淺析網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：現(xiàn)在隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，我國(guó)的變電站自動(dòng)化也得到了提高和發(fā)展，變電站自動(dòng)化模式在我國(guó)發(fā)展應(yīng)用十多年，自動(dòng)化水平應(yīng)經(jīng)達(dá)到了水平。在我國(guó)的城市及農(nóng)村的電網(wǎng)改造及建設(shè)中，中低壓變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，一些更新改造后的變電站，其自動(dòng)化裝置的實(shí)用性、成熟性在變電站的運(yùn)行方式中也越來(lái)越被依賴。變電站建設(shè)的現(xiàn)代化水平也在智能開(kāi)關(guān)、光電式電流電壓互感器、變電站運(yùn)行操作仿真技術(shù)、一次運(yùn)行在線狀態(tài)的檢測(cè)、計(jì)算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用中得到了提高。鑒于此，本文主要分析探討了網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用情況，以供參閱。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化變電站；自動(dòng)化系統(tǒng)；應(yīng)用

0引言

近幾年來(lái)，變電站的各種微機(jī)智能裝置得到了廣泛應(yīng)用，例如微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)測(cè)量控制裝置、微機(jī)多功能電能表、微機(jī)直流監(jiān)控裝置、微機(jī)單相接地選線裝置、微機(jī)故障錄波裝置、圖像監(jiān)控裝置等，這些裝置提供了大量的電網(wǎng)運(yùn)行和控制信息。如何全面迅速地收集和處理這些種類繁多、數(shù)量龐大、實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性要求高的信息，并進(jìn)行有效的管理和控制，真正達(dá)到無(wú)人值班變電所全面監(jiān)控的目的，是擺在自動(dòng)化人員面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。但是，原來(lái)常規(guī)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)因其技術(shù)上的限制難以完成這一艱巨的任務(wù)，因此，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化成了自動(dòng)化發(fā)展的必然方向。

1網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

消除了自動(dòng)化信息采集和傳送的瓶頸。原來(lái)的常規(guī)RTU和綜合自動(dòng)化系統(tǒng)不能全面地采集所有站內(nèi)的信息，只能采用串行通信的方式傳送站內(nèi)少量的實(shí)時(shí)信息，大量的實(shí)時(shí)信息無(wú)法傳送，歷史信息和圖像等信息更不可想象。由于網(wǎng)絡(luò)化的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)引入了主站系統(tǒng)的前置技術(shù)，采用高性能計(jì)算機(jī)作為主控，用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息傳送，因此解決了上述問(wèn)題。

大幅度提高了處理能力和交換能力。該系統(tǒng)提供了一個(gè)廣闊的、開(kāi)放的平臺(tái)，具有很強(qiáng)的信息處理能力和幾乎無(wú)限的擴(kuò)展能力。

提高了自動(dòng)化系統(tǒng)及數(shù)據(jù)信息的可靠性。該系統(tǒng)采用雙機(jī)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用主備熱備用平滑切換的運(yùn)行方式；所有數(shù)據(jù)和信息均在2臺(tái)主控計(jì)算機(jī)中同時(shí)保存；所有設(shè)備及軟件模塊均實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)啟動(dòng)和切換等。

方便了監(jiān)控站設(shè)置和運(yùn)行維護(hù)。所有主站和廠站的自動(dòng)化系統(tǒng)均掛在統(tǒng)一、高速、互連的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，無(wú)論主站還是變電站都采用自動(dòng)化主站系統(tǒng)的技術(shù)，因此，任何一個(gè)變電站都可以方便地瀏覽另一個(gè)站或全網(wǎng)的信息，這給檢修工作帶來(lái)了很大的方便，同時(shí)，任意一個(gè)變電站都可以方便地升級(jí)為監(jiān)控站，通過(guò)專業(yè)人員簡(jiǎn)單設(shè)置即可取得另外幾個(gè)站的信息和控制權(quán)；

減少了很多設(shè)備投資，節(jié)約了大量資金。由于該系統(tǒng)通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)大量原先需要獨(dú)立設(shè)備完成的功能，因此可節(jié)約投資。

2網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)用

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。變電站通過(guò)雙網(wǎng)雙機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行，站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)交換中心交換機(jī)，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)所有路由器、交換機(jī)以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與光纖直接連接，且接入變電站或主站采取就近原則，再加上網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中千兆以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，充分保障了變電站自動(dòng)化系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接速度，進(jìn)而提高了信息交換的效率。

