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更新時間：2025-03-04 
瀏覽次數(shù)：659安科瑞 陳聰
摘要：當前，智能電網(wǎng)得到了良好發(fā)展，且應用覆蓋范圍日益擴大，電網(wǎng)建設的智能化水平得到了顯著提高。在智能電網(wǎng)相應體系中，智能變電站占據(jù)著關(guān)鍵性地位，對于智能電網(wǎng)的正常運行和良好發(fā)展具有至關(guān)重要的影響。文中簡述了智能變電站綜合自動化系統(tǒng)的概念，并結(jié)合相關(guān)案例，探究了智能變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計與應用，以期為智能變電站綜合自動化系統(tǒng)的相關(guān)研究提供借鑒。
關(guān)鍵詞：智能變電站；綜合自動化系統(tǒng)；設計；應用
智能變電站綜合自動化系統(tǒng)采用集成化的智能設備，此類智能設備具有較強的先進性和可靠性，且具有低碳環(huán)保的優(yōu)勢。智能變電站綜合自動化系統(tǒng)要求全站信息實現(xiàn)數(shù)字化、通信平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡化，并要求實現(xiàn)標準化的信息共享。通過對智能變電站綜合自動化系統(tǒng)進行科學集成和優(yōu)化，能實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)視，并強化對系統(tǒng)的操作控制和運行管理，且能對相關(guān)信息進行綜合分析，還具備智能告警等功能。
某110kV智能變電站具備兩臺主變，具有2×50 MVA的總?cè)萘浚O置的電壓等級分別110kV、35kV 以及10kV。其中，110kV接線采用單母分段方式，具有2回本期出線，并聯(lián)220kV某變電站；35kV接線采用單母分段方式，具有2回本期出線；10kV接線采用單母分段方式，具有4回本期出線，且對2組電容器進行設置，具有2×4008 kvar的補償容量。
該系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，將間隔作為單位，按照對象實施具體設計。系統(tǒng)選用網(wǎng)絡拓撲形式作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的可靠穩(wěn)定。網(wǎng)絡終端為變電站系統(tǒng)，具有較強的獨立性，且能實現(xiàn)遠方控制。就功能邏輯而言，變電站相應的自動化系統(tǒng)能實現(xiàn)對DL/T860相關(guān)規(guī)定的滿足。系統(tǒng)主要由以下各層構(gòu)成。
過程層。該層的主要構(gòu)件包括智能終端、互感器以及合并單元，能實現(xiàn)對控制命令的執(zhí)行，并實現(xiàn)對設備運行狀態(tài)的監(jiān)測，且具備對運行電氣量進行采集的功能。
間隔層。該層主要包括如下子系統(tǒng)：網(wǎng)絡記錄分析、計量以及測量保護等，即使站控層以及網(wǎng)絡處于失效狀態(tài)，仍能實現(xiàn)對監(jiān)控設備相關(guān)命令的執(zhí)行。
站控層。該層除主機外，還包括網(wǎng)絡打印機、操作員工作站等，能實現(xiàn)對人機聯(lián)系界面的清晰生成，并對過程層與間隔層各自的運行狀態(tài)進行掌控，同時，其內(nèi)部構(gòu)建有系統(tǒng)完善的管理以及監(jiān)控站，能時刻保持與遠方監(jiān)控站以及調(diào)度的良好通信。
基于設計具體需求，該系統(tǒng)主要具備如下功能：遙測量；遙信；遙控；遙調(diào)。
遠動通信裝置，主要對調(diào)度端相應的接口以及規(guī)約轉(zhuǎn)換等問題進行解決，且通信接口數(shù)量充足，能與調(diào)度端實現(xiàn)良好通信；主機兼操作員工作站，能確保實現(xiàn)安全可靠的操作，并增強操作的便捷性和直觀性。站控層設備應具備主通道通信以及備通道通信的相應功能；配置相關(guān)裝置，實現(xiàn)故障錄波，并能實現(xiàn)通信記錄分析，對網(wǎng)絡通信狀態(tài)進行監(jiān)視，及時發(fā)現(xiàn)各類故障及隱患并發(fā)出警報，預先對故障處理策略進行科學擬定，實現(xiàn)對故障的快速排除；確保通信記錄具備良好的完整性；對保護裝置針對故障是否作出正確及時的應對反應進行了解，若未能作出應對，應及時查找并解決相關(guān)隱患；通信在線監(jiān)視終端應具備相關(guān)功能，實現(xiàn)的遠程維護和實時監(jiān)視，實現(xiàn)對通信信息的完整記錄，且能對通信隱患及相關(guān)故障發(fā)生告警，并能對通信狀態(tài)實時的在線監(jiān)視。
間隔層主要包括以下設備：主變保護與測控裝置、智能終端、110kV線路以及相應的分段保護測控裝置；35kV線路以及相應的集分段保護、計量測控以及故錄等功能為一體的裝置；10kV線路以及相應的集電容器保護、計量測控以及故錄等功能為一體的裝置。
過程層主要包括以下設備：主變?nèi)齻?cè)合并單元、智能終端裝置；主變非電量保護以及本體智能終端裝置；主變中性點電流以及間隙電流并入主變110kV相應側(cè)合并單元；110kV各間隔合并單元以及智能終端裝置；110kV母線電壓互感器合并單元以及智能終端裝置。
對于各類異常狀況以及事故，監(jiān)控系統(tǒng)能對之進行自動分類，并發(fā)出警報，且能以事故呈現(xiàn)出的嚴重程度作為依據(jù)，對事故等級進行科學設定。當發(fā)生事故時，監(jiān)控系統(tǒng)相應的標志等會保持閃光狀態(tài)。當相關(guān)操作人員對之實施復位操作后，指示燈才會熄滅。監(jiān)控系統(tǒng)還能對測點相應的限值以及越限值進行設置。當發(fā)生預先情況時，即將警報發(fā)出，并對控制傳達相應的畫面。
監(jiān)控系統(tǒng)主要有以下各層構(gòu)成：（1）應用層，該層主要包括系統(tǒng)監(jiān)控服務、通信管理以及系統(tǒng)主控等模塊；（2）應用服務層，該層主要構(gòu)件為應用服務器；（3）底層，該層主要包括歷史以及參數(shù)數(shù)據(jù)庫。
系統(tǒng)組態(tài)模塊，主要包括以下模塊。
圖形監(jiān)控模塊。該模塊能實現(xiàn)對變電站實際運行狀態(tài)的實時監(jiān)視，且能對之實施的控制操作。
歷史報警模塊。該模塊可分為兩類，一類是歷史報警模塊，能實現(xiàn)對歷史報警相關(guān)信息的查詢，并能實現(xiàn)對變電站相應的遙信變位以及各項事故的檢索查詢，并提供相關(guān)依據(jù)幫助事故排查分析 ；一類是實時報警模塊，能實現(xiàn)對實時報警信息的準確描述。
曲線瀏覽模塊。該模塊可分為兩類，一類是歷史曲線模塊，能通過曲線形式對模擬量相應的歷史數(shù)據(jù)進行瀏覽；一類是實時曲線模塊，將對象作為實時曲線的基準，能實現(xiàn)對模擬量對象相應的實際運行值趨勢的瀏覽。
報表瀏覽模塊。該模塊能實現(xiàn)對報表相關(guān)數(shù)據(jù)信息的瀏覽。
事故追憶模塊。該模塊將事故發(fā)生前后的相關(guān)模擬量相應的數(shù)目及報警信息保存于歷史庫中，并能遵循設定時間相應的間隔實現(xiàn)對模擬量數(shù)據(jù)的采樣。
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機，提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面，實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)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，性能價格比優(yōu)*，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
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端配、用電系統(tǒng)運行監(jiān)視和控制管理。
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。
監(jiān)控系統(tǒng)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，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動，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，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)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），由用戶序列設置四種規(guī)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）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，推出報警信息，提示用戶檢修。
4）報警方式。
報警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
