安科瑞 繆凱倫
摘 要：變電站綜合自動化系統(tǒng)是將變電站內(nèi)的二次設(shè)備經(jīng)過功能的組合和優(yōu)化設(shè)計，利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)、信號處理技術(shù)，實現(xiàn)對全變電站的主要設(shè)備和輸、配電線路的自動監(jiān)視、測量、控制、保護、并與上級調(diào)度通信的綜合性自動化功能。
關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化系統(tǒng)；自動監(jiān)視；保護；調(diào)度通信
1. 概述
安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園是為創(chuàng)建安慶市經(jīng)濟健康持續(xù)發(fā)展的長期環(huán)境安全保障、建設(shè)資源節(jié)約型社會、推進和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、提高土地利用價值、構(gòu)建固體廢棄物綜合處置和資源化平臺、提升安慶市整個城市的面貌、解決未來安慶市固體廢棄物的出路。
本次建設(shè)內(nèi)容包括：危險廢物處理中心、有木幾廢棄物處理中心、配套建設(shè)園區(qū)污水處理廠和園區(qū)管理中心等，該建設(shè)內(nèi)容包括了安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園項目紅線范圍內(nèi)得所有固體廢棄物處理子項目，以及園區(qū)紅線范圍內(nèi)、外為園區(qū)配套的市政設(shè)施。全廠共設(shè)置35kV變電所1座，區(qū)域變電所3座。35kV變電所為獨立二層建筑物，其中一層為35kV開關(guān)室、35kV變壓器室、10kV開關(guān)室，二層為10kV變壓器及0.4kV開關(guān)室、通信室。區(qū)域變電所為裝置樓一層獨立區(qū)域，配置10kV開關(guān)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。本項目外線電源由國網(wǎng)安慶市供電公司提供，一路電源為晴嵐變35kV京環(huán)313專線作為常用電源、35kV電壓等級，二路電源為朝陽變10kV山口17線作為備用電源、10kV電壓等級。
圖1 靜脈產(chǎn)業(yè)園現(xiàn)場圖
2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
變電站綜合自動化系統(tǒng)是指：通過執(zhí)行規(guī)定功能來實現(xiàn)某一給定目標的一些相互關(guān)聯(lián)單元的組合，變電站綜合自動化系統(tǒng)是利用計算機技術(shù)、現(xiàn)代電子技術(shù)、通信技術(shù)和信息處理技術(shù)等實現(xiàn)對變電站二次設(shè)備的功能進行重新組合、優(yōu)化設(shè)計，對變電站全部設(shè)備的運行情況執(zhí)行監(jiān)視、測量。
系統(tǒng)可分為三層結(jié)構(gòu)：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。
現(xiàn)場設(shè)備層：包含微機保護、智能操控、多功能儀表、計量表等設(shè)備，用于采集站內(nèi)配電柜內(nèi)電氣運行參數(shù)、開關(guān)狀態(tài)、電氣接點溫度等數(shù)據(jù)，同時分別在35kV變電站和10kV變電所配置多套直流電源，保障現(xiàn)場設(shè)備良好的運行環(huán)境。
網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含ANet-2E8S智能網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，分散10kV變電站通過數(shù)據(jù)采集箱（內(nèi)置智能網(wǎng)關(guān)）采集數(shù)據(jù)通過光纖上傳至通信室變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)平臺；同時網(wǎng)關(guān)充當遠動通信裝置，將現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)采集后通過交換機經(jīng)縱向加密數(shù)據(jù)加密后上傳調(diào)度網(wǎng)。
平臺管理層：l變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)平臺、國網(wǎng)安徽省安慶電力調(diào)度控制中心平臺。
圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3. 解決方案
本項目35kV變電所1座，區(qū)域變電所3座，35kV變電所為獨立二層建筑物，其中一層為35kV開關(guān)室、35kV變壓器室、10kV開關(guān)室，二層為10kV變壓器及0.4kV開關(guān)室、通信室。區(qū)域變電所為裝置樓一層獨立區(qū)域，配置10kV開關(guān)柜、變壓器及0.4kV低壓柜。。
35kV變電所內(nèi)35kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖如圖1所示，共有4面開關(guān)柜，分別為：1面進線柜、1面出線柜、1面計量柜、1面PT柜。
圖3 35kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖
35kV變電所內(nèi)10k開關(guān)室一次系統(tǒng)圖如圖2所示，共有16面開關(guān)柜、其中2面10kV進線柜、9面變壓器出線柜（含備用出線柜3面）、1面母聯(lián)柜、1面隔離柜、2面PT柜、1面計量柜。
圖4 10kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖
圖5 各分散10kV變電所進線柜一次系統(tǒng)圖
3.1. 方案綜述
