工厂变配电室综合自动化设计

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1、工厂变配电室综合自动化设计1 变配电室综合自动化的可行性分析1.1 传统变配电室存在的问题变配电室担负着电能转换和电能重新分配的重要任务，对一个企业的安全和 经济运行都起着举足轻重的作用。如果仍依靠原来的人工抄表、记录、人工操作 为主，依靠原来变电站的旧设备，会存在以下几方面的缺点。一、安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求。二、供电质量缺乏科学的保证。三、占地面积大，从而影响整个工矿企业的长远利益。四、不适应电力系统快速计算和实时控制的要求。五、维护工作量大，设备可靠性差，同时给每年的校验保护定值工作带来了 困难。1.2变配电室综合自动化技术的优越性与技术支持通过采用先进的技术，提

2、高变配电室综合自动化水平，增加遥控、遥测、遥信、遥调四遥功能，会体现出以下几方面的优越性:一、提高供电质量，降低损耗。二、提高变配电室的安全、可靠运行水平，突出四遥装置的特点。三、提高电力系统的运行及管理水平，避免人为的主观干预，运行人员只要通过观看CRT屏幕，对变配电室主要设备和各输、配电线路的运行工况和运行参 数一目了然。四、缩小变配电室占地面积，降低造价，减少总投资。五、减少维护工作量，减少值班员的工作量，实现减人增效。 由于变配电室所是变配电系统中的重要环节。降低变配电室造价，提高变配电室的供配电电能质量和供电可靠性，减少变电所值班人员，尽量避免误操作， 缩短事故处理时间是现代化智能变

3、电所有的功能。所以，实现变配电室综合自动 化势在必行。随着计算机技术的飞速发展，变配电室传统的电磁式继电保护装置正逐步被 微机综合保护装置所取代。新一代的微机综合保护器，不仅涵盖了传统继电保护 和自动装置的全部功能，而且能对变配电回路的开关状态，电流、电压等模拟信 号，事故下的脉冲信号，以及一些非电量信号进行采集、储存和运算。计算机技 术的发展，影响了整个电器制造行业的产品革新，高低压电器产品正向着智能化 的方向发展，在满足各类电器基本功能的同时亦具备了各种电量和非电量信号的 采集、储存和处理功能。现代控制技术和现代通信技术在电力（电气）行业的应用， 使上述电器产品一般均具备了数据通信接口，为

4、各个电气控制节点间的数据进行 交换、整合，实现信息资源共享，实施实时监测、集中管理乃至远程控制提供了 可能。变配电所综合自动化装置，包含了上述集保护、测量计量、控制、通信于 一体的智能化前端设备，将这些前端设备的通信接口连接起来的现场总线，进行 通信预处理的通信管理单元以及经过组态的上位机单元（远方工作站、维护工程 师站、数据库工作站等）。通过上述设备或单元的连接，实现变配电所运行数据 的采集、储存、交换，并经过预置软件程序的支持对变配电所实现自动化遥测、 遥信、遥控和遥调。传统的继电保护和自动装置，其结构基本上都是采用各类电 磁式继电器构筑。它们的结构特点决定了信息资源不可能共享，硬件配置繁

5、多， 接线复杂，精度低，稳定性和可靠性差，并由此造成维护、校验工作量繁重装置 误动、拒动的概率大。即便是上世纪 80 年代出现的电子式继电保护和自动化远 动装置亦未能彻底解决信息资源的共享问题。由于工艺技术的不成熟，此类装置 的稳定性和可靠性远远不够理想，并且在远动的通信上抗干扰能力差、误码多。 在当时的科技发展条件下，工厂变配电室的”四遥”和无人值守的运行方式，仅 仅是工厂电力工作者的初步试探和美好的期待。变配电室综合自动化装置是基于现代计算机技术、现代控制技术和现代通信 技术，对变配电所电力系统进行保护和控制，是传统电力自动化模式的重大改革。 它的应用彻底改变了传统继电保护和自动装置的结构