第控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權(quán)。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現(xiàn)場操作。
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。
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(zhí)行，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時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及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(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）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。
4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
系統(tǒng)設置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
5系統(tǒng)硬件配置
| 應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | |
| 35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) | Acrel- 1000 |
| 可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡運行，實現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運維人員實現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設備進行用能分析和能效管理 | |
| 網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E8S1 |
| 8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT等協(xié)議上傳，支持斷點續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持標準8GBSD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC220V，導軌式安裝。 | |
| 35kV/10kV/6kV 弧光保護 | ARB5-M |
| 主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； | |
| ARB5-E | 擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： | |||
| ARB5-S |
| 弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； | ||
| 35kV/10kV/6kV 進線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 | APView500 |
| 相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態(tài)、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 | |
| 35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點測溫 | ASD500 |
| 5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； | |
| 35kV/10kV/ 6kV傳感器 | ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | |
| 35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 | APM830 |
| 三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； | |
| 變壓器繞組 溫度檢測 | ARTM-8 |
| 8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； | |
| 變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 | ARTM-Pn-E |
| 無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； | |
| ATE400 |
| 合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； | ||
| 柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 | AHE100 |
| 無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） | |
| ATC600 |
| 兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 | ||
| 應用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 |
| 35kV/10kV/ 6kV進線 | AM6-L |
| 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | 操作回路、 雙以太網(wǎng)口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量 |
| 35kV/10kV/ 6kV饋線 | AM6-L | 三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護、斷路器失靈保護； | ||
| 35kV主變 （2000kVA以上） | AM6-D2/ AM-3 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | ||
| AM6-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停； | |||
| 35kV/10kV/ 6kV廠用變 | AM6-S | 三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； | ||
| 35kV電機 （2000kW以上） | AM6-MD | 差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉(zhuǎn)等電機綜合保護； | ||
| 10kV/6kV 異步電機 | AM6-M | 兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； | ||
| 35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM6-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | ||
| 10kV/6kV 電容器 | AM6-C | 兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； | ||
| 35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) | AM6-B | 兩進線備投/母聯(lián)備投/自適應備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護； |
綜上所述，采用上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及硬件、軟件對智能變電站綜合自動化系統(tǒng)進行設計，能保障變電站內(nèi)各類一次設備和二次設備實現(xiàn)安全穩(wěn)定運行。同時，對智能變電站綜合自動化系統(tǒng)采用模塊化設計，能實現(xiàn)對人力、資金的節(jié)約，并有助于增強系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)安全可靠供電，且能強化對系統(tǒng)運行的監(jiān)控。
[1]鄭劍云.35kV智能變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計與應用[J].電工電氣，2014（7）：62-64.
[2]孟濤.智能變電站綜合自動化系統(tǒng)的設計與應用.
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版．
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