石人溝鐵礦35 kV變電站無人值守自動化系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

馮相印，劉秀峰，田廣才

(河北鋼鐵集團礦山設(shè)計有限公司，河北 唐山 063000)

0 引 言

石人溝鐵礦35 kV變電站始建于1973年，屬于用戶型終端變電站?，F(xiàn)變電站裝備有兩臺型號為SFZ9-12500/35變壓器，兩臺變壓器供給側(cè)35 kV電源分別引自蘇石一線和蘇石二線，變壓器輸出側(cè)為6 kV，出線引入601和602，然后分別接入一段和二段供電線路，高壓室內(nèi)配置有41面高壓配電柜，變電站內(nèi)設(shè)備軟件相對比較老舊。

該設(shè)計是在對變電站現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，升級改造為綜合自動化控制變電站，同時變電站增加視頻監(jiān)控系統(tǒng)，安裝火災(zāi)自動報警系統(tǒng)與排風(fēng)機自動控制系統(tǒng)。變電站內(nèi)不設(shè)置固定運行值班人員，運行檢測、視頻監(jiān)控和主要控制操作由變電站控制室、石人溝鐵礦調(diào)度室、動力車間監(jiān)控中心按權(quán)限分工實現(xiàn)；其中變電站控制室就地操作原權(quán)限功能不變，石人溝鐵礦調(diào)度室在遙控中起到遙停功能，無遙調(diào)功能，動力車間僅監(jiān)控?zé)o操作權(quán)限。該自動化控制系統(tǒng)提高了設(shè)備運行的安全性與可靠性，提高了救災(zāi)能力及事故響應(yīng)速度，同時響應(yīng)國家電網(wǎng)“變電站標準化管理模式”號召，以便緩解因礦山退休減員而造成崗位人員空缺問題，降低崗位人員數(shù)量，降低勞動成本。

1 變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)

該自動化監(jiān)控系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，以監(jiān)控主機、通訊管理機、智能電度表、UT-800系列保護測控裝置與五防系統(tǒng)為一體，實現(xiàn)監(jiān)視、控制、繼電保護、微機五防、遙視與事故報警等功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過與變電站內(nèi)的通訊管理機之間的通訊，獲取變電站設(shè)備的運行信息；同時監(jiān)控系統(tǒng)采集到變電站的設(shè)備運行信息后，經(jīng)過篩選把相關(guān)信息通過通訊手段傳送到上級系統(tǒng)或同級內(nèi)的其它系統(tǒng)。以圖形畫面的形式監(jiān)視變電站內(nèi)設(shè)備運行情況，主要有：有功、無功、電流、電壓、動作信號、主變油溫、線路用電量等信息。其事故報警源包括：一次設(shè)備裝置信號變化，邏輯計算點狀態(tài)變化，遙測量、模擬計算量越限，系統(tǒng)異常報警等；報警級別分為事故告警、預(yù)告警和一般告警。同時該系統(tǒng)可計算用于補充采集不足的遙測、遙信量(如功率總加、功率因數(shù)、負荷率)，包括自定義公式計算、功率因數(shù)、負荷率、積分電度與電度的峰、平、谷值等，其中計算公式支持簡單條件判斷。該系統(tǒng)實現(xiàn)了運行信息統(tǒng)計，方便運行人員對設(shè)備、信息的管理，如：次數(shù)統(tǒng)計、累計時間、比率(主要是誤碼率、電壓合格率、遙控成功率)，而且每個統(tǒng)計點可以定義獨立的統(tǒng)計周期(小時、日、月、年)，可以隨時暫?；蚧謴?fù)統(tǒng)計。其它應(yīng)用功能：VQC(電壓無功自動控制)、小電流接地選線、PDR(事故追憶)、旁代計算、數(shù)據(jù)快照等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案如圖1。

