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基于变电站自动化系统中的安全措施分析及应用

更新时间:2024-03-25      点击次数:94

吴柯霓

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要:阐述变电运行中的问题,电气自动化系统与安全运行措施,包括自动控制设备的投入,电气自动

化与计算机技术相、设备数据的采集与处理、自动化系统的升级、人工智能技术的应用。

关键词:自动控制;数据采集;变电运行

0引言

提升变电站自动化和安全管理水平,对保证整个行业的健康发展具有重要的现实意义。就现阶段的发展情况而言,随着工业现场复杂程度的提高、用电容量的扩大、自动化水平的提高,对于电力系统安全可靠性的要求也日益增长;同时随着压、特高压技术的普遍应用,电网规模不断扩大、影响不断加剧,使得变电站运行难度和抗故障能力需求也不断提升,所以不断提升其自动化水平,应用运行和管理手段,保证电力系统可靠运行。

1变电运行中的问题

1.1操作问题

随着技术的发展变电站防误操作措施日益完善,但对于整个变电系统而言,如果操作过程存在动作不规范的情况,就会造成范围性影响,给一定区域内的电力系统造成安全隐患,严重时甚至会发生重大安全事故。具体操作环节可能存在因某一工作人员实际技能水平不符合规范要求,导致变电设备的某些功能无法正常发挥或者误动作,从而发生设备异常等问题,进而整个区域系统的安全运行。

1.2设备问题

变电系统运行时,人们往往只重视整体效果,忽视了对线路和设备细节状态的关注,因生产节奏紧张及系统关联性等因素,无法停运设备进行详细检修、维护,加上周围环境的影响作用,出现不同程度的老化和故障问题,造成变电设备潜在隐患,从而导致变电系统整体功能性缺陷。同时,随着备的使用年限的增加,也会对变电系统造成不良影响,甚至引发安全事故。

1.3电网的系统性问题

目前,我国电力配电自动化系统并没有发挥出更加实用性的功能,只是在一些经济发达地区的新建项目得到了应用和落实,没有实现大范围的覆盖和普及。虽然较大范围的变配电系统实现了保护的微机化,但对于变配电自动化乃至智能化的认识不足,现实应用存在较大差距。

2变电站的电气自动化系统与安全运行措施

2.1自动控制设备投入

随着信息技术的不断发展,自动化、智能化开始成为时代发展的主流。故此,在变电系统运行中,要加大对于相关设备的研发力度,使其在性能方面更加适用于变电站的建设与运行高新技术往往和高额的建设成本相匹配,从而实现更高的价值。正因如此,在变电站运行中要加大对于自动化设备的投入力度,增加各类运行实时监测、检测技术的应用,不断提升变电站自动化水平。同时,提高设备的管理与维护的智能化,由此来保证设备运行的精良性,为电力安全做出保障。

2.2电气自动化与计算机技术相

  1. 智能巡检

在电气自动化运行管理系统中,的巡检手段是应用机器人巡检系统、在线设备状态检测系善巡检各类监测技术,利用智能化技术手段对相关数据进行反复核查和处理,定期检查变电站相关线路和设备元器件的运行方法,保证故障问题可以在时间得到解决,从根本上维护变电系统的安全稳定性。

  1. 信号处理

将变电系统与自动化处理系统进行结合,通过日常运行状态数据采集,结合大数据分析,对设备运行状态进行模拟,进而提升操作系统的准确性,保证变电安全,使得系统内部各个零件之间实现管理,尽量避免安全隐患。

  1. 信息回传

电气自动控制系统可凭借自动处理功能对信息数据进行及时且的回传,确保故障信息均有对应的处理指令,使计算机所具有的保护功能得到充分发挥,为变电站的安全、稳定运行提供支持。对运行模式进行纠正,及时发现并解决自动巡查相关模块存在的故障。

