大型配电所综合自动化系统的设计与应用

大型配电所综合自动化系统的设计与应用

近年来，随着计算机和通信技术的发展，越来越先进的人才培养和设备为铝厂的电源提供了越来越先进的技术。微机技术在配电所设计中的应用,改变了电磁继电器和晶体管为代表的传统二次设备模式,大大简化了二次系统配置,减少了二次电缆和占地面积,促进了配电所安全运行和自动化综合管理水平的提高。变电站综合自动化系统是以计算机技术为基础,将测量、监控、继电保护和通讯等功能综合在一起,构成一个资源和信息共享的全微机化的变电站二次系统。综合自动化系统改变了传统配电所的控制屏,保护屏、集控台等主体结构和值班维护方式,实现了微机保护加“四遥”(遥测、遥控、遥信、遥调)和无人值守,是配电所自动化控制方式的体现。变电站综合自动化技术在220kV、110kV、10kV、6kV配电所都得到了广泛应用。1综合自动化系统结构变电站综合自动化技术应用于配电所工程设计时,其系统结构主要分为前沿间隔层、配电所管理层和远方调度管理层三大部分,见图1。1.1设置保护监控单元前沿间隔层由若干个相互独立的微机保护监控单元组成。原则上一条进出线回路应配置一套微机保护监控单元,如进线保护监控单元、电容器保护监控单元、出线保护监控单元、母联保护监控单元、贯通保护监控单元、自闭保护监控单元、母线互感器保护监控单元、所用变保护监控单元、计量保护监控单元等。1.2星形通讯网络rs495主要由通讯处理机、调制解调器(MODEM)、GPS卫星同步时钟、显示器和打印机组成。通讯处理机通过MOXA1:16多串口卡和网络电缆与各微机保护监控单元的RS232、RS485通讯接口相连,构成一个星形通讯网络。这种组网方式的优点是:当任意一个微机保护监控单元发生故障时,不会影响到其它微机保护监控单元。通讯处理机实际上是一个通讯规约转换器,它负责将各微机保护监控单元采集的数据归类后上发远方调度,或将远方调度的遥控命令下发给相应的微机保护监控单元。给通讯处理机配置显示器、键盘和打印机等设备,主要是供就地监控用。可以实现分层管理。卫星同步时钟可接收卫星时信号、传递通讯处理机、再以广播方式给各个微机保护监控单元对时,从而保证了各装置时间的高度统一。1.3所管理层的通讯主要由后台机、前置机、集线器、通讯处理机、调制解调器(MODEM)和打印机组成。配电所管理层的通讯处理机通过调制解调器和通讯传递与远方调度管理层的通讯处理机相连。通讯传递可利用电信通讯网中的一个话路(应为始终接通的专线话路)通讯规约采用电力行业标准DL/T667-1999,(lEC-60870-5-103),传输速率9600bps。2微型计算机保护和监控单元的功能2.1模拟量采集主要采集一次设备相应电流、电压互感器二次侧的交流电流、交流电压值,以及直流屏上直流电压的电压值。(1)入加载能力交流电压量输入:0～240V(额定值)电压输入过载能力:400V(连续),4000V(1秒)交流电流量输入:采集保护或测量CT信号电流输入过载能力:80A(连续),100A(1秒)(2)允许输入路径2以上的直接模拟量直流电压量输入:-10V～+10V(额定值)2.2开关量采集主要采集高压隔离开关的状态值。内部24V有源接点输入,负电隔离,1500V耐压。允许12路以上开关量输入(含脉冲量)。2.3脉冲检测主要采集各有功、无功电度表的脉冲量。2.4开关量输出要作为控制高压断路器合闸、分闸的命令输出。接点输出容量:5A,220V(直流)允许8路以上开关量输出2.5led指示的执行(1)前面板主要包括以下5个部分指示灯:装置运行、保护动作、重合闸(或备自救)动作、告警、断路器合位、断路器断位指示等6组LED指示。按键:上、下、左、右四个调解键,Enter为确认键,Esc为退出键。就地信号复位键RS232维护口液晶显示器(2)后面板主要包括端子排、RS-485、RS232通讯口和ECHELON现场总线通讯口。2.6装置面板简单设定可通过当地监控微机(通讯处理机)进行简单设定;可通过微机保护监控器单元的装置面板进行简单设定;可通过微机保护监控单元的RS232维护口利用便携机进行全面的设定。2.7避免了其它硬件对设备的干扰微机保护监控单元内部均带有独立的数据采集、操作和逻辑控制回路。它能独立完成对一次设备的保护、控制和数据采集等功能,不必依赖通讯网和管理层,从而避免了其它微机保护监控单元以及管理层设备对它的干扰影响。微机保护监控单元除了具有微机保护和控制功能外,还有一定的测量功能,从而节省了大量常规变送器,简化了二次系统接线,节省了投资。3应用于基于单元的能源供电技术的电源功能配置3.1保护、自动装置和关闭功能(1)失压保护和过流保护定时限电流速断保护、定时限过电流保护、失压保护。其中,定时限电流速断作为母线主保护,定时限过流保护作为母线和馈出线的后备保护。失压保护主要是为了配合单母分段断路器的备自投功能而设置,并可作为母线和馈出线的后备保护。