0 引言
在過去,變電站受科技的限制,監(jiān)控系統(tǒng)的技術較為落后功能比較單一。當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時其報警信息的傳輸流程較為簡單,超出系統(tǒng)范圍將無法傳輸視頻的信號,難以實現(xiàn)遠距離控制。在這種情況下需要人員值守避免突發(fā)情況造成企業(yè)損失。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性都較低,企業(yè)不得不在此基礎上增加值守人員。計算機網絡技術的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)局面限制,電力企業(yè)應采用無人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)對變電站的實施、遠程、高效監(jiān)控,及時處理突發(fā)狀況提高生產效率。
1 無人值守變電站的發(fā)展歷史
影響變電站生產、運行效率的原因之一是監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性。在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中,變電站難以實現(xiàn)對電網的遠程控制,同時系統(tǒng)的穩(wěn)定性較低,導致技術人員不能及時檢測電氣設備運行狀態(tài),在故障出現(xiàn)時難以有*排除。由于穩(wěn)定性較差,監(jiān)控系統(tǒng)經常出現(xiàn)誤發(fā)信號和通訊中斷等現(xiàn)象。值班人員不能及時獲知電網的狀態(tài)。在變電站電力系統(tǒng)實際運行中,系統(tǒng)出現(xiàn)通訊中斷,現(xiàn)場一旦出現(xiàn)設備異?;蛱l事故,技術人員將不能及時獲取事故的報文信息,造成電力系統(tǒng)不能安全穩(wěn)定運行。隨著電力企業(yè)的飛速發(fā)展,社會對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有了更高的要求。在社會大眾的嚴格要求下,電網的生產、運行、管理、分配的高*性與穩(wěn)定性都需要無人值守系統(tǒng)實現(xiàn)。該系統(tǒng)利用網絡在線監(jiān)測對電力設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視,實施獲取電網的運行參數(shù)并對參數(shù)進行檢測與自診斷,通過通訊網絡及時將異常信息與數(shù)據(jù)傳輸至電力主管部門系統(tǒng)。無人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng)避免了終端設備出現(xiàn)通訊中斷的現(xiàn)象,當發(fā)生跳閘事故,系統(tǒng)將及時把報文信息傳輸于電力主管部門系統(tǒng),技術人員能及時對故障進行判斷,確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。無人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了設備間通訊速率之間的匹配,確保網絡數(shù)據(jù)儲存器緩存不被逐步占據(jù),避免進網絡數(shù)據(jù)發(fā)送失敗的風險??刂平粨Q機在系統(tǒng)中的升溫范圍,避免過熱保護重啟引發(fā)的網絡通訊中斷??梢钥闯鰺o人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng)不但能實現(xiàn)對電網的實施遠程控制,還避免了設備故障引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性降低,因此在變電站的值守中將運用這一系統(tǒng)可提高管理工作的效率,降低電網安全事故帶來的損失。
2 采取無人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng)的必要性
無人值守變電站網絡系統(tǒng)由電力設備運行監(jiān)控系統(tǒng)、網絡信息傳輸系統(tǒng)、管理中*軟件系統(tǒng)及遠程監(jiān)控系統(tǒng)構成。通過對路由器、交換機及多個監(jiān)控設備的連接,將監(jiān)控圖像由交換機和路由器上傳至遠程監(jiān)控系統(tǒng)。為了保證遠程監(jiān)控的有效性,監(jiān)控系統(tǒng)可支持手機端登錄,以保證監(jiān)控工作能打破地點限制。通過SNMP協(xié)議對網絡監(jiān)控管理終端進行管理,電力設備通訊異常、過熱及中斷工作依靠系統(tǒng)監(jiān)控數(shù)據(jù)的自診斷實現(xiàn)。異常數(shù)據(jù)將直接傳輸至電力主管部門系統(tǒng)或手機端。
3 無人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng)的構成
3.1電力設備運行監(jiān)控系統(tǒng)
變電站電網的穩(wěn)定性是電力系統(tǒng)管理中至關重要的環(huán)節(jié),技術人員必*對運輸、配送環(huán)節(jié)進行有*監(jiān)控。電網中涉及多種變壓設備、電力設備,設備的運行出現(xiàn)故障電網運行將被中斷。電力設備運行監(jiān)控系統(tǒng)對變壓器、線路等電力設備進行監(jiān)控。其功能在于:(1)在線監(jiān)測電力設備,系統(tǒng)在實際運行中及時采集設備運行參數(shù),并對參數(shù)進行針管與判定,及時響應異常數(shù)據(jù);(2)對設備現(xiàn)場環(huán)境進行監(jiān)測,通過監(jiān)測數(shù)據(jù)安裝人員可在當下環(huán)境中確定相關設施的安裝,例如在變電站主控室和高低壓室中應安裝數(shù)字化攝像機。
3.2信息傳輸系統(tǒng)
信息傳輸是無人值守監(jiān)控系統(tǒng)的關鍵所在,技術人員只有通過信息傳輸才能及時獲知信息檢測工作。信息傳輸系統(tǒng)對設備傳出的信息的指令進行控制并傳達,收集到的數(shù)據(jù)信息將被輸出至集控端,集控端負責對接收數(shù)據(jù)的分析,分析完畢后集控端將發(fā)出調控指令,設備響應指令并執(zhí)行。信息傳輸系統(tǒng)由無線的網絡、寬帶的網絡、個人用戶組成。這一系統(tǒng)讓變電站實現(xiàn)遠距離控制、遠距離接受和遠動通信數(shù)據(jù)的開入量等功能。
3.3管理中心軟件系統(tǒng)
隨著社會的進步,我國的社會生產力逐漸上升,而這離不開電力的支持。為了維持社會生產和居民生活,變電站在運行中電網將形成大量的數(shù)據(jù),管理中心需要實時處理這些數(shù)據(jù)信息。為此變電站需要龐大管理中心軟件系統(tǒng)支持電網的運作,且該系統(tǒng)不但要滿足當下的電網要求,隨著社會的不斷發(fā)展,系統(tǒng)還需對今后更為龐大、復雜的電網數(shù)據(jù)進行計算、處理,這一工作具有一定的難度。在無人值守變電站網絡系統(tǒng)中,管理中心軟件系統(tǒng)的使用較為廣泛。管理中心軟件系統(tǒng)在變電站中起到大腦的作用,它能通過信息傳輸系統(tǒng)實時獲取電網中所有電力設施的運行數(shù)據(jù),并及時進行分析。管理中心軟件系統(tǒng)的強大之處在于其運算、分析工作的高效性,通過對數(shù)據(jù)的快速計算處理進行運行信息的準確判斷,確保所下達指令的正確。管理中心軟件系統(tǒng)為變電站的運行保駕護航,實現(xiàn)實時監(jiān)測、處理、傳送的功能,提高了變電站管理的效率,實現(xiàn)變電站的智能化。
