淺談微機綜合自動(dòng)化系統在化工企業(yè)變電站中應用

摘要：大型化工企業(yè)供配電具有的集約型特點(diǎn)，化工企業(yè)內35kV變電站和10kV變電所數量大、分布廣，對于老的大多大型及中型化工企業(yè)而言，其變電站或變電所內高壓電氣設備為舊式繼電保護裝置，可靠性差，隨著(zhù)化工企業(yè)的快速發(fā)展，用電負荷快速增長(cháng)，整體電網(wǎng)技術(shù)水平已很難滿(mǎn)足目前的供電要求。因此，結合化工企業(yè)實(shí)際供配電設施設備及用電需求，將新一代微機綜合自動(dòng)化系統應用到化工企業(yè)供配電改造中。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；供配電改造；變電站；微機綜合自動(dòng)化系統

       變電站微機綜合自動(dòng)化系統在實(shí)際應用中能夠將所用資源及信息相互結合，實(shí)現共享模式，其系統操作簡(jiǎn)單，減少了使用過(guò)程中的維修次數。相比傳統的供電設備其供電穩定性及實(shí)用性?xún)?yōu)勢明顯化，因此在開(kāi)展實(shí)施化工企業(yè)供配電改造中應用該自動(dòng)化系統，使化工企業(yè)的發(fā)展更具效益性。

        結合目前現有的化工企業(yè)供電系統及裝置設備來(lái)看，大多大型及中型化工企業(yè)主要是將電磁型繼電保護裝置應用到35kV或10kV的變電站中來(lái)。實(shí)際運行操作中因為種種原因導致部分變電站在改造或需要擴充的情況下不能很好地實(shí)現控制、室內增添新型設備，如控制盤(pán)、繼電保護器的安裝等。尤其是在供電運行中因為現有的電磁型常規繼電所涉及的保護元件出現嚴重的腐蝕、老化等現象而導致供電障礙。有些老舊零部件已經(jīng)很難保證正常供電的需求，從而使整個(gè)化工企業(yè)的供電使用安全性能及穩定性能受到了威脅，造成后期工作的延誤。在化工企業(yè)供電運行中，因為10kV的變電設備配備的是少油開(kāi)關(guān)，在實(shí)際運行中時(shí)間較長(cháng)，這就導致部分配件及線(xiàn)路老化，從而達不到后期供電需求及供電改造的要求。因此結合現代化供電需求及先進(jìn)化供電設備將變電站微機綜合自動(dòng)化系統應用到化工企業(yè)供配電改造中來(lái)，實(shí)現化工企業(yè)供電使用的穩定性及安全性。

       隨著(zhù)化工行業(yè)的不斷發(fā)展，變電站的使用要能跟得上供電及配電需求，大多化工企業(yè)都想朝著(zhù)少油、防污、節能及自動(dòng)化的先進(jìn)方向發(fā)展前行。這就需要相關(guān)管理部門(mén)結合化工企業(yè)實(shí)際的供電電網(wǎng)結構及變電站配電特點(diǎn)出發(fā)，從省資源、效率快、電網(wǎng)結構科學(xué)合理、能夠滿(mǎn)足自動(dòng)化等方向出發(fā)，實(shí)施合理且針對性較強的化工企業(yè)供電改造。

       對于10kV的變電站在正常運行過(guò)程中，電動(dòng)機在運作過(guò)程中主要是以饋線(xiàn)回路作為供電線(xiàn)路。在運作過(guò)程中可采用輪流制工作的措施對其進(jìn)行日常維護，維護期間制定相關(guān)有針對性的措施對保護進(jìn)行改造，也就是將現有的老舊電磁式繼電保護裝備改造為微機自動(dòng)化式保護裝備?；て髽I(yè)停止用電進(jìn)入休息階段時(shí)，相關(guān)工作人員需對重要饋電路線(xiàn)及備自投、進(jìn)線(xiàn)裝置開(kāi)展實(shí)施科學(xué)的有針對性的微機綜合自動(dòng)化系統的更新。

       大中型化工企業(yè)除了使用10kV的變電站以外，還有35kV的變電站供電系統。相比10kV而言，35kV的變電站在初步設計制造期間就相對更科學(xué)合理，并且在運作期間屬于負荷中心，這就為現期的供電改造提供了有力的改造條件。35kV變電站在改造方案實(shí)施時(shí)，只需要對高壓設備進(jìn)行有目的局部改造就可以，剩下的可在二次保護監控系統實(shí)施維護期間采用分批分期的方法實(shí)現微機綜合自動(dòng)化系統的改造。由于35kV在整個(gè)化工企業(yè)供電的作用及使用范圍較廣，因此想要實(shí)現35kV變電站的自動(dòng)化改造，可在3年之內完成所有供電改造。