如果监控器监测到PT断线,则自动闭锁失压保护并发出报警。如果电源进线是电缆线路,则增设零序电流监视。(2)馈过断和变压器保护定时限电流速断保护、定时限过电流保护和一次重合闸(针对长大架空线路)功能。其中,定时限电流速断作为馈出线主保护,定时限过电流保护作为馈出线和变压器的后备保护。馈出线保护动作启动重合闸,电源进线,电容器、母联保护动作以及手动分、合断路器时应闭锁重合闸。重合闸时间以及重合闸后加速电流保护的设置均可根据需要设定。馈出线是电缆线路,则增设零序电流监视。(3)止备自投动作定时限电流速断保护、失压保护、过电压保护和电容器组不平衡电流保护。高压电容器设失压保护,主要是为防止备自投动作时,发生电源电压与电容器残压叠加造成的电容器过电压,损坏电容器的后果。如进线保护动作,进线断路器跳开,电容器失压保护动作将电容器切除,待系统恢复正常,电容器残压消失以后再手动投入电容器。如仅有失压而进线断路器未跳开,电容器电压仍与电源同步,此时闭锁电容器失压保护,禁止因失压而切除电容器。(4)备自投条件确定定时限电流速断保护、定时限速电流保护和备用电源自动投入功能。备自投条件为:主供电源失压,主供进线电流保护未动作,由进线失压保护断开进线断路器,而备供电源电压正常,则备自投装置动作,经一定时间延时,合上母线分段断路器,保证失压段母线的正常供电。(5)母线电压传感器绝缘监视和PT二次回路断线报警3.2三距离功能(1)kvarh馈对策Uab,Ubc,Uca,Ua,Ub,Uc,3Uo,Ia,Ib,Ic,3Io,P,cosφ,f,kwh,kvarh馈出线:Ia,Ib,Ic,3Io,P,kwh。电容器:Uab,Ubc,Uca,Ia,Ib,Ic,Q,kwarh。母联:Ia,Ib,Ic。所用变:Ua,Ub,Uc,Ia。直流屏:母线电压。(2)熔断器设置位置高压断路器和高压隔离开关的状态;高压断路器合闸操作回路的熔断器是否完好;直流系统绝缘临视;微机保护临控单元就地/远方操作切换开关状态;电源进线,馈出线的电缆线路零序电流监视。(3)左方监控和当地监控之间的控命令分级可由远方调度(或当地)控制配电所高压断路器的合分;远方调度和当地监控下发的遥控命令通过优先级区分;优先级可以修改,但原则上当地监控优先级高于远方调度;遥控操作有口令保护,装置返较等一系列防误操作措施。3.3控制站与监控单元的通讯系统可以把配电所各回路运行情况,保护动作信息等数据以一定的格式上发远方调度,或者接收远方调度的下行命令并转发给相应的微机保护监控单元。通过隔离RS-485与显示单元及中央控制站主机通信,微机保护单元独立工作,串行通信口只作参数设定用,与监控单元之间通过I/O口进行联系。对铝厂中的多个变配电站,采用智能化通信板带现场控制站的方案,一块智能化通信板带2个现场控制站,每个现场控制站可带64个监控单元,现场控制站与监控单元之间的通讯速率为9600波特,通讯最远距离为5公里,通讯周期为1秒。现场控制站与中央控制站之间的通讯速率为19200波特,通讯最远距离为1公里,通讯周期为1秒,通讯电流可选用屏蔽双绞线,也可以选用DJYVP-2×2×0.5计算机用屏蔽电缆。3.4自动装置动作当发生以下情况时系统将告警:保护及自动装置动作,发生单相接地故障,PT二次侧断线,直流系统一点接地,合闸操作回路断线,综合自动化系统异常。3.5错误信息记录(1)记录内容故障前一个周波、故障时一个周波、故障后一个周波的故障幅值,故障起始时间和故障历时等。(2)工业电视显示在微机保护监控器的装置面板上带有液晶显示器,正常状态显示线路电流电压,故障时自动显示故障内容。可在当地监控微机(通讯处理机)上显示;可上发远方调度显示处理。3.6打印功能系统可定时打印日常报表,报表格式及打印时间可任意设定,事故状态时可随机自动打印(事件顺序记录)。4独立于自动系统的二级线4.12.电缆分为以下五个部分(1)从高压开关箱到高度表屏用1条4芯电缆实现交流电流量(测量CT)的上送。(2)从高压开关箱到微型计算机保护监控板用一条7芯电缆实现交流电流量(保护CT)的上送。用一条10芯电缆实现开关量的上送及-KM,KDM电源,合分闸脉冲的下送。(3)从零序电流传感器到高压开关箱，四个芯电缆用于实现零序电流的采集(4)从微型保护屏幕到电度表屏幕用一条7芯电缆实现电度脉冲量上送。交流电压量先由母线电压互感器柜送到电度表屏,再由电度表屏转送至微机保护监控屏。4.2次系统接收点(1)微机保护监控器取代了传统的指针式仪表,如电流表、电压表、功率因数表等,省去了上述仪表的其二次接线;(2)断路器的控制、信号回路均由微机保护监控器内部实现,取代了由传统的电磁或机械继电器构成的控制、信号回路,从而大大简化了二次系统接线;(3)微机保护监控单元取代了由传统电磁式继电器构成的继电保护装置及其二次接线;(4)当地及远方调度监控机取代了传统的中央信号装置及二次过线;(5)显示器、键盘和鼠标取代了传统的控制按钮,光学