2.3设备数据的采集与处理

在时代发展的推动之下,变电站逐步走向智能化发展进程,设备运行监测等环节基本上实现自动化,在相关数据的采集处理方面及处理也可以部分智能化,不需要人工操作,程度上解放了劳动力。当然,为了保证变电站能够实现实时监测,需要对电气自动化技术进行革新,根据对终端数据的分析结果来制定出更加科学的设备控制策略,从根本上保证设备监测的性。另外,在数据采集方面,常规设备主要是针对站内设备的电流、电压等内容进行采集,随着技术的发展,红外成像、局部放电检测、无线测温、油样色谱在线监测等新技术的应用逐渐普及,通过相应的检测手段辅助来了解变电站设备的运行情况,可以根据实时数据进行分析汇总,从而提前判断设备恶化趋势、降低事故率,由此来实现电力系统的安全运行。

2.4电气自动化系统的技术升级

对于电力系统运行而言,变电站在其中所起到的作用至关重要,所以电力工作人员要重视起对于变电站的技术管理,由此来保证电力系统的安全运行。在工作开展中,要注意将电气自动化与技术升级相结合,具体需要做好以下方面工作:

(1)对操作人员进行严格的规范管理,使其能够在工作中合理运用各项技术,实现对于技术人员的约束管理;

(2)采用手段如数字孪生等实现沉浸式仿真模拟,对运行、技术人员的能力以及技术进行培训,不断提升自身能力;

(3)将变电站内各类系统,例如,变配电自动化、消防系统、门禁系统、微机防误操作系统、设备在线状态监测系统、机器人巡检系统等进一步,使其能够多方位联动,切实保证电力安全运行。

2.5变电运行的优化

在整个电网架构中,变电站所起到的作用不言而喻,直接关系到电力系统的安全运行。而且随着变电设备的日益化、自动统,以自动化处理技术为发展技术,实现智能巡检。以保证系统安全运行为主要前提条件,不断完化,工作人员的技术水平、突发事故的应对能力、故障综合判断分析能力,对于整个系统的可靠运行更加重要。当然,在工作的过程中,需要时刻谨记安全的准则,将一切工作安排建立在安全的基础之上,为了进一步保证变电设备的安全性不受影响,工作人员需要从以下方面做出考量。

(1)在日常巡检操作中需要对设备本身状态进行严格检验分析,并且对各类信息综合研判,为后续工作的开展提供依据;

(2)要持续保持对于变电运行巡检的力度,实现对于各系统的排查,一旦发现问题要及时进行处理,提升变电运行的可靠性。

2.6基于人工智能技术的变电运维管理

电网设备智慧运维管理系统对供配电设备进行全寿命周期的规范化、数字化管理的大数据和智能化运维应用。变电领域存在众多的运行数据,在人工智能技术的应用下,对变电站进行运营维护,可以保证管理下的设备运行数据得到实时监测,将变电运维管理工作实行得更加。将人工智能技术与设备运行管理相结合,对变电站设备的运行状态进行实时跟踪。通过电力运行和维护过程中产生的数据信息,构建信息化人工智能技术的管理方法,实施智能电网的运营。采用专家知识库+AI智能学习技术的设备在线监测系统取代传统的计划检修方式;一旦设备在运行期间出现故障,采用事故跳闸智慧分析系统替代人工判断、查找事故原因,具有优化电网设备运式、降低故障率、提升供配电设备寿命和供电可靠性等功能,可以提高变电设备管理的效率。通过数字孪生平台VR技术可以实现用可靠、安全、经济的虚拟场景替代高危险性、高成本和部分不可操作的场景进行职业技能培训,用以不断提高运行人员基础理论知识、日常巡检、倒闸操作水平。

3安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统

3.1方案综述

Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成,并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机,提供站内运行的人机联系界面,实现管理控制间隔层设备等功能,形成全站监控,并与远方监控、调度通信;间隔层由若干个二次子系统组成,在站控层及站控层网络失效的情况下,仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

