摘 要：隨著國家經濟的發展，企業的業務擴大，用電負載需求也不斷提供，使我國電站綜合自動化系統不斷在應用中獲得改善，讓電站綜合自動化改造技術持續提高。目前大部分先進設備以及技術逐漸應用到變電站改造過程中，并應用與系統改造研究，實現其自動化控制的特點，在目前變電站中獲得廣泛使用。本文就Acrel-1000變電站綜合自動化系統在某機械制造公司35kV變電站改造進行研究與分析。
關鍵詞：變電站改造；Acrel-1000；綜合自動化系統
1.項目背景
隨著社會的高速發展帶動之下，我國企業生產中對于電力能源的依賴程度逐步變大，生產生活的電力供應存在的矛盾更大。某機械制造公司為了拓展公司生產業務，確保企業生產生活中電力能源充足，本次項目原變電所有3臺三相雙圈無勵磁調節電力變壓器，電壓等級為35/10kV,主供容量15350kVA(4000kVA+5000kvA+6300kVA+50kVA)，在原有的變電站基礎上,拆除原3#變壓器，新增2臺三相雙圈無勵磁調節變壓器(1臺S11-8000/35變壓器、1臺S11-10000/35變壓器)主供容量增至27050kVA(4000kVA+5000kvA+8000kVA+10000kVA+50kVA)，并對原有的35kV部分的二次保護設備進行改造，新上10kV出線8回、并聯電容器4組，可以保證變電站更加穩定的運行，保證電力能源供應。
2.改造前35kV變電站運行現狀
該機械制造公司原35kV變電站為1進3出的形式(3#變電器已損壞)，2臺變壓器分別為S9-4000/35變壓器與S9-5000/35，由于公司業務量的提高，生產用電量在快速的增多，導致電力需求更多，所以對于35kV變電站有著更高的要求。近年來，傳統35kV變電站故障發生率比較高，導致企業生產受到了很大的影響，這就需要深入分析該電力系統內的故障問題和發生原因，發現主要是因為設備老化、維護不到位所形成的故障問題。從實際情況分析，傳統35kV變電站所出現的故障問題比較嚴重，維修難度較高，且會導致長時間的停電，很大的影響企業的生產運轉。因此當前35kV變電站改造主要是想通過無人值班、少人管理的模式來實施，該方式具備一定的先進性，并不需要設置值班人員就能夠完成實時的監控，因為安裝了科技水平較高的現代化變電設備，僅需要少量的工作人員協助就能夠完成從操作，可以實現遠程的管理控制。對于無人值班的管理方式，工作人員在控制中心只需要通過監控后臺就能夠及時發現35kV變電站工作中存在的問題，能夠及時進行維修處理。
3.變電站綜合自動化系統優勢及改造原理
3.1.系統優勢
相較于傳統的常規變電站二次系統，變電站綜合自動化系統使得變電站運維管理上更加便捷和安全可靠，能夠在很大程度上提高變電站的工作效率，促進電網系統的現代化發展。隨著計算機技術和網絡技術、通信技術的發展，自動化水平的提高，變電站的二次系統已經基本實現了變電站綜合自動化，通過綜合自動化系統可以對繼電保護進行自檢互檢，具有故障錄波、事件記錄、運行監視和控制等功能，降低了運行維護成本，提高了變電站安全可靠運行水平。
3.2.改造原理
變電站綜合自動化系統改造主要是遵循在沒有人進行操作情況下的原理進行設計，利用層次分布的特點對自動化系統進行控制，并起到保護作用，同時還可以對數據進行有效檢測、采集等。
(1)系統改造中牽涉到信息收集，遙控檢測中包含有各種類型的電壓以及與母線相匹配的線電壓、直流線電壓、相電壓等，主變壓設備包含有各個電路、線路，以及大電壓設備中的功率、電流、電量等。遙控控制信息包含有電站全部開關、斷路設備等。
(2)自動化中變壓設備主要利用調壓設備減少電量的消耗，從而做到手動、遠程控制、自動調壓，而中性點主要存在遠程控制調壓的特性。 變電站設備主要連接口應具備操作簡便、運作可靠、維修方便以及有助于遠程控制與經濟實惠的特點。
(3)變電站改造應配置安全電壓、電源，因此可選在35kV單側與10kV側設置變壓設備，但要確保兩邊電源要具備自動切換系統。
(4)系統中的保護設備，應使用微機保護。開展保護期間，保護總閘會自動跳轉到某一斷路器中跳閘線中，把各個設備獨立開，形成單獨保護設備，獨自進行供電操作，有效完成保護措施。如監控功能未進行工作期間，保護工作也可獨立完成，對電源以及所測量的數據進行獨立保護；改造過程中要切忌：保護設備中邏輯判定所有的開關不能與其他回路共同使用。同時還應設置足夠的連接口，測量的數據可以通過內部通信網送至監控設備中，保護設備要具備保護信號，較遠區域應通過手動恢復，就地應設置保護數值以及維修功能，有助于加強遠處數值保護功能，并且可以設置相應密碼，對自檢功能進行有效保護，當設備遭到破壞或出現故障時，保護裝置就會自動開啟并發出警報。
4.Acrel-1000變電站綜合自動化系統解決方案