        大中型化工企業(yè)在建設投入性的變電站時(shí)，可結合供電需求及現期使用原則將少油、防污、節能及自動(dòng)化的先進(jìn)設備一步到位地應用到本企業(yè)中來(lái)。直接朝著(zhù)省資源、效率快、電網(wǎng)結構科學(xué)合理、滿(mǎn)足自動(dòng)化的方向出發(fā)，使供電性能安全、穩定，電網(wǎng)監管系統完善，將真正的變電站微機綜合自動(dòng)化系統應用到化工企業(yè)供電改造中來(lái)。

        化工廠(chǎng)供電設備在具體使用時(shí)基本采用的都是集中式組屏和分散式組屏兩種，集中式大的特點(diǎn)在于監控及保護集中組屏，一般安裝在主控室內。安裝期間主要涵蓋的設備有遙信插箱、遙控、遙測、相應的保護裝置等，該組屏對應若干線(xiàn)路及設備，各大電氣在實(shí)施控制直流回路、測量交流回路時(shí)都需要用電纜將其送至主控室內。結合化工企業(yè)實(shí)際用電及生產(chǎn)情況，饋線(xiàn)一般使用數量在70條以下20條以上時(shí)，為了更好地適應化工企業(yè)供配電改造的應用與發(fā)展，主要將分層分散式布置應用到實(shí)際中來(lái)，其具體分布機構與功能使用設計原則如下。

3.1系統層次使用功能及結構

       廠(chǎng)站級別的設置在具體應用中主要以集中式組屏為主。而設備具有間隔時(shí)，主要是以分散式布置為主，為了減少二次電纜的使用，又將監控保護系統分開(kāi)應用到各個(gè)開(kāi)關(guān)柜中，該系統結構大的優(yōu)點(diǎn)在于層次分明。其中分布主要是指：將設備組織按照間隔單元層的系統形式進(jìn)行分布，通過(guò)不同站內通信互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現變電站的通信使用，結合功能分配的作用將對稱(chēng)分布式設計原則應用到其中。分層則是指單獨成立并有可控性的通信分層、變電站分層及間隔單元分層。

3.2通信層與變電站層之間的聯(lián)系

        為了使整個(gè)運作系統具有安全可靠性的同時(shí)還能很好地實(shí)現監控功能，在設計建設時(shí)應將雙后臺雙機監控方式應用到現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)控制實(shí)施與網(wǎng)絡(luò )拓撲結構中來(lái)。對于饋線(xiàn)回路數達到70條以下20條以上的10kV變電所或是35kV變電站而言，直接可將雙網(wǎng)雙機結構應用到其中。而針對饋線(xiàn)回路比較少的10kV變電所而言，主要是將單網(wǎng)雙機結構采用到其中。我國在采用人工計算機操作時(shí)，主要是將Windows系統應用到實(shí)際操作中來(lái)，該系統操作簡(jiǎn)單、內容豐富，在系統投入使用中出現特殊情況時(shí)都可與系統協(xié)商，實(shí)現特殊處理化。在網(wǎng)絡(luò )通信系統的使用上一般都采用TCP或IP通信協(xié)議，使化工企業(yè)生產(chǎn)系統與變電站微機綜合自動(dòng)化系統地結合在一起。結合化工企業(yè)實(shí)際用電的特點(diǎn)得出，在進(jìn)行通信層與變電站層連接設計時(shí)可將雙機雙網(wǎng)雙后臺系統機構與雙機單網(wǎng)雙后臺系統機構應用到實(shí)際操作中，具體系統機構分布圖如圖1、圖2所示。

3.3配置間隔及單元層結構

       變電站微機綜合自動(dòng)化系統中，配置間隔及單元層的保護檢測單元主要有兩個(gè)類(lèi)型的實(shí)施方案：一是間隔層保護測控單元分開(kāi)配置；二是間隔級保護單元合一配置?；て髽I(yè)所使用的變電站設備在作為對外貿易階段依據時(shí)只有進(jìn)線(xiàn)的供電才有效，與饋線(xiàn)回路有關(guān)的線(xiàn)路只能作為本企業(yè)核算依據。在本企業(yè)與其他企業(yè)聯(lián)合用電或是本企業(yè)收入效益良好的情況下才能采用配置間隔及分配置的結構；如果大型化工企業(yè)所用配電站線(xiàn)路較多，便可將配置間隔及合一配置的結構應用到貢獻裝置中來(lái)?，F期所使用的監控保護裝置，內部的監控及控制功能主要是由CPU1及CPU2兩個(gè)的模件負責完成。在實(shí)施通信接口聯(lián)系時(shí)主要是通過(guò)RS485通信接口來(lái)完成。配置間隔及合一配置的結構在實(shí)際運作中，既有性還確保了安全性及實(shí)用性，同時(shí)也為化工企業(yè)節省了用電資金的投入。