针对工程具体情况,设计方案具有高可靠性,易于扩充和友好的人机界面,性能价格比优越,监控系统由站控层和间隔层两部分组成,采用分层分布式网络结构,站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。

3.2应用场所:

适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。

3.3系统结构

3.4系统功能

3.4.1实时监测

Acrel-1000变电站综合自动化系统,以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态,实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息,动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

3.4.2报警处理

监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号;预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。

1)事故报警。事故状态方式时,事故报警立即发出音响报警(报警音量任意调节),操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位,同时弹窗显示红色报警条文,报警分为实时报警和历史报警,历史报警条文具备选择查询并打印的功能。

事故报警通过手动,每次确认一次报警。报警一旦确认,声音、闪光即停止。

次事故报警发生阶段,允许下一个报警信号进入,即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。

2)对每一测量值(包括计算量值),由用户序列设置四种规定的运行限值(物理下限、告警下限、告警上限、物理上限),分别定义作为预告报警和事故报警。

3)开关事故跳闸到次数或开关拉闸到次数,推出报警信息,提示用户检修。

4)报警方式。

报警方式具有多种表现形式,包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式,用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

3.4.3调节与控制

操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能,允许监护人员在操作员工作站上实施监护,避免误操作。

操作控制分为四级:

第控制,设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时,将闭锁所有其他控制功能,只进行现场操作。

级控制,间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。

第三级控制,站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成,具有远方/站控层的切换。

第四级控制,远方控制,优先级。

原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作,在任何控制方式下都需采用分步操作,即选择、返校、执行,并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码,以确保操作的性和正确性。对任何操作方式,保证只有在上一次操作步骤完成后,才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。

纳入控制的设备有:35kV及以下断路器;35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关;站用电380V断路器;主变压器分接头;继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。

3)定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作,设定启动和关闭时间,完成定时控制。

4)监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点,接点的容量对直流为110V(220V)、5A,对交流为220V、5A。

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3.4.4用户权限管理

系统设置了用户权限管理功能,通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组(如管理员、维护员、值班员组等),在每个权限组里添加用户名和密码,为系统运行、维护、管理提供可靠的保障。

4系统硬件配置

应用场合

型号

图 片

保护功能

35kV变电站综合自动化系统

Acrel-

1000

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可显示变电站主接线图,模拟配电网络运行,实现无人值班模式;根据顺序事件记录、历史曲线、故障录波,协助运维人员实现快速故障分析、定位和排除问题,尽量缩短停电时间;实时采集各回路、设备的电流、电压、功率、电能以及谐波、电压波动等参数,对配电系统和用电设备进行用能分析和能效管理

网关

ANet-

2E8S1

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8路RS485串口,光耦隔离,2路以太网接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA等协议的数据接入,ModbusTCP(主、从)、104(主、从)、建筑能耗、SNMP、MQTT等协议上传,支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GBSD卡(32GB)、支持不同协议向多平台转发数据;每个设备的多个报警设置。输入电源:AC/DC220V,导轨式安装。

35kV/10kV/6kV

弧光保护

ARB5-M

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主控单元,可接20路弧光信号或4个扩展单元,配置弧光保护(8组)、失灵保护(4组)、TA断线监测(4组)、11个跳闸出口;

ARB5-E

扩展单元,多可以插接6块扩展插件,每个扩展插件可以采集5路弧光信号:

ARB5-S

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弧光探头,可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室,也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°,半径0.5m的扇形区域;

35kV/10kV/6kV

进线柜电能质量

在线监测

APView500

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相电压电流+零序电压零序电流,电压电流不平衡度,有功无功功率及电能、事件告警及故障录波,谐波(电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子)、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波,波形实时显示及故障波形查看,PQDIF格式文件存储,内存32G,16D0+22D1,通讯2RS485+1RS232+1GPS,3以太网接口(+1维护网口)+1USB接口支持U盘读取数据,支持61850协议。

35kV/100kV/6kV

间隔智能操控、

节点测温

ASD500

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5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4~20mA输出;