4.1.方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控；間隔層由若干個微機保護組成，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*，監控系統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協議的以太網。站控層網絡采用單網單機配置。
4.2.變電站綜合自動化系統改造內容
4.2.1.系統內部改造
站控層采用Acrel-1000變電站綜合自動化系統實現電力設備的監控和管理。并融入當前國內外新的計算機技術、網絡技術、通信技術、信息處理技術、變配電自動化技術等技術，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能。滿足用戶對電力系統的保護、監控及電能質量的全部要求。實施自動化系統控制主要通過計算機裝置進行監控，通過連接實現系統資源共享的特性，并利用網絡實施分布處理。這一改造措施主要是把變電站系統數據進行有效控制，利用串口與各個裝置的實施連接，從而實現遠程控制與變制中心、計算機的連接。在某個區域來講，被連接的計算機設備和控制的裝置相近，會收取到相近的信息，如：輔助連接點、線圈、斷路設備等，所以，要調節好上位設備中的有效信息，并將其與人相結合，有助于提高信息的正確性，確保信息的準確性，并將其送至信息管理中心中。
4.2.2.微機保護改造
間隔層在35kV、10kV變電站變配電系統中配置AM5SE系列微機保護裝置，由于35kV部分和10kVⅠ段、Ⅱ段的開關柜整體利舊，因此在35kV改造部分和10kV Ⅰ段、Ⅱ段部分需對保護裝置進行組屏改造，同時新增的3#、4#主變配置整體的主變保護屏，新增的10kV Ⅲ段、Ⅳ段部分微機保護就地配置。
1)35kV進線及公用測控屏：
35kV進線柜配置一臺線路保護AM5SE-F當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。同時還配置一臺電能質量監測裝置APView500，監測35kV進線電能質量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與閃變等穩態數據、電壓暫升/暫降/短時中斷暫態數據，當檢測到電能質量異常時，觸發故障錄波與數據記錄，為后續的電能質量分析提供數據支撐。屏上放置AM5SE-K公共測控裝置2臺。其中一臺AM5SE-K采集35kV 所用變電壓、35kV I段母線開口三角電壓和35kV 1#總進線電流；另一臺AM5SE-K采集35kV II段母線側站用變電壓、35kVII段母線開口三角電壓和35kV 2#總進線電流；2臺AM5SE-K分別采集站內各微機保護裝置異常信號和通信設備異常信號；并預留斷路器手車遙控出口各6路。
2)35kV/10kV 3#、4#主變壓器保護：
為了實時觀察和集中管理降壓變壓器運行狀態，方便降壓變壓器二次監控設備的安裝和檢修，提高保護可靠性和靈敏性，35kV/10kV 主變壓器回路采用整套主變保護裝置集中組屏方式，配置一臺主變保護屏。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、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，動作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；
高后備保護裝置：作為35kV側的后備保護以及變壓器的非電量保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；由于主變屬于35kV，中性點基本會采用間接接地與直接接地這兩種方法進行設計，所以要在設計期間應考慮間隙零序保護、電壓、電流保護等，主要對一段斷路設備進行保護，而二段變壓設備處于斷路設備兩邊。電流主要取其中間點以及間隙零序，改自動化系統中安中性點基本按照較小電流進行設計，同時還具備保護設備零序功能。
低后備保護裝置：作為10kV側的后備保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側斷路器；
高側測控裝置：用于監測35kV側測量電流、測量電壓；
低側測控裝置：用于監測10kV側測量電流、測量電壓；
3)35kV/10kV 1#、2#主變保護及10kV Ⅰ段、Ⅱ段進線保護：
35kV/10kV 1#、2#主變保護可配置變壓器保護裝置AM5SE-T，配電變保護測控裝置主要保護功能有三段式過電流保護(經復合電壓閉鎖) 、反時限過流保護(經復合電壓閉鎖)、兩段式零序I01過流保護、兩段式零序I02過流保護、零序反時限過流保護、過負荷告警、過負荷跳閘、PT斷線告警、控制回路斷線告警、非電量保護、FC回路配合的過流閉鎖功能。10kV Ⅰ段、Ⅱ段進線保護可配置線路保護AM5SE-F當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。
