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淺談微機綜合自動化系統(tǒng)在化工企業(yè)變電站中應用

更新時間：2022-11-14點擊次數(shù)：1468

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)技術水平已很難滿足目前的供電要求。因此，結合化工企業(yè)實際供配電設施設備及用電需求，將新一代微機綜合自動化系統(tǒng)應用到化工企業(yè)供配電改造中。

關鍵詞：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)在實際應用中能夠?qū)⑺觅Y源及信息相互結合，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

結合目前現(xiàn)有的化工企業(yè)供電系統(tǒng)及裝置設備來看，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的變電設備配備的是少油開關，在實際運行中時間較長，這就導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。因此結合現(xiàn)代化供電需求及先進化供電設備將變電站微機綜合自動化系統(tǒng)應用到化工企業(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。這就需要相關管理部門結合化工企業(yè)實際的供電電網(wǎng)結構及變電站配電特點出發(fā)，從省資源、效率快、電網(wǎng)結構科學合理、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。化工企業(yè)停止用電進入休息階段時，相關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的變電站在初步設計制造期間就相對更科學合理，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)在建設投入性的變電站時，可結合供電需求及現(xiàn)期使用原則將少油、防污、節(jié)能及自動化的先進設備一步到位地應用到本企業(yè)中來。直接朝著省資源、效率快、電網(wǎng)結構科學合理、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)的結構及功能

化工廠供電設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備有遙信插箱、遙控、遙測、相應的保護裝置等，該組屏對應若干線路及設備，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，為了更好地適應化工企業(yè)供配電改造的應用與發(fā)展，主要將分層分散式布置應用到實際中來，其具體分布機構與功能使用設計原則如下。


3.1 系統(tǒng)層次使用功能及結構

廠站級別的設置在具體應用中主要以集中式組屏為主。而設備具有間隔時，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)分開應用到各個開關柜中，該系統(tǒng)結構大的優(yōu)點在于層次分明。其中分布主要是指：將設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，結合功能分配的作用將對稱分布式設計原則應用到其中。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，在設計建設時應將雙后臺雙機監(jiān)控方式應用到現(xiàn)場網(wǎng)絡總線控制實施與網(wǎng)絡拓撲結構中來。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)雙機結構應用到其中。而針對饋線回路比較少的10kV變電所而言，主要是將單網(wǎng)雙機結構采用到其中。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)地結合在一起。結合化工企業(yè)實際用電的特點得出，在進行通信層與變電站層連接設計時可將雙機雙網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構與雙機單網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構應用到實際操作中，具體系統(tǒng)機構分布圖如圖1、圖2所示。


3.3 配置間隔及單元層結構

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構；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構應用到貢獻裝置中來，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構在實際運作中，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)機構圖


圖2 雙機單網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機構圖


3.4 自動化系統(tǒng)功能結構的改進及應用

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合，對技術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用，開關與斷路器間的分合、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)、曲線等相關要求進行在線設定，并具有豐富的設定資源及友好的人機操作性能。

在技術操作及使用指導上，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、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網(wǎng)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(nèi)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(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)絡失效的情況下，仍能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(wǎng)絡結構，站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)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(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）開關事故跳閘到對應次數(shù)或開關拉閘到對應次數(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。

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？刂戚敵龅慕狱c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(jīng)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、管理提供可靠的安全保障。




5 系統(tǒng)硬件配置


6 結語

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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[2]劉黎曉.供電綜合自動化技術應用[J].通訊世界,2016（8）:165-168.

[3]樊賽．變電站綜合自動化系統(tǒng)技術改造及新技術應用[J].科技風，2017（14）：213.

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊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。