圖1雙機雙網(wǎng)雙后臺系統機構圖

圖2雙機單網(wǎng)雙后臺系統機構圖

3.4自動(dòng)化系統功能結構的改進(jìn)及應用

       化工企業(yè)在進(jìn)行供配電改造時(shí)，為了將變電站微機綜合自動(dòng)化系統的作用有效發(fā)揮出來(lái)，與實(shí)際用電需求相結合，對技術(shù)指標及功能實(shí)用性進(jìn)行完善使其更具先進(jìn)性。其主要要求有以下幾點(diǎn)：

        使用功能上的要求及改進(jìn)：在進(jìn)行數據實(shí)際采集、遙控、遙測等操作時(shí)。按照變配電的實(shí)際需求來(lái)設定。以及數據的處理及統計、報警處理及限制監控、數據在運行期間的統計與計算等。

       操作控制的改進(jìn)及應用，開(kāi)關(guān)與斷路器間的分合、變壓器分接頭在實(shí)際操作期間的特殊操作及調節。

運行記錄的改進(jìn)，主要在于設備線(xiàn)路的各種操作、運行、某種事件的發(fā)生等，將分欄記錄運用到其中。

        歷史數據及報表的改進(jìn)，經(jīng)過(guò)改造后的變電站微機綜合自動(dòng)化系統，報表按照要求自動(dòng)生成所需數據，并且對收集到的數據有自動(dòng)保存及顯示的作用。同時(shí)對與信息的保護、各種運作、波形、時(shí)間等按企業(yè)相關(guān)要求進(jìn)行記載，能夠對事故進(jìn)行追憶，可再現事故的畫(huà)面。

       經(jīng)過(guò)改造后具有很好的人機界面，主要是對電氣的主接線(xiàn)圖、參數、曲線(xiàn)等相關(guān)要求進(jìn)行在線(xiàn)設定，并具有豐富的設定資源及友好的人機操作性能。

        在技術(shù)操作及使用指導上，所需SOE分辨率及系統時(shí)鐘精度按照國家標準執行。如遙控命令傳送時(shí)間、事故推移畫(huà)面時(shí)間、畫(huà)面在調用期間的響應時(shí)間等，快速準確。

4.1方案綜述

        Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò )系統實(shí)現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯(lián)系界面，實(shí)現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò )失效的情況下，仍能完成間隔層設備的就地監控功能。

        針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價(jià)格比*，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò )結構，站控層網(wǎng)絡(luò )采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò )采用單網(wǎng)雙機熱備配置。

4.2應用場(chǎng)所：

     適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶(hù)端配、用電系統運行監視和控制管理。

4.3系統結構

 

4.4系統功能

4.4.1實(shí)時(shí)監測

        Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

4.4.2報警處理

        監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動(dòng)作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

      1）事故報警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)時(shí)報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢(xún)并打印的功能。

       事故報警通過(guò)手動(dòng)，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。

次事故報警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報警信號進(jìn)入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。

         2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶(hù)序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。

       3）開(kāi)關(guān)事故跳閘到次數或開(kāi)關(guān)拉閘到次數，推出報警信息，提示用戶(hù)檢修。

       4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報警器、語(yǔ)音、短信、電話(huà)等但不限于以上幾種方式，用戶(hù)根據自己的需要添加或修改報警信息。

4.4.3調節與控制

        操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實(shí)施監護，避免誤操作。

       操作控制分為四級：

       第一級控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現場(chǎng)操作。

      第二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

      第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。

      第四級控制，遠方控制，優(yōu)先級。

      原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線(xiàn)路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。

       3）定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

       4）監控系統的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4用戶(hù)權限管理

        系統設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個(gè)權限組里添加用戶(hù)名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

 

 

 

 

       在進(jìn)行化工企業(yè)供配電改造中將變電站微機綜合自動(dòng)化系統應用到其中，憑借自身優(yōu)勢使化工企業(yè)供電系統得到安全穩定的發(fā)展，減少了維護的次數，而且提高了供電的可靠性。因此與現期供電現狀相結合，對其進(jìn)行有針對性的改造，提高化工企業(yè)用電質(zhì)量及生產(chǎn)質(zhì)量，更好地貢獻于我國經(jīng)濟發(fā)展。

參考文獻

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版.

 

作者介紹：

柏為為，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動(dòng)化系統、電力監控系統解決方案