3.4遠程監(jiān)控系統(tǒng)
遠程監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了工作人員對變電站的遠距離監(jiān)控,借助遠程監(jiān)控系統(tǒng)變電站可進一步減少值班人員,在降低人力成本的同時,提高了監(jiān)控效率,可以說遠程監(jiān)控系統(tǒng)是無人值守變電站網絡系統(tǒng)的直接表現(xiàn)。遠程監(jiān)控系統(tǒng)需要將監(jiān)控、防盜、遠距離控制、自動報警和消防等系統(tǒng)結合在一起,從而將監(jiān)控的圖像遠距離傳輸至終端。為了進一步提高變電站的安全性能,在做到監(jiān)控的同時還需進一步加強報警、消防。當突發(fā)狀況發(fā)生時,若工作人員未能及時發(fā)現(xiàn)監(jiān)控信息時,系統(tǒng)的自動報警消防功能將采取緊急措施,降低變電站損失。遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過功能可劃分為前端的信號采集處理子系統(tǒng)、信號傳輸子系統(tǒng)以及遠程監(jiān)控子系統(tǒng)。前端信號采集處理子系統(tǒng)由報警信息采集裝置、音頻信息采集裝置等構成。將這些裝置的設置于變電站內部,可實現(xiàn)對變電站監(jiān)控信息的實時的檢測及報警等等。這些子系統(tǒng)的功能在于實時采集電氣量,電氣量是指在電力系統(tǒng)中的各種參數(shù),比如電壓值,電流值、頻率、阻抗等等。對運行設備的電氣量進行監(jiān)測,當有異常數(shù)據(jù)時可對電網系統(tǒng)進行遙控,即閉鎖功能。遠程監(jiān)控系統(tǒng)可支持PC端和手機端,PC端的監(jiān)控通過監(jiān)控中*PC機與線路配置連接實現(xiàn),手機通過底層接口獲取網絡通訊,借助業(yè)務邏輯層登錄APP處理信息。
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、間隔層二層設備組成,并用分層、開放式網絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機,提供站內運行的人機聯(lián)系界面,實現(xiàn)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(tǒng)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*,監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成,采用分層分布式網絡結構,站控層網絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。
4.2應用場所:
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)結構
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、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、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(shù)或開關拉閘到次數(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調節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。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:
第控制,設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權。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(xiàn)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)先級。
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(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用戶權限管理
系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5 系統(tǒng)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(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖,模擬配電網絡運行,實現(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)助運維人員實現(xiàn)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(shù),對配電系統(tǒng)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(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,支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GBSD卡(32GB)、支持不同協(xié)議向多平臺轉發(fā)數(shù)據(jù);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?;」馓筋^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(shù)據(jù),支持61850協(xié)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?shù)臄?shù)據(jù),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(lián) | AM6-B | 兩進線備投/母聯(lián)備投/自適應備投、聯(lián)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(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護; |
6 結語
總而言之,變電站為社會生產提供能源支持,其運行的穩(wěn)定性至關重要。無人值守變電站網絡監(jiān)控系統(tǒng)打破傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的限制,實現(xiàn)了對變電站的遠程監(jiān)視、防盜、消防、遠程控制和報警等功能。該系統(tǒng)實現(xiàn)了無人值守,提高了監(jiān)控效率降低了監(jiān)控成本。
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