35kV變配電所的自控系統(tǒng)設計與應用

孫平

摘 要：35kV變配電所的自動控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分。本文基于針對現行自動控制系統(tǒng)中存在的一些問題，對自動系統(tǒng)的功能設計進行研究，對部分硬件及關鍵控制電路的設計與選型，最終對應用效果進行了分析。

關鍵詞：35kV；功能設計；硬件選型；電路設計；應用分析

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A

0 引言

城市配電系統(tǒng)是現代化建設的重要基礎設施。目前，我國在電力配電管理方面取得了很大的進步。系統(tǒng)自動化在實施過程中，應根據當地實際情況，設計最優(yōu)的實施方案，以保證電網質量水平；本文從分析一些實際問題開始，將改善方面的措施融于實際設計中，為其他設計者提供了可參考的設計素材。

1 改善現行自動化系統(tǒng)存在的一些問題

目前，提高頻繁停電現象檢測的效率已成為配電自動化系統(tǒng)設計的主要發(fā)展方向。電力設備配置新老之間、不一致的通信和信息傳輸的失敗，使得系統(tǒng)無法實現兼容，從而影響電力系統(tǒng)的正常運行，無法很好的實現智能分工與緊密合作。我國擁有大量的供電企業(yè)，需要進行資源整合，協(xié)調共享資源，使信息交互通暢，確保配電網管理水平，保證電網數據的準確性和可靠性。

在配電自動化系統(tǒng)的設計中，不應只注重表面形式，應考慮電力用戶的實際需要，進一步提高配電網自動化系統(tǒng)的實施效果，相應提高電力企業(yè)的技術和管理水平，確保系統(tǒng)能夠實現更完善的發(fā)展自動分配。

2 自動化系統(tǒng)的設計主體要求

本工程以35kV變電所為中心，實現對35kV變電所、配電間、1#箱式變電站、2#箱式變電站和綜合樓的供配電系統(tǒng)監(jiān)控；在35kV變電所設置控制設備，在35kV變電所向各分站實現遙信、遙信、部分設備的遠程控制，主要電動機的保護及整體通信功能，其中配電間實現當地監(jiān)控功能。在35kV變電站通過通信管理分別與其他系統(tǒng)（供電公司、工廠主站等）連接，完成實時傳輸與遠控。

設計要求系統(tǒng)的總體性能的主要指標：系統(tǒng)響應時間≤3s，雙服務器自動切換時間≤10s，實時數據刷新最大延遲≤0.5s，遙測量越死區(qū)傳送時間≤3s，遙控命令響應時間≤3s，遙信變位傳送時間≤3s，畫面刷新周期≥1～10s可調，控制輸出動作正確率為100%，遙測合格率≥99%，系統(tǒng)MTBF（平均無故障時間）>25000h，通道誤碼率（信噪比≤16dB時）≤0.25%，問答式≤1×10-5s，循環(huán)式≤1×10-4s，計算機雙機月平均運行率≥99.9%。

3 系統(tǒng)功能設計

對35kV變配電所的自動控制系統(tǒng)的功能進行如下分析：

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

（1）數據采集功能

對該站生產過程的輸入和輸出信號進行實時采集（包括開關模擬脈沖，如電流、電壓、電流、負載電壓調節(jié)開關、斷路器、開關的位置和信號），通過數據處理、變化檢測、故障狀態(tài)、事故信號和模擬信號的參數，實時更新數據庫，為運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供的數據。

（2）控制功能：集中控制和分散控制

集中控制：通過鍵盤或鼠標操作對斷路器、隔離開關、負荷開關、總傳輸/控制執(zhí)行傳輸線/母線切換、停電、風冷和其他冷卻器操作順序進行控制。在控制上，微機綜合自動化系統(tǒng)為軟硬件提供必要的操作步驟和充分的檢查功能，保證操作的合法性、合理性、安全性和正確性。

分散控制：當停電變電站微機系統(tǒng)，它可以手動控制到當地單位。計算機上的操作為遠程操作，而本地手動控制的切換取決于間隔層上的現場/遠程選擇開關。當切換到手動控制，計算機沒有在控制水平的任何影響，當切換到電腦操作，該區(qū)間水平手動控制單元不產生在同一時間（在一個計算機設備）的任何效果、只能執(zhí)行命令，當接收控制指令和預操作在同一時間不一致，并拒絕執(zhí)行時，在人機界面報錯誤消息。每個控制對象只允許以一種方式控制。