本次工程在35kV、10kV配電系統(tǒng)中配置微機保護裝置，對每面35kV、10kV高壓開關(guān)柜內(nèi)配置開關(guān)狀態(tài)操控裝置，對電氣量采集和對電氣設(shè)備（如斷路器）的狀態(tài)監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，發(fā)生故障時，由微機保護裝置完成瞬態(tài)電氣量的采集、監(jiān)視和控制，迅速切除故障設(shè)備和完成事故后的恢復操作。
在每面35kV、10kV高壓變配電開關(guān)柜配置1臺多功能電表，在晴嵐變35kV京環(huán)313專線間隔處、客戶側(cè)35kV變電所備用電源計量柜處、客戶側(cè)35kV變電所主用電源計量柜處、客戶側(cè)35kV變電所低壓柜辦公照明出線處、客戶側(cè)35kV變電所低壓柜職工宿舍負荷出線處裝有計量儀表，其中在總變電所安裝負荷采集終端箱，收集計量點客戶側(cè)四處計量表的電能信息，用于遠程監(jiān)控及電量數(shù)據(jù)采集。
在35kV總變配置1套DC220V/100AH柜式直流電源，各區(qū)域變電所在高壓柜配置DC220V/20AH分布式直流電源，為整個變電站的斷路器、二次設(shè)備及監(jiān)控主機等重要設(shè)備運行提供穩(wěn)定可靠的電源。
在通信室配置一臺時鐘同步裝置，實現(xiàn)變電站內(nèi)所有微機保護裝置、監(jiān)控主機、規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置、遠動裝置、廠站采集終端的時鐘同步。
在通信室配置一套變電站綜自自動化系統(tǒng)，通過規(guī)約轉(zhuǎn)換裝置采集站內(nèi)UPS、直流屏數(shù)據(jù)，通過光纖組網(wǎng)與分散的各區(qū)域10kV變電所通信實現(xiàn)變電站綜合自動化監(jiān)控與管理。
在通信室配置一面通訊屏、一面調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏，通訊屏配置1套155M光傳輸設(shè)備，內(nèi)配1塊155M單光口板，配置2臺PCM接入設(shè)備（1臺安裝在35kV靜脈變，一臺安裝在安慶市調(diào)度），通過專用通道點對點方式實現(xiàn)變電站與調(diào)度端通訊。調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏配置數(shù)據(jù)1臺路由器、2臺交換機、2臺縱向加密裝置、1臺網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置、1臺廠站采集終端，廠站采集終端實現(xiàn)站內(nèi)的總電能計量與所用變計量。
3.2. 功能需求
3.2.1. 本地數(shù)據(jù)采集
變電站綜合自動化系統(tǒng)需采集設(shè)備數(shù)量共計34臺，本地設(shè)備根據(jù)數(shù)據(jù)類型主要分為遙測、遙信、電能三類數(shù)據(jù)，部分數(shù)據(jù)展示如下：
遙測信息
遙信信息
電能信息
3.2.2. 電力安全防護需求
為了加強安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護，抵御惡意代碼等對監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)起的惡意破壞和攻擊，以及其它非法操作，防止電力監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓和失控，和由此導致的變電站一次系統(tǒng)事故和其他事故，需制定電力安全防護方案。
安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程內(nèi)配置變電站監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)、電能信息采集裝置。
變電站監(jiān)控系統(tǒng)
本站變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)，配置一臺監(jiān)控后臺主機兼操作員站。主要實現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視和控制功能，以監(jiān)測控制計算機為主體，加上檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)與被監(jiān)測控制的對象（生產(chǎn)過程）共同構(gòu)成的整體。在這個系統(tǒng)中，計算機直接參與被監(jiān)控對象的檢測、監(jiān)督和控制，采用IEC104規(guī)約、端口號2404，并實時與地調(diào)自動化主站系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸。裝置操作系統(tǒng)采用64位WINDOWS 7旗艦版，數(shù)據(jù)庫版本為SQL Server 2008R2。
電能信息采集裝置
本站配備了一套積成電子生產(chǎn)的型號為iES-E70廠站采集終端電能信息采集裝置。電能信息采集器是一種用于采集、存儲和轉(zhuǎn)送電站關(guān)口表采集和生成的計量計費信息的裝置，配置2個以太網(wǎng)口，電源供電方式為：交直流220V。裝置通過與電度表通信，收集電度表采集和生成的計量計費信息。采集器通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)非實時業(yè)務與計量計費主系統(tǒng)通信，地調(diào)接入網(wǎng)上傳通信端口為1020，上報所采集和生成的的計量計費信息。
項目二次系統(tǒng)及生產(chǎn)廠商、操作系統(tǒng)具體版本號等情況如下：
3.2.3. 主機與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加固
安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程現(xiàn)場應用的監(jiān)控服務器系統(tǒng)組態(tài)軟件Acrel-1000，以及網(wǎng)絡(luò)邊界處的通信網(wǎng)關(guān)機ANet-2E8S1等，使用非LINUX Ubantu的安全加固操作系統(tǒng)，已關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò)服務，具體內(nèi)容如下：