4)10kV Ⅲ段、Ⅳ段進線保護：
10kV Ⅲ段、Ⅳ段進線柜各配置一臺線路保護AM5SE-F，當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。
5)10kV饋線柜保護：
10kV饋線柜可配置變壓器保護裝置AM5SE-F，當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。
6)10kV電容器保護：
10kV電容器柜可配置電容器保護裝置AM5SE-C，當回路故障時，用于跳開本柜斷路器，切斷故障。同時還具有兩段式定時限過流保護、反時限過流保護、兩段式零序過流保護、欠電壓保護、過電壓保護、自產零序過電壓保護、不平衡電壓保護、不平衡電流保護、非電量保護、PT斷線告警、控制回路斷線告警。
7)10kV母聯保護
母聯柜可配置備自投保護裝置AM5SE-B，用于實現兩進線和母聯之間的自動投切(進線備自投/母聯備自投/聯切備自投/自適應備自投)，同時實現母聯保護功能。主要保護功能還有三段式過流保護(經復合電壓閉鎖、且帶方向閉鎖)、反時限過流保護(經復合電壓閉鎖)、后加速過流保護(經復合電壓閉鎖)、備自投功能(支持11種供電系統的備自投要求)、PT斷線告警、控制回路斷線告警、母線充電保護、重合閘、過負荷聯切/告警、兩段式零序過流保護、零序后加速過流保護、檢同期。
8)10kV PT監測
PT柜可配置PT并列及監測裝置AM5SE-UB，實現兩臺PT柜間的切換以及監測，當回路電壓出現異常時，及時發出告警信號。主要保護功能有I母PT投入、II母PT投入、PT自動并列解列、PT遙控并列解列、I母PT低電壓告警、I母PT過電壓告警、I母PT零序過壓告警、I母PT斷線告警、II母PT低電壓告警、II母PT過電壓告警、II母PT零序過壓告警、II母PT斷線告警。
5.系統功能
5.1.實時監測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統，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。
5.2.報警處理
監控系統具有事故報警功能。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、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1) 事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警(報警音量任意調節)，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。
次事故報警發生階段，允許下一個報警信號進入，即第二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或開關拉閘到次數，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，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。
5.3.調節與控制
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
級控制，設備就地檢修控制。具有較高優先級的控制權。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，優先級較低。
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、執行，并在站級層設置操作員、監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有效。
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。
6.結語
35kV變電站綜合自動化改造工程是老舊變電站改造工程，利用先進軟件技術以及先進設備對變電站自動化系統進行改在，逐漸提高變電站管理控制性能，在利用先進技術的同時，為改造自動化系統，提高該管理性能以及操作性能，應從創新路徑以及先進技術再結合現場實際情況進行改造。本項目希望利用Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統解決方案對其進行改造，提高自動化系統性能，確保變電站安全運行，提高整體安全性。
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