6、模式，大大提高了变配电所 运行的本质安全性，减少了自动装置和人为误动的概率，减少了繁重复杂的检修 和维护工作量。在变配电所综合自动化的基础上，可进一步构筑工厂变配电综合 自动化系统，实现整个工厂变配电系统的自动化，从而大大降低工厂变配电系统 的运行成本，提高工厂变配电系统运行的安全性和经济性。2综合自动化系统设计方案本课题中设计的第一步，便是确定适合于本题的综合自动化系统结构。通常， 综合自动化有三种结构:集中式，分散分布式和分层分布式，第一种只适合于保 护比较简单的情况，且有如下一些问题的存在:前置管理机任务繁重、引线多， 降低了整个系统的可靠性，若前置机故障，将失去当地及远方的所有信息及功

7、能;软件复杂，修改工作量大，系统调试烦琐。组态不灵活，对不同主接线或规模不 同的变电站，软、硬件都必须另行设计，工作量大并且扩展一些自动化需求的功 能较难。第二种不利于整体监视控制。而第3种采用分层分布式智能单元(IED), 即把整个生产过程的控制功能、管理功能分散开，让控制系统由不同规模、不同 功能的智能单元连接而成。且分层分布式结构，有利于集中控制多个变配电室。 综合考虑本工厂发展前景，选择第三种方式为本系统的结构。变配电所综合自动化装置，采用分层分布式的系统结构加图 1 所示，由现场 保护测控层、通信管理层构成。图1 变配电室综合自动化装置图一、现场保护测控层现场保护测控层包括采用分散式

8、就地安装，集保护、测量计量、控制、通信 于一体的电动机测控保护单元、变压器测控保护单元、线路测控保护单元、同期 合闸单元、备自投单元、重合闸单元等各种功能的 10kV 微机综合保护、测控装 置，通过现场总线与通信管理层中的主控机相连。变配电所内各类高低压智能设备，如直流电源装置、小电流接地选线装置、 消谐装置以及0.4kV的智能开关装置等，亦可通过相应的通信接口与通信管理层 中的主控机相连。所有回路的综合保护装置均可按需要配置 DCS 接口，将各种电 气运行状态和运行参数直接接入电气或化工的DCS,实现跨系统的资源共享。具 体设计的内容包括:1、对于电气一次设备（1）变电站主要一次设备大多为油

9、断路器，其可靠性较差，将其更换为真 空断路器，以便实施联动控制。（2）主变压器中性点隔离开关由手动操作改为电动操作。2、对于电气二次设备对于电气二次设备的改造有条件的变电站应全部改造为综合自动化系统，具 体如下:（1）取消全站的常规控制、保护屏，在各开关对应的控制回路中（开关柜或 保护屏）设就地操作功能及红绿灯，增设微机五防闭锁功能，设置“当地”、“远 方”切换开关。（2）取消当地测量仪表。（3）组建站内自动化系统及分布式通信网络。（4）10kV 线路开关选用微机保护，安装于高压开关柜上。5）改造主变压器的温度测量回路，以适应测温的需求。（6）更换站内旧式电能表为智能式电能表，电能量通过电度表

10、电能采集装 置上传至综合自动化系统及地调。（7）更换站内直流系统为高频开关电源，带有通信 485 接口，实现与微机 综合自动化系统的接口通信，电池采用免维护的铅酸蓄电池。（8）继电保护配置按设计规程配置，要求面向控制对象独立设置，所有间 隔智能单元功能相对独立，互不牵连。凡可以就地完成的功能决不依赖通信网。 本系统继电保护按被保护的电力设备（间隔）分别独立设置，直接由相关的TA及 TV输入电气量，动作后由接点输出，直接操作相应的断路器跳闸线圈;其它一些 重要的控制设备，例如备用电源自动投入装置，通过设置专用的装置，放在相应 间隔上。（9）更换站用电系统，使之具有备用电源自动投入及遥控功能。（1

11、0）保护装置设置有通信接口，接入站内通信网以便在保护动作后向变电 站层微机设备提供报告等，但保护功能完全不依赖通信网。这里，10 kV部分采用“四合一”（集保护、控制、测量、通信为一体）装置， 主变间隔配置专用的测控单元，实现保护和测量严格分开。小电流接地选线由 10kV 开关柜上的智能单元、开口三角电压监测点和主站构成。各智能单元实时 计算当前的3U，3I向量，当系统接地导致3U升高时，母线开口三角电压监测0 0 0点向主站报选线接地信号，主站则在接到接地信号后调各装置内的 3U ， 3I 向 00量，进行比较从而实现接地选线功能，节省了常规的小电流接地选线装置。备自 投功能采用专用的备用电

