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        安科瑞智能電力監控事業部
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        安科瑞變電站綜合自動化系統在青島海洋科技園應用

         安科瑞 周莉娜

        摘 要:變電站綜合自動化系統是將變電站內的二次設備經過功能的組合和優化設計,利用先進的計算機技術、通信技術、信號處理技術,實現對全變電站的主要設備和輸、配電線路的自動監視、測量、控制、保護、并與上級調度通信的綜合性自動化功能。

        關鍵詞:變電站綜合自動化系統;自動監視;保護;調度通信

        概述

        青島海洋科技園位于青島市黃島區江山南路與規劃珠江路交匯處,規劃建筑面積約23萬平方米。產業定位于應用型海洋科技研發、人工智能、工業互聯網、IC 設計、先進制造及裝備研發。建設內容包含科研辦公及配套設施、海洋科研實驗室、海洋創新推動平臺等,計劃建設成為青島應用型海洋科技資源的整合平臺、海洋科技人才的聚集平臺、海洋科技企業的孵化和成果轉化平臺、海洋科技服務業的培育和加速平臺。

        本次建設內容為:海洋科技產業園生產基地(一期)項目,位于山東省青島市石寨山路以北,鳳凰山路以東,包括1#生產廠房、2#生產廠房及3#生產廠房,總占地面積為53333.31平方米,總建筑面積81329.49㎡。

        全廠共設置35kV變電所1座,區域變電所2座。35kV變電所內含35kV開關柜、35kV變壓器鎧裝箱、10kV開關柜及0.4kV開關柜。區域變電所為裝置樓一層獨立區域,配置10kV開關柜、變壓器及0.4kV低壓柜。本項目采用35kV單電源進線,本變電站為主站,10kV1#分所、10kV2#分所電源引自本變電站。本變電站35kV變壓器容量為1X10000kVA,10kV變壓器容量為2X800kVA,備用一臺發電機1X800kW。所內安裝35kV高壓柜4面、10kV中壓柜9面、10000kVA變壓器1臺、800kVA變壓器2臺、0.4kV低壓柜16面、10kV電容柜1組、調度通信屏、主變保護屏、后臺等1組,直流屏1組100Ah、10kV無功補償共2700kvar、0.4kV無功補償共480kvar。實際無功補償后功率因數應達到0.95以上。若達不到,須增加補償容量。

        安科瑞變電站綜合自動化系統在青島海洋科技園應用

        圖1 青島海洋科技園現場圖

        系統結構

        變電站綜合自動化系統是指:通過執行規定功能來實現某一給定目標的一些相互關聯單元的組合,變電站綜合自動化系統是利用先進的計算機技術、現代電子技術、通信技術和信息處理技術等實現對變電站二次設備的功能進行重新組合、優化設計,對變電站全部設備的運行情況執行監視、測量。

        系統可分為三層結構:即現場設備層、網絡通訊層和平臺管理層。

        現場設備層:包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設備,用于采集站內配電柜內電氣運行參數、開關狀態、電氣接點溫度等數據,同時分別在35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源,保障現場設備良好的運行環境。

        網絡通訊層:包含ANet-2E8S智能網關。網關主動采集現場設備層設備的數據,并可進行規約轉換,數據存儲,分散10kV變電站通過數據采集箱(內置智能網關)采集數據通過光纖上傳至通信室變電站綜合自動化監控系統平臺;同時網關充當遠動通信裝置,將現場設備數據采集后通過交換機經縱向加密數據加密后上傳調度網。

        平臺管理層:?變電站綜合自動化監控系統平臺、國網安徽省安慶電力調度控制中心平臺。

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        圖2 監控系統網絡結構圖

        解決方案

        本項目35kV變電所1座,區域變電所3座,35kV變電所為獨立二層建筑物,其中一層為35kV開關室、35kV變壓器室、10kV開關室,二層為10kV變壓器及0.4kV開關室、通信室。區域變電所為裝置樓一層獨立區域,配置10kV開關柜、變壓器及0.4kV低壓柜。。

        35kV變電所內35kV開關室一次系統圖如圖1所示,共有4面開關柜,分別為:1面進線柜、1面出線柜、1面計量柜、1面PT柜。

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        圖3 35kV開關室一次系統圖

        35kV變電所內10k部分一次系統圖如圖4所示,共有9面開關柜、其中1面10kV進線柜、2面變壓器出線柜、2面至分所的饋線柜、1面隔離柜、1面PT柜、1面計量柜、1面備用饋線柜。

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        圖4 10kV開關室一次系統圖

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        圖5 1# 10kV變電所進線柜一次系統圖

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        圖6 2# 10kV變電所進線柜一次系統圖