主控機(jī)與智能電子設(shè)備間的連接。網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用，使得智能電子設(shè)備與主控機(jī)之間的連接更加便利。該系統(tǒng)的主控機(jī)連接終端服務(wù)器或插入多串口卡，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息流通，這其中，以太網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)便捷、信息容量大、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可以有效取代傳統(tǒng)的串行通信模式。各主控機(jī)與智能電子設(shè)備均使用標(biāo)準(zhǔn)的IEC-61850協(xié)議來(lái)交換信息，有效實(shí)現(xiàn)真正意義上的無(wú)縫電力通信體系，并有利于相關(guān)電網(wǎng)技術(shù)的革新與發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中的故障錄波信息，能夠通過(guò)遠(yuǎn)程操作，從智能電子設(shè)備中進(jìn)行讀出。故障錄波裝置，還能夠直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口，將故障錄波信息發(fā)送給主控機(jī)進(jìn)行儲(chǔ)存。

實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)內(nèi)攝像頭、探頭設(shè)備對(duì)影像進(jìn)行采集，進(jìn)行實(shí)時(shí)信息的監(jiān)控。影像監(jiān)控的計(jì)算機(jī)等設(shè)備都需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口，與站內(nèi)的自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)交換器進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)信息的雙向交流。

3網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)施中應(yīng)注意的問(wèn)題

自動(dòng)化系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)做好規(guī)劃，并與通信規(guī)劃相配套，避免網(wǎng)絡(luò)銜接上的脫節(jié)。并隨著通信和自動(dòng)化的建設(shè)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

應(yīng)做好信息通道的分流工作，特別是采用2M通道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的部分，以避免部分網(wǎng)段上的信息堵塞現(xiàn)象。

所有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器應(yīng)選用質(zhì)量好、功能強(qiáng)的同品牌設(shè)備，并都具有網(wǎng)管功能，以便于網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理。同時(shí)在環(huán)網(wǎng)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)配置三層交換設(shè)備。

主控計(jì)算機(jī)應(yīng)采用高可靠性、高性能的工控機(jī)，配置足夠的內(nèi)存和硬盤(pán)。

所有連接的網(wǎng)絡(luò)線均應(yīng)帶屏蔽，在超五類線以上。與間隔層通信的電纜也應(yīng)采用屏蔽的計(jì)算機(jī)測(cè)控電纜或光纜。各設(shè)備應(yīng)具有良好的接地，并且具有相應(yīng)的防雷隔離措施。

各間隔單元的通信規(guī)約應(yīng)統(tǒng) 一采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。對(duì)于串行總線通信方式，每條總線上的IED一般不宜超過(guò)1O個(gè)，以確保系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

系統(tǒng)軟件應(yīng)選用集成度高的、運(yùn)行穩(wěn)定的主站系統(tǒng)軟件進(jìn)行變電站應(yīng)用的壓縮和擴(kuò)充。

變電站的計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)達(dá)到規(guī)定的溫度和防塵等機(jī)房環(huán)境要求。

4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

4.1方案綜述

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(kāi)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*，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。

4.2應(yīng)用場(chǎng)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。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號(hào)。

4.4.2 報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過(guò)手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號(hào)進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2）對(duì)每一測(cè)量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)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(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3）開(kāi)關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開(kāi)關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報(bào)警器、語(yǔ)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(bào)警信息。

4.4.3 調(diào)節(jié)與控制

操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級(jí)：

第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級(jí)的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作。

級(jí)控制，間隔層后備控制。其與第三級(jí)控制的切換在間隔層完成。

第三級(jí)控制，站控層控制。該級(jí)控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級(jí)控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級(jí)。

原則上間隔層控制和設(shè)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(jí)層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對(duì)任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開(kāi)關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時(shí)控制。操作員對(duì)需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對(duì)直流為110V（220V）、5A，對(duì)交流為220V、5A。

4.4.4 用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過(guò)用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

5 系統(tǒng)硬件配置

6 結(jié)語(yǔ)

總而言之，作為電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展過(guò)程中的重要成果，網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用效能與可靠性的大幅。網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)有利于優(yōu)化變電站的管理水平，通過(guò)系統(tǒng)主站與網(wǎng)絡(luò)的高速連接，實(shí)現(xiàn)變電站的高效自動(dòng)化系統(tǒng)。

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[5]魏萍.網(wǎng)絡(luò)化變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

作者介紹：

任運(yùn)業(yè)，男，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(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。