五防系統(tǒng)可實現(xiàn)變電站內(nèi)防止誤操作，確保變電站安全運行，防止人為誤操作設(shè)備，任何正常倒閘操作都必須經(jīng)過五防系統(tǒng)的模擬預(yù)演和邏輯判斷，可大大防止和減少電網(wǎng)事故的發(fā)生強。其中強制性五防閉鎖：通過對一次設(shè)備加裝鎖具，對其操作實施強制閉鎖，只有在本系統(tǒng)中模擬通過后以正確順序進行的操作方可解鎖操作，從而達到五防的目的；并且在上位機輔助工具可實現(xiàn)在軟件配合下對系統(tǒng)圖形進行維護，實現(xiàn)閉鎖編碼測試、鎖具開鎖測試、設(shè)備編碼采集等功能，能夠根據(jù)使用情況對系統(tǒng)進行參數(shù)配置。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機、硬盤錄像機、傳輸線路、交換機以及監(jiān)視器組成。通過遍布于35 kV變電站內(nèi)外各關(guān)鍵區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)攝像機，實現(xiàn)對重要關(guān)鍵部位實時視頻監(jiān)視。設(shè)置數(shù)量為28臺，監(jiān)視部位如下：35 kV變電站外墻設(shè)置8臺；電容室內(nèi)設(shè)置2臺；電容室外設(shè)置2臺；配電室外設(shè)置2臺；配電室內(nèi)設(shè)置14臺；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2。既可實現(xiàn)設(shè)備運行狀況和周邊環(huán)境的視頻資料的記錄和實時查看。通過對采集的信息進行分析，及時快速的制定應(yīng)對措施。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)圖

3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

35 kV變電站內(nèi)設(shè)計火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，采用區(qū)域報警系統(tǒng)，其主要包括：火災(zāi)探測器、手動報警裝置、聲光報警器及火災(zāi)報警控制器和相應(yīng)的模塊等。根據(jù)變電站火災(zāi)特性設(shè)置點型光電感煙探測器(編碼型)，二總線可以直接接入火災(zāi)報警控制器中，一個探測區(qū)域內(nèi)設(shè)置數(shù)量值：N=S/K*A。變電站內(nèi)的電纜接頭、端子等發(fā)熱部位設(shè)置測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器—可恢復(fù)式纜式線型感溫探測器，探測器應(yīng)采用“S”形布置在每層電纜的上表面?；馂?zāi)報警控制器作為該系統(tǒng)的核心裝置，采用智能化二總線，中文液晶顯示，分2個回路，最大地址點數(shù)512點，配備8路繼電器有源輸出，帶7路多線控制盤和一路聲光警報專用輸出，聯(lián)動地址與報警地址混編，備電需配14 Ah-12 V電池2節(jié)。具體系統(tǒng)圖如圖3所示。

圖3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)圖

4 排風(fēng)機自動控制系統(tǒng)

采用SIEMENS、S7-200、SMART系列PLC做為控制器(原理如圖4)，對電纜溝2臺風(fēng)機進行自動控制，進行本地和遠程啟停操作。石人溝鐵礦調(diào)度室新增一臺觸摸屏，通過觸摸屏可實現(xiàn)遠程操作，本地操作通過控制箱按鈕實現(xiàn)。同時利用火災(zāi)報警控制(聯(lián)動型)內(nèi)部7路多線控制盤連接至現(xiàn)場I/O模塊或風(fēng)機控制箱進行有效的啟動、停止等操作。CPU和觸摸屏之間采用通信光纖及工業(yè)以太網(wǎng)進行通訊，交換機與其他設(shè)備之間采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲；并預(yù)留網(wǎng)絡(luò)接口，為以后廠級網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

圖4 排風(fēng)機PLC原理圖

5 結(jié) 語

該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于石人溝鐵35 kV變電站，實現(xiàn)了分層分布式綜合自動化管理，日常監(jiān)測與控制全部由該系統(tǒng)完成，發(fā)現(xiàn)隱患可以自動預(yù)警，從而在技術(shù)上保證了無人值守變電站的供電可靠性，滿足了安全供電的管理要求，變電站內(nèi)日常值班人數(shù)減少了4人，實現(xiàn)了改造效益最大化目標。同時通過與監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)與排風(fēng)機自動控制系統(tǒng)的配合使用，可以盡可能保證變電站內(nèi)的安全，高效、穩(wěn)定運行，對各種變電站內(nèi)各種情況實時監(jiān)測、及時報警。該系統(tǒng)改變了以往只能人工手動操作的弊端，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益，逐漸成為電力系統(tǒng)的一個發(fā)展趨勢。