        方案綜述

        本次工程在35kV、10kV配電系統中配置微機保護裝置,對每面35kV、10kV高壓開關柜內配置開關狀態操控裝置,對電氣量采集和對電氣設備(如斷路器)的狀態監視、控制和調節,發生故障時,由微機保護裝置完成瞬態電氣量的采集、監視和控制,迅速切除故障設備和完成事故后的恢復操作。

        在每面35kV、10kV高壓變配電開關柜配置1臺多功能電表,在35kV變電所計量柜處裝有計量儀表,其中在35kV變電所安裝負荷采集終端箱,收集計量點計量表的電能信息,用于遠程監控及電量數據采集。

        在35kV總變二次值班室配置1套DC220V/100AH柜式直流電源,各區域變電所在高壓柜配置DC220V/50AH分布式直流電源,為整個變電站的斷路器、二次設備及監控主機等重要設備運行提供穩定可靠的電源;配置一臺時鐘同步裝置,實現變電站內所有微機保護裝置、監控主機、規約轉換裝置、遠動裝置的時鐘同步;配置一套變電站綜自自動化系統,通過規約轉換裝置采集站內主變溫度巡檢儀、主變檔位變送器、直流屏數據,通過光纖組網與分散的各區域10kV變電所通信實現變電站綜合自動化監控與管理;在二次值班室配置一面通訊屏、一面調度數據網屏,SDH型STM-4光傳輸設備1套,PTN接入層光傳輸設備1套,共同安裝于光通信屏;48芯0DF、16單元DDF、4端口IAD,共同安裝于通信配線屏,電網110kV姜家變電站安裝:STM-4光接口板2塊、GE光模塊2個,安裝于現運行SDH設備和PTN設備上。24芯光纖配線單元箱1臺,安裝于現狀姜家變電站通信配線柜內。通過專用通道點對點方式實現變電站與調度端通訊。調度數據網屏配置數據1臺路由器、2臺交換機、2臺縱向加密裝置。

        功能需求

        微機保護需求

        變電站綜合自動化系統中,多數子系統都是由微機構成的,都具有一定的故障診斷功能,這就使得變電站一、二次設備的可靠性得到了提高。

        35kV/10kV 降壓變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式,配置主變保護屏。屏柜設立在電氣監控室,屏柜上裝設1臺差動保護裝置AM5SE-D2、1臺高后備保護裝置AM5SE-TB、1臺低后備保護裝置AM5SE-TB、1臺高側測控裝置AM5SE-K、1臺低側測控裝置AM5SE-K、1只變壓器溫控儀ARTM-8、1臺檔位變送器UP858-19AN及轉換開關、壓板、空氣開關等其他控制設備。

        差動保護裝置:作為降壓變壓器內部及引出線短路故障的主保護,其作用是對變壓器一側的電流及電壓進行監控,如發現問題,及時發出預警信息,動作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器,避免變壓器發生故障;

        高低后備保護裝置:作為35kV側/10kV側的后備保護以及變壓器的非電量保護,其作用是在前兩個裝置都無法正常運行的情況下,通過智能和人工的配合,來完成對整個變壓器運行的監控和保護,動作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器,避免其出現故障,影響整個變電站的運行。

        高低側測控裝置:用于監測35kV側/10kV側測量電流、測量電壓;

        變壓器溫控器:監測降壓變壓器內部繞組溫度,將測量的數據反饋回控制系統進行分析,一旦出問題及時后臺對變壓器進行保護處理;

        檔位變送器:監測主變壓器在工作中的接頭位置,用于降壓變壓器檔位測量及有載調壓。

        本地數據采集

        變電站綜合自動化系統需采集設備有組屏保護7臺、分散保護14臺、儀表180臺,數量共計201臺,本地設備根據數據類型主要分為遙測、遙信兩類數據,部分數據展示如下:

        • 遙測量

        安科瑞變電站綜合自動化系統在青島海洋科技園應用

        • 遙信量

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        調度上傳需求

        黃島區以黃島島名命名,1979年1月,膠南縣再度劃歸青島市,同年從膠南縣劃出黃島、辛安、薛家島3處人民公社,設立青島市黃島區。1984年,青島經濟技術開發區成立。1990年12月,撤銷膠南縣,設立膠南市(縣級市)。1992年11月,黃島區境內設立青島保稅區。1993年,青島經濟技術開發區擴展到黃島全區,兩區體制合一。2012年9月,撤銷黃島區、縣級膠南市,設立黃島區。地方電網要求本項目數據兩路上傳,一路上傳到黃島區調度部分,另一路經黃島區匯聚中心上傳至青島市平臺,兩路上傳均采用雙通道上傳,整體方案冗余配置,確保調度上傳的穩定性與可靠性。