12、源自动投入装置，通过该装置实现10kV母线分段开关 自动投入，提高供电的可靠性和连续性。同时，还要注意数字量和模拟量的输入与输出。在变电站综合自动化系统中， 需要采集的信息很多，但从它们的性质来分，可分为模拟量、开关量、脉冲量和 广义读表数等四大类。一般来说，针对计算机而言，处理的都是数字量，对模拟 量的处理，也是必须先转换成数字量才能进行处理的。而对于模拟量的输入与输 出，变电站的电流、电压、有功功率、无功功率、温度等都是模拟量，这些模拟 量都是随时间连续变化的物理量，由于计算机只能识别数字量，所以模拟信号必 须通过模拟量输入通道，转换成相应的数字信号才能输入到计算机中进行处理。 另一方面，

13、为了实现对生产过程的控制，有时还需要输出模拟信号，其中要涉及 到模拟量输入输出通道的组成、数模转换器、模数转换器、多路转换器、采样保 持器、高集成度的数据采集系统、采样方式等等。二、通信管理层变电站内通信网络连接各设备层，使独立的各自分散的设备形成协同工作的 有机总体，并与外部系统紧密相连。这一层我们定义为通信管理层。变电站综合 自动化系统的总体性能在很大程度上取决于此层的性能。通信管理层（亦称下位机系统）的主要配置为具有通信管理功能的主控机。主 控机一般采用单元组合设计，每个主控单元均可提供若干个 RS485/ 232/ 422 串行接口，用以接入各种智能设备，通过规约转换，各设备可方便地接

14、入通信系 统（或接入以太网）。RS422/ 485接口总线网见图2I lQQOOlRS-422/485/ 光线各类型继电保护装置、数据采集装置和只能测控装置图2 RS-422/485接口总线网智能设备的接入一般采用面向对象的设计原则，以保证接入的智能设备有清 晰的各种功能分布界面，便于设计、控制、维护和管理。某些类型的主控单元还 可分别通过RS485串行接口与DCS相连。主控单元通过现场总线分别与 10kV 微机综合保护测控装置、变配电所内各 类高低压智能设备通信。主控单元与上位机系统可采用普通通信电缆配以调制解 调器连接，在设置局域网的系统中，亦可采用以太网连接方式，以光纤作为传输 介质。变

15、配电综合自动化系统是一个在线进行数据采集和数据交换的系统，系统中 各种不同功能的设置之间，实时进行着大量的信息交流。因此需要确定统一的数 据交换格式，遵守共同的通信规约。数据通信包括两方面的内容:一是综合自动 化系统内部各子系统或各功能模块间的信息交换，二是变电站与控制中心间的通 信。而采用以上的通信网络，运行状态稳定，故障率较低。且该网络系统无需增 加其他设备即可直接实现双机备份，所有设备可提供独立的双网接线，通信互不 干扰，可组成双通信网络，通信可靠性较高。3提高变配电室综合自动化系统可靠性的措施3.1 综合变电站带来的问题变电站综合自动化确实给我们的工作带来了效益，可在目前来看，它还属于

16、 是一种新生事物，特别是不少工作在变电站第一线的技术人员与运行人员，对它 的技术和系统结构还不了解，对其可靠性问题还比较担心;另一方面，变电站综 合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统，但它们的工作环境是电磁 干扰极其严重的强电场所，确实会影响到各个元器件的正常工作。3.2 采取的措施一、抑制干扰源的影响，采取屏蔽措施、减少强电回路的感应祸合等。二、接地和减少共阻抗祸合，采取一次系统接地、二次系统接地、变电站综合自 动化系统的工作接地等。三、隔离措施1、模拟量的隔离2、开关量输入、输出的隔离四、滤波滤波是抑制自动化系统模拟量输入通道传导干扰的主要手段之一。五、计算机供电电源的抗干扰措施 采用变压器隔离、电源滤波器，采用不间断电源 UPS 等有效方法。4 工厂变配电