孫平

摘 要：35kV變配電所的自動(dòng)控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分。本文基于針對(duì)現(xiàn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)中存在的一些問題，對(duì)自動(dòng)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，對(duì)部分硬件及關(guān)鍵控制電路的設(shè)計(jì)與選型，最終對(duì)應(yīng)用效果進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：35kV；功能設(shè)計(jì)；硬件選型；電路設(shè)計(jì)；應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

城市配電系統(tǒng)是現(xiàn)代化建設(shè)的重要基礎(chǔ)設(shè)施。目前，我國在電力配電管理方面取得了很大的進(jìn)步。系統(tǒng)自動(dòng)化在實(shí)施過程中，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，設(shè)計(jì)最優(yōu)的實(shí)施方案，以保證電網(wǎng)質(zhì)量水平；本文從分析一些實(shí)際問題開始，將改善方面的措施融于實(shí)際設(shè)計(jì)中，為其他設(shè)計(jì)者提供了可參考的設(shè)計(jì)素材。

1 改善現(xiàn)行自動(dòng)化系統(tǒng)存在的一些問題

目前，提高頻繁停電現(xiàn)象檢測的效率已成為配電自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要發(fā)展方向。電力設(shè)備配置新老之間、不一致的通信和信息傳輸?shù)氖?，使得系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)兼容，從而影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，無法很好的實(shí)現(xiàn)智能分工與緊密合作。我國擁有大量的供電企業(yè)，需要進(jìn)行資源整合，協(xié)調(diào)共享資源，使信息交互通暢，確保配電網(wǎng)管理水平，保證電網(wǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

在配電自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不應(yīng)只注重表面形式，應(yīng)考慮電力用戶的實(shí)際需要，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施效果，相應(yīng)提高電力企業(yè)的技術(shù)和管理水平，確保系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更完善的發(fā)展自動(dòng)分配。

2 自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主體要求

本工程以35kV變電所為中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)35kV變電所、配電間、1#箱式變電站、2#箱式變電站和綜合樓的供配電系統(tǒng)監(jiān)控；在35kV變電所設(shè)置控制設(shè)備，在35kV變電所向各分站實(shí)現(xiàn)遙信、遙信、部分設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，主要電動(dòng)機(jī)的保護(hù)及整體通信功能，其中配電間實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能。在35kV變電站通過通信管理分別與其他系統(tǒng)（供電公司、工廠主站等）連接，完成實(shí)時(shí)傳輸與遠(yuǎn)控。

設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的總體性能的主要指標(biāo)：系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤3s，雙服務(wù)器自動(dòng)切換時(shí)間≤10s，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新最大延遲≤0.5s，遙測量越死區(qū)傳送時(shí)間≤3s，遙控命令響應(yīng)時(shí)間≤3s，遙信變位傳送時(shí)間≤3s，畫面刷新周期≥1～10s可調(diào)，控制輸出動(dòng)作正確率為100%，遙測合格率≥99%，系統(tǒng)MTBF（平均無故障時(shí)間）>25000h，通道誤碼率（信噪比≤16dB時(shí)）≤0.25%，問答式≤1×10-5s，循環(huán)式≤1×10-4s，計(jì)算機(jī)雙機(jī)月平均運(yùn)行率≥99.9%。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

對(duì)35kV變配電所的自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行如下分析：

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集功能

對(duì)該站生產(chǎn)過程的輸入和輸出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集（包括開關(guān)模擬脈沖，如電流、電壓、電流、負(fù)載電壓調(diào)節(jié)開關(guān)、斷路器、開關(guān)的位置和信號(hào)），通過數(shù)據(jù)處理、變化檢測、故障狀態(tài)、事故信號(hào)和模擬信號(hào)的參數(shù)，實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)庫，為運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)。

（2）控制功能：集中控制和分散控制

集中控制：通過鍵盤或鼠標(biāo)操作對(duì)斷路器、隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)、總傳輸/控制執(zhí)行傳輸線/母線切換、停電、風(fēng)冷和其他冷卻器操作順序進(jìn)行控制。在控制上，微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)為軟硬件提供必要的操作步驟和充分的檢查功能，保證操作的合法性、合理性、安全性和正確性。

分散控制：當(dāng)停電變電站微機(jī)系統(tǒng)，它可以手動(dòng)控制到當(dāng)?shù)貑挝?。?jì)算機(jī)上的操作為遠(yuǎn)程操作，而本地手動(dòng)控制的切換取決于間隔層上的現(xiàn)場/遠(yuǎn)程選擇開關(guān)。當(dāng)切換到手動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)沒有在控制水平的任何影響，當(dāng)切換到電腦操作，該區(qū)間水平手動(dòng)控制單元不產(chǎn)生在同一時(shí)間（在一個(gè)計(jì)算機(jī)設(shè)備）的任何效果、只能執(zhí)行命令，當(dāng)接收控制指令和預(yù)操作在同一時(shí)間不一致，并拒絕執(zhí)行時(shí)，在人機(jī)界面報(bào)錯(cuò)誤消息。每個(gè)控制對(duì)象只允許以一種方式控制。