        本項目計量數據獨立上傳,數據網僅上傳安全Ⅰ區數據,數據網及二次安防設備信息與清單如下:

        表1 數據網及二次安防設備清單

        項目名稱

        青島海洋科技產業園生產基地(一期)

        變電站正式名稱

        青島海嘉開發投資有限公司

        設備類型

        供應商名稱

        設備制造廠家

        設備型號

        序列號

        版本號

        備注

        路由器1

        華為

        華為

        AR6140-S

        DM2150003390

        ——

         

        路由器2

        華為

        華為

        AR6140-S

        DM2180003298

        ——

         

        交換機1

        華為

        華為

        S5735S-S24T4X-X

        4E22A0022032

        ——

         

        交換機2

        華為

        華為

        S5735S-S24T4X-X

        4E22A0021376

        ——

         

        縱向加密裝置1

        南瑞

        南瑞

        NetKeeper-2000

        JMFE00NRNK33000142388

        4.7

         

        縱向加密裝置2

        南瑞

        南瑞

        NetKeeper-2000

        JMFE00NRNK33000142363

        4.7

         

        配置設備清單

        表2 我司提供方案設備列表

        設備名稱

        型號

        數量

        功能

        數據采集箱

        ABox-2000/4S/P1/F1

        2

        分散10kV變電所數據采集,實時采集現場設備數據,協議轉換上傳平臺,具備斷電告警、斷點續出功能。

        時鐘同步裝置

        ATS1200GB

        1

        獲取GPS與BD雙時鐘源,為站內設備、系統提供對時功能。

        系統監控主機屏

        Acrel-1000

        1

        集中采集、監視、管理站內設備數據與運行狀態

        站內協議轉換器

        ANet-2E8S

        1

        35kV變電站內數據采集

        主變保護屏

        主變保護屏

        1

        對35kV主所主變保護提供差動、后備、測控保護

        遠動裝置(104)

        ANet-2E8S

        2

        104協議經專網上傳變電站數據至調度中心

        遠動裝置(104)

        ANet-2E8S

        2

        104協議經專網上傳變電站數據至調度中心

        線路保護測控裝置

        AM5SE-F

        2

        為35kV主所與分散1#、2#分所進線回路提供保護

        電容器保護測控裝置

        AM5SE-C

        2

        為35kV主所與分散1#、2#分所電容器回路提供保護

        變壓器保護測控裝置

        AM5SE-T

        8

        為35kV主所與分散1#、2#分所變壓器出線回路提供保護

        多功能儀表

        AMC

        182

        為35kV主所與分散1#、2#分所各回路測量、監測

        現場應用圖

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        圖7 10kV 1#分所電氣一次圖

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        圖8 10kV 1#分所現場實物圖

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        圖9 10kV 2#分所電氣一次圖

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        圖10 10kV 2#分所現場實物圖

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        圖11 二次值班室室現場圖

        系統功能

        實時監測

        Acrel-1000變電站綜合自動化系統人機界面友好,能夠以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態,實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息,動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。

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        圖12 實時監測主界面圖

        主變監測

        在35kV變電站中主要關注的就是主變壓器,主變壓器獨立界面分析,可以查看變壓器基本信息(變壓器型號、容量、調壓方式、溫度),也可以直接查看詳細電參量,包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數、正向有功電能等,并可以查看24小時功率運行曲線。

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        圖13 主變壓器監測界面圖

        分變電所監測

        各分變電所獨立監測界面,可以直接查看分變電所回路詳細電參量與斷路器開關狀態,其中,10kV配電系統中監測的開關量主要有:斷路器分、合閘信號,手車工作、試驗位置信號,遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態信號、接地刀合分信號、保護跳閘信號和事故預告信。

        安科瑞變電站綜合自動化系統在青島海洋科技園應用

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        圖14 分變電所監測界面圖

        光字牌

        根據監控系統實時數據庫獲取保護信息表,通過多排欄的形式展示單個設備間隔保護信號,監視各種設備運行狀態,實現越限報警,供變電站集中監控系統運維人員維護,由監控人員使用。

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        圖15 光字牌監測界面圖

        結語

        通過變電站綜合自動化系統內各設備間相互交換信息,數據共享,實現變電站運行監視和控制,對實現電網調度自動化和運維管理現代化,提高電網的安全和可靠運行水平起到了很大的作用,因此用戶變電站要進一步加強綜合自動化系統水平,提高運維人員的技能,保證電網安全穩定運行。

        參考文獻

        [1] 張曉春.變電站綜合自動化[M].北京:高等教育出版社.2006

        [2] 劉賽豪.10kV 變電站綜合自動化設計[J].文摘版:工程技術(建筑),2016:39.

        [3] 胡裕民.變電站綜合自動化技術探討[J].科技創新導報,2019:174-175.

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