應的遙信變位以及各項事故的檢索查詢，并提供相關依據幫助事故排查分析 ；一類是實時報警模塊，能實現對實時報警信息的準確描述。
曲線瀏覽模塊。該模塊可分為兩類，一類是歷史曲線模塊，能通過曲線形式對模擬量相應的歷史數據進行瀏覽；一類是實時曲線模塊，將對象作為實時曲線的基準，能實現對模擬量對象相應的實際運行值趨勢的瀏覽。
報表瀏覽模塊。該模塊能實現對報表相關數據信息的瀏覽。
事故追憶模塊。該模塊將事故發(fā)生前后的相關模擬量相應的數目及報警信息保存于歷史庫中，并能遵循設定時間相應的間隔實現對模擬量數據的采樣。
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監(jiān)控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比優(yōu)*，監(jiān)控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。
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、用電系統運行監(jiān)視和控制管理。
Acrel-1000變電站綜合自動化系統，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、功率因數等電參數信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
監(jiān)控系統具有事故報警功能。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；預告報警包括一般設備變位、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），分別定義作為預告報警和事故報警。
3）開關事故跳閘到次數或開關拉閘到次數，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，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統具有操作監(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：
第控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現場操作。
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。
原則上間隔層控制和設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，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。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。
納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復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備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。
4）監(jiān)控系統的控制輸出。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。
系統設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。
5系統硬件配置
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | |
35kV變電站綜合自動化系統 | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網絡運行，實現無人值班模式；根據順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協助運維人員實現快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數，對配電系統和用電設備進行用能分析和能效管理 | |
網關 | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協議的數據接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數據傳輸、支持標準8GBSD卡（32GB）、支持不同協議向多平臺轉發(fā)數據；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC220V，導軌式安裝。 | |
35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； | |
ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | |||
ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | ||
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質量 在線監(jiān)測 | 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/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。 | |
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； | |
35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； | |
變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； | |
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | ||
柜內環(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傳輸的數據，1路485,2路報警出口。 | ||
應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | 操作回路、 雙以太網口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量 |
35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | ||
35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | ||
AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調升檔、遙調降檔、遙調急停； | |||
35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； | ||
35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉等電機綜合保護； | ||
10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； | ||
35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | ||
10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（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； | ||
35kV/10kV/ 6kV母聯 | AM6-B | 兩進線備投/母聯備投/自適應備投、聯切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯切/告警、檢同期、合環(huán)保護； |
綜上所述，采用上述系統結構以及硬件、軟件對智能變電站綜合自動化系統進行設計，能保障變電站內各類一次設備和二次設備實現安全穩(wěn)定運行。同時，對智能變電站綜合自動化系統采用模塊化設計，能實現對人力、資金的節(jié)約，并有助于增強系統運行的穩(wěn)定性，實現安全可靠供電，且能強化對系統運行的監(jiān)控。
[1]鄭劍云.35kV智能變電站綜合自動化系統的設計與應用[J].電工電氣，2014（7）：62-64.
[2]孟濤.智能變電站綜合自動化系統的設計與應用.
[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.05版．