3.2 通信管理機主要功能

用戶可以配置不同的通信接口卡，根據網絡的實際使用，形成不同的網絡結構，并匹配用戶的需要，如RS232全雙工的星型網絡，RS485半雙工總線結構，和RS422總線全雙工總線結構。通信管理器具有靈活配置串口的功能。它可以根據用戶的需要配置串口，其配置范圍1-23，有不同的接口卡不同的串行端口。對各種各樣的內部通信協(xié)議達成一致，如DL/T 643—1997和DL/T 667—1999，通過各種國際和國內通信設備，可由制造商根據當地法規(guī)進行設置。主機和通信接口卡具有熱插拔功能。當發(fā)現主板故障時，可將卡取出并插入同一類型的備用卡中，從而實現系統(tǒng)的實時維護和系統(tǒng)故障的零恢復。該功能對于雙機熱備冗余系統(tǒng)尤其重要，因為它在更換主機時不會影響系統(tǒng)操作。

3.3 綜合測控裝置功能

（1）模擬量測量，每塊測量板可以實現12/24路模擬量的測量，并可以根據接入量的實際分組情況進行組態(tài)，可適應單母單回線、雙母單回線、單母雙回線、變壓器多側及配網開關站多條線路等多種應用場合。實現U、I、P、Q、KWh、KVAh、KVARh及13次以下諧波的測量、計算。并根據設置提供告警、錄波等高級功能。多功能模擬量測量模塊，代入性強，組建方便。

（2）遙信量監(jiān)視：實現N×20路單點遙信輸入監(jiān)視，N=1～11。遙信量可以整定為單點或雙點輸入，每路遙信量具有可以整定的防抖時間，所有遙信量輸入為220V/110V光電隔離輸入。

（3）直流輸入：可以實現N×11個對象的直流量輸入，N=1～11。輸入類型：壓力電阻：30～350Ω；熱電阻包括了如PT100、Pt50、Cu50、Cu100等。熱電偶如B、S、R、K、N、E、T等；經變送器輸出的直流信號，包括0～5VDC、-5V～5VDC、0～10VDC、-10V～10VDC、0～75mV、0～10mA、4mA～20mA、0～1mA、-1mA～1mA等量程，根據不同的裝設及定值設置，換算出溫度或其他實際量值。

3.4 微機監(jiān)控系統(tǒng)網絡

在35kV通信屏上將遙信量通過以太網絡通道引入監(jiān)控系統(tǒng)的數據庫中，并傳送至調度端，大大提高了調度對裝置的監(jiān)控能力。

圖1為35kV變配電所的監(jiān)控系統(tǒng)網絡圖。

4 部分硬件選型

GIS柜等為35kV變電所的基本設計內容，不在本文內闡述；本文僅以直流電源柜為例，選用智能型元器件，以契合自動控制系統(tǒng)設計的發(fā)展趨勢。

4.1 直流電源柜系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用GZDW-K-2×30Ah/220-M智能型高頻開關直流電源柜。智能高頻開關直流電源系統(tǒng)由交流配電單元、整流單元、監(jiān)控單元、直流饋電單元、降壓單元、電池單元以及絕緣監(jiān)測單元等組成。

該直流電源柜系統(tǒng)采用高頻開關技術與計算機技術相結合。電源輸出單元采用高頻開關模塊設計，監(jiān)控單元由高性能PLC單元包括多功能擴展端口和觸摸屏組成。蓄電池選用高品質的進口閥控式免維護鉛酸電池。

設計采用絕緣檢測繼電器和絕緣監(jiān)測儀，能夠監(jiān)視饋線接地情況，產生告警信號并上報數據到監(jiān)控單元，當系統(tǒng)發(fā)生絕緣故障時投入低頻交流信號，計算支路的對地電阻和分布電容，并通過RS485通信口與監(jiān)控模塊通信，使本變電站自動控制系統(tǒng)能夠分項檢測一段獨立的直流母線或單母線分段等情況。

設計要求直流電源柜系統(tǒng)對三相交流輸入電壓，蓄電池組端口電壓，蓄電池組充放電電流，負載總電流等關鍵參數進行了綜合監(jiān)測；并實現對空氣開關跳閘，防雷器損壞、電網停電，蓄電池組電壓過/欠壓，蓄電池組充電過流，控制母線過/欠壓等故障告警，并通過柜上的智能顯示屏顯示各故障信號。

直流電源柜系統(tǒng)選用了RS485等開放式接口設計，具有強大的通信功能，以無源接點形式引至本站監(jiān)控系統(tǒng)，方便與變電站自動控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連，實現了實時全方位監(jiān)視、測量和控制。并可在現場或遠方手動復歸，提供對電源系統(tǒng) “遙測、遙控、遙信、遙調”的支持，實現無人值守。

結語

本文針對35kV變電站自動控制系統(tǒng)存在的一些問題，進行了設計與應用分析。主要功能模塊包括通信管理機、監(jiān)控系統(tǒng)以及綜合測控裝置3部分，可完成數據采集、通信以及控制動作，目前該系統(tǒng)已在35kV變電站成功運行，效果良好；在充分利用能源的基礎上，降低了勞動強度，提高了管理效率。

參考文獻

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