35kV/10kV/

6kV传感器

ATE400

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合金片固定,CT感应取电,启动电流大于5A,测温范围-50-125℃,测量精度±1℃;无线传输距离空旷150米;

35kV/10kV/6kV

间隔电参量测量

APM830

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三相(1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ),零序电流In,四象限电能,实时及需量,本月和上月值,电流、电压不平衡度,66种报警类型及外部事件(SOE)各16条事件记录,支持SD卡扩展记录,2-63次谐波,2D1+2D0,RS485/Modbus,LCD显示;

变压器绕组

温度检测

ARTM-8

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8路温度巡检,预埋PT100,RS485接口,2路继电器输出;

变压器接头测温低压进出线柜接头测温

ARTM-Pn-E

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无线测温采集可接入60个无线测温传感器;U、I、P、Q等全电参量测量;2路告警输出;1路RS485通讯;

ATE400

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合金片固定,CT感应取电,启动电流大于5A,测温范围-50-125C,测量精度±1℃;无线传输距离空旷150米;

柜内环境温湿度

AHE100

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无线温湿度传感器,温度精度:±1℃,湿度精度:±3%RH,发射频率:5min,传输距离:200m,电池寿命:≥3年(可更换)

ATC600

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两种工作模式:终端、中继。ATC600-Z做中继透传,ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m,ATC600-C可接收AHE传输的数据,1路485,2路报警出口。

应用场合

型号

图 片

保护功能

其他功能

35kV/10kV/

6kV进线

AM6-L

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三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护;

操作回路、

双以太网口、

双485口、

2路4-20mA变

送输出、

故障录波、

GPS对时、

全电量测量

直流量测量

35kV/10kV/

6kV馈线

AM6-L

三段式过流保护(带方向、低压闭锁)、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护;

35kV主变

(2000kVA以上)

AM6-D2/

AM-3

两圈变/三圈变差动速断保护、比例制动差动保护;

AM6-TB

变压器后备保护测控、三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、非电量保护、启动通风保护、PT断线告警、遥调升档、遥调降档、遥调急停;

35kV/10kV/

6kV厂用变

AM6-S

三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、零序过流、过负荷保护(告警/跳闸)、控故障告警、PT断线告警、非电量保护;

35kV电机

(2000kW以上)

AM6-MD

差动速断保护、比例差动保护、过流、过负荷、堵转等电机综合保护;

10kV/6kV

异步电机

AM6-M

两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护(告警/跳闸)、低电压保护、PT断线告警、堵转保护、启动超时、热过载保护、电压不平衡;

35kV/10kV/6kV

PT监测

AM6-UB

PT并列/解列、PT监测;

10kV/6kV

电容器

AM6-C

两段式过流/零序过流保护、过负荷保护(告警/跳闸)、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护;

35kV/10kV/

6kV母联

AM6-B

两进线备投/母联备投/自适应备投、联切备投、三段式过流保护(带方向、复合电压闭锁)、PT断线告警、过负荷联切/告警、检同期、合环保护;

5结语

近年来,电气工程自动化水平有了显著提升,变电站也逐渐向着智能化方向发展,在数据采集、操控、防雷技术等环节都开始应用自动化技术,地提升了变电站工作效率,进一步保证电力系统运行安全。参考文献

[1]张惠峰.关于变电站电气自动化实现电力安全运行的对策探讨[J].科技与创新,2020(07):122-123.

[2]李海,王慧,李瑛,肖星辉.变电站电气自动化与电力安全运行研究[J].现代制造技术与装备,

2021,57(07):202-203.

[3]陈贵州.变电站电气自动化控制系统可靠性分析[J].电工技术,2019(02):55-56+58.

[4]赵占国.变电站自动化系统中的安全措施分析[J].集成电路应用,2023,40(01):156-157.

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

作者介绍:

黄琴,女,现任职于安科瑞电气股份有限公司,主要研究变电站综合自动化系统、电力监控系统解决方案