3.2 通信管理機(jī)主要功能

用戶可以配置不同的通信接口卡，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用，形成不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并匹配用戶的需要，如RS232全雙工的星型網(wǎng)絡(luò)，RS485半雙工總線結(jié)構(gòu)，和RS422總線全雙工總線結(jié)構(gòu)。通信管理器具有靈活配置串口的功能。它可以根據(jù)用戶的需要配置串口，其配置范圍1-23，有不同的接口卡不同的串行端口。對(duì)各種各樣的內(nèi)部通信協(xié)議達(dá)成一致，如DL/T 643—1997和DL/T 667—1999，通過各種國際和國內(nèi)通信設(shè)備，可由制造商根據(jù)當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)進(jìn)行設(shè)置。主機(jī)和通信接口卡具有熱插拔功能。當(dāng)發(fā)現(xiàn)主板故障時(shí)，可將卡取出并插入同一類型的備用卡中，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)維護(hù)和系統(tǒng)故障的零恢復(fù)。該功能對(duì)于雙機(jī)熱備冗余系統(tǒng)尤其重要，因?yàn)樗诟鼡Q主機(jī)時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)操作。

3.3 綜合測控裝置功能

（1）模擬量測量，每塊測量板可以實(shí)現(xiàn)12/24路模擬量的測量，并可以根據(jù)接入量的實(shí)際分組情況進(jìn)行組態(tài)，可適應(yīng)單母單回線、雙母單回線、單母雙回線、變壓器多側(cè)及配網(wǎng)開關(guān)站多條線路等多種應(yīng)用場合。實(shí)現(xiàn)U、I、P、Q、KWh、KVAh、KVARh及13次以下諧波的測量、計(jì)算。并根據(jù)設(shè)置提供告警、錄波等高級(jí)功能。多功能模擬量測量模塊，代入性強(qiáng)，組建方便。

（2）遙信量監(jiān)視：實(shí)現(xiàn)N×20路單點(diǎn)遙信輸入監(jiān)視，N=1～11。遙信量可以整定為單點(diǎn)或雙點(diǎn)輸入，每路遙信量具有可以整定的防抖時(shí)間，所有遙信量輸入為220V/110V光電隔離輸入。

（3）直流輸入：可以實(shí)現(xiàn)N×11個(gè)對(duì)象的直流量輸入，N=1～11。輸入類型：壓力電阻：30～350Ω；熱電阻包括了如PT100、Pt50、Cu50、Cu100等。熱電偶如B、S、R、K、N、E、T等；經(jīng)變送器輸出的直流信號(hào)，包括0～5VDC、-5V～5VDC、0～10VDC、-10V～10VDC、0～75mV、0～10mA、4mA～20mA、0～1mA、-1mA～1mA等量程，根據(jù)不同的裝設(shè)及定值設(shè)置，換算出溫度或其他實(shí)際量值。

3.4 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

在35kV通信屏上將遙信量通過以太網(wǎng)絡(luò)通道引入監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中，并傳送至調(diào)度端，大大提高了調(diào)度對(duì)裝置的監(jiān)控能力。

圖1為35kV變配電所的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖。

4 部分硬件選型

GIS柜等為35kV變電所的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，不在本文內(nèi)闡述；本文僅以直流電源柜為例，選用智能型元器件，以契合自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。

4.1 直流電源柜系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用GZDW-K-2×30Ah/220-M智能型高頻開關(guān)直流電源柜。智能高頻開關(guān)直流電源系統(tǒng)由交流配電單元、整流單元、監(jiān)控單元、直流饋電單元、降壓單元、電池單元以及絕緣監(jiān)測單元等組成。

該直流電源柜系統(tǒng)采用高頻開關(guān)技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合。電源輸出單元采用高頻開關(guān)模塊設(shè)計(jì)，監(jiān)控單元由高性能PLC單元包括多功能擴(kuò)展端口和觸摸屏組成。蓄電池選用高品質(zhì)的進(jìn)口閥控式免維護(hù)鉛酸電池。

設(shè)計(jì)采用絕緣檢測繼電器和絕緣監(jiān)測儀，能夠監(jiān)視饋線接地情況，產(chǎn)生告警信號(hào)并上報(bào)數(shù)據(jù)到監(jiān)控單元，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時(shí)投入低頻交流信號(hào)，計(jì)算支路的對(duì)地電阻和分布電容，并通過RS485通信口與監(jiān)控模塊通信，使本變電站自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠分項(xiàng)檢測一段獨(dú)立的直流母線或單母線分段等情況。

設(shè)計(jì)要求直流電源柜系統(tǒng)對(duì)三相交流輸入電壓，蓄電池組端口電壓，蓄電池組充放電電流，負(fù)載總電流等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了綜合監(jiān)測；并實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣開關(guān)跳閘，防雷器損壞、電網(wǎng)停電，蓄電池組電壓過/欠壓，蓄電池組充電過流，控制母線過/欠壓等故障告警，并通過柜上的智能顯示屏顯示各故障信號(hào)。

直流電源柜系統(tǒng)選用了RS485等開放式接口設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)大的通信功能，以無源接點(diǎn)形式引至本站監(jiān)控系統(tǒng)，方便與變電站自動(dòng)控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)全方位監(jiān)視、測量和控制。并可在現(xiàn)場或遠(yuǎn)方手動(dòng)復(fù)歸，提供對(duì)電源系統(tǒng) “遙測、遙控、遙信、遙調(diào)”的支持，實(shí)現(xiàn)無人值守。

結(jié)語

本文針對(duì)35kV變電站自動(dòng)控制系統(tǒng)存在的一些問題，進(jìn)行了設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析。主要功能模塊包括通信管理機(jī)、監(jiān)控系統(tǒng)以及綜合測控裝置3部分，可完成數(shù)據(jù)采集、通信以及控制動(dòng)作，目前該系統(tǒng)已在35kV變電站成功運(yùn)行，效果良好；在充分利用能源的基礎(chǔ)上，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了管理效率。

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