(1) 確定生產(chǎn)控制大區(qū)計算機設(shè)備各網(wǎng)卡的IP地址正確配置
(2) 關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò)服務
(3) 禁止網(wǎng)絡(luò)非法外聯(lián)；
(4) USB口、光驅(qū)用封條貼住，禁止USB、光驅(qū)移動介質(zhì)接入
(5) 強化口令密碼，刪除默認多余賬戶，不同的賬戶對應不同的權(quán)限設(shè)置
(6) 禁止在計算機上安裝與運行監(jiān)控系統(tǒng)無關(guān)的軟件。
使用其它系統(tǒng)同樣進行主機安全加固，加固方式包括：
(1) 卸載不必要的應用軟件、主機密碼復雜度，
(2) 主機多余賬戶刪除，關(guān)閉3389、135、138、445端口
(3) 使用無惡意芯片和無安全隱患計算機、存儲設(shè)備
(4) 確定生產(chǎn)控制大區(qū)計算機設(shè)備各網(wǎng)卡的IP地址正確配置
(5) 關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò)服務，禁止網(wǎng)絡(luò)非法外聯(lián)
(6) 強化口令密碼，刪除默認多余賬戶，不同的賬戶對應不同的權(quán)限設(shè)置
(7) 禁止在計算機上安裝與運行監(jiān)控系統(tǒng)無關(guān)的軟件。
現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如A、B網(wǎng)交換機，業(yè)務交換機等，對網(wǎng)口實行MAC地址綁定，實現(xiàn)專口專用，對于多余網(wǎng)口進行關(guān)閉并用防塵塞封堵端口貼上“端口禁用標志"。
安慶市靜脈產(chǎn)業(yè)園配電工程項目監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)及邊界防護如下圖所示：
圖6 監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)及邊界防護圖
3.3. 配置設(shè)備清單
3.4. 現(xiàn)場應用圖
圖7 10kV有木幾車間變電所圖
圖8 10kV有木幾車間變電所圖
圖9 10kV朝陽變山口17線備用電源變電所圖
圖10 通信室現(xiàn)場圖
4. 系統(tǒng)功能
4.1. 實時監(jiān)測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)人機界面友好，能夠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。其中，10kV配電系統(tǒng)中監(jiān)測的開關(guān)量主要有：斷路器分、合閘信號，手車工作、試驗位置信號，遠方/就地切換位置信號、彈簧儲能狀態(tài)信號、接地刀合分信號、變壓器超溫跳閘信號、高溫報警信號，保護跳閘信號和事故預告信。
圖11 實時監(jiān)測主界面圖
4.2. 電參量查詢
在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、三相總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等，并可以查看24小時相電流趨勢曲線。
圖12 電參量查詢界面圖
4.3. 運行報表
能查詢各回路或設(shè)備時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等。
圖13 電參量運行統(tǒng)計報表界面圖
4.4. 歷史事件查詢
能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
圖14 歷史數(shù)據(jù)查詢界面圖
4.5. 電能統(tǒng)計報表
具備定時抄表匯總統(tǒng)計功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運行以來任意時間段內(nèi)各配電節(jié)點的用電情況，即該節(jié)點進線用電量與各分支回路消耗電量的統(tǒng)計分析報表。
圖15 電能信息運行日報表界面圖
4.6. 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖
系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
圖16 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖
4.7. 遙控功能
可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。配電系統(tǒng)維護人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的主界面完成遙控操作，并遵循遙控預置、遙控返校、遙控執(zhí)行的操作順序，可以及時執(zhí)行調(diào)度系統(tǒng)或站內(nèi)相應的操作命令。
圖17 遙控操作界面圖
4.8. 曲線查詢
在曲線查詢界面可以直接查看各電參量曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等曲線。
圖18 曲線查詢界面圖
5. 結(jié)語
變電站綜合自動化系統(tǒng)在變電站的作用越來越顯著，對實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和運維管理現(xiàn)代化，提高電網(wǎng)的安全和可靠運行水平起到了很大的作用，因此縣級電網(wǎng)中的變電站要進一步加強綜合自動化系統(tǒng)水平，提高運維人員的技能，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
參考文獻
[1] 李新顏.變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)[D].上海交通大學.2009-05
[2] 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護規(guī)定》．2014-08-01
[3] 錢怡，江波.變電站綜合自動化系統(tǒng)存在的問題及解決措施[J].2016:16
