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摘 要：Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，是我司根據(jù)電力系統(tǒng)自動化及無人值守的要求，總結(jié)國內(nèi)外的研究和生產(chǎn)的先進經(jīng)驗，專門研制出的新一代電力監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有保護、遙測、遙信、遙脈、遙調(diào)、遙控功能，可實現(xiàn)無人或少人值守功能，為監(jiān)控系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、可靠運行提供了全新的解決方案。系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，整個監(jiān)控系統(tǒng)在物理上分為兩個層：站控層和間隔層。站級通信網(wǎng)絡(luò)采用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)及TCP/IP通信協(xié)議，物理媒介可以為光纖、網(wǎng)線、屏蔽雙絞線等。系統(tǒng)支持Modbus RTU、Modbus TCP、CDT、IEC60870-5-101、IEC60870-5-103、IEC60870-5-104、等通信規(guī)約。
關(guān)鍵詞：變電站綜合自動化系統(tǒng)；無人值守。
1.概述
該物流園變電站為全戶內(nèi)兩層布置。一樓西側(cè)為主變室。東側(cè)為10kV配電裝置室，東北側(cè)為二次設(shè)備室。二層?xùn)|側(cè)為35kV 配電裝置室，西北側(cè)為10kV電容器室。35kV配電裝置采用金屬鎧裝移開式開關(guān)柜，戶內(nèi)單列布置；10kV配電裝置采用金屬鎧裝移開式開關(guān)柜，戶內(nèi)雙列布置。35kV供電系統(tǒng)采用雙母線分段系統(tǒng)，共有13面高壓開關(guān)柜；10kV供電系統(tǒng)采用雙母線分段系統(tǒng)，共有21面高壓開關(guān)柜；綜合自動機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置在電氣監(jiān)控室。
根據(jù)用戶配電系統(tǒng)管理需求，需要對35kV開關(guān)柜、10kV開關(guān)柜、35kV/10kV主變、交直流系統(tǒng)等進行全方面監(jiān)控與保護，及時發(fā)現(xiàn)故障故障，保證配電系統(tǒng)可靠運行。
結(jié)合用戶實際生產(chǎn)工藝要求，為實現(xiàn)本項目35kV變電站的全方面監(jiān)控與管理，在35kV和10kV配電回路中配置AM5SE系列進線保護、主變保護及各種出線保護裝置；在總進線處配置APView500電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。
在電氣監(jiān)控室配置一套Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，通過通信管理機及網(wǎng)絡(luò)交換機實時采集微機保護裝置、電能質(zhì)量等二次設(shè)備數(shù)據(jù)，實現(xiàn)整個物流園區(qū)供配電系統(tǒng)的全方面電力監(jiān)控與自動化管理。在電氣監(jiān)控室配置一套整體化電源系統(tǒng)，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。
圖1 物流園電氣監(jiān)控中心圖
變電站綜合自動化系統(tǒng)通過智能電力監(jiān)控裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和計算機軟件，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)在運行過程中的數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)視、事故記錄和分析、繼電保護等，完成園區(qū)的安全供電、用電管理和運行管理。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(dāng)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)浙江杭州市蕭山區(qū)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
本項目35kV配電裝置采用金屬鎧裝移開式開關(guān)柜，本期及遠景進線2回，采用單母線分段，本期新上柜中，有2臺進線隔離柜，2臺計量柜，2臺進線開關(guān)柜，2臺壓變柜，2臺主變進線開關(guān)柜，1臺母線分段開關(guān)柜，1臺母線分段隔離柜。為預(yù)留遠景可能的3#主變，在35kVⅡ段母線PT柜與2#主變柜間空余一個柜位，日后可插入新柜。開關(guān)柜具有可靠的“機械五防"功能，進線開關(guān)與進線隔離手車間設(shè)置電器連鎖。
圖3 35kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖
10kV配電裝置采用金屬鎧裝中置式開關(guān)柜，本期出線2回，采用單母線分段。本期新上9臺開關(guān)柜，其中有1臺主變進線開關(guān)柜，1臺電容器柜，2臺站用變柜，1臺分段開關(guān)柜，1臺分段隔離柜，2臺饋線柜，1臺母線PT柜。柜間母線橋1座，主變母線橋1座。其中10kVⅡ段待二期建設(shè)。
圖4 10kV開關(guān)室一次系統(tǒng)圖
本次工程采用分層分布式綜合自動化系統(tǒng)。計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用安科瑞電氣股份有限公司生產(chǎn)的微機監(jiān)控系統(tǒng)。本期配置：遠動主機屏1面，公用測控屏1面，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屏1面，#1主變保護測控屏1面，電能計量屏1面，整體化電源系統(tǒng)屏共7面，上述綜合自動化屏在二次設(shè)備室內(nèi)集中布置。
35kV進線、母分及10kV饋線、電容器、母分按間隔配置保測整體化裝置，35kV及10kV母設(shè)按間隔配置測控裝置，上述設(shè)備均就地布置相應(yīng)間隔開關(guān)柜內(nèi)。各柜內(nèi)安裝的保護、測控裝置的信息均通過103協(xié)議通過以太網(wǎng)通道上送至站控層。二次設(shè)備室內(nèi)設(shè)備GPS時鐘對時采用電B碼，35kV、10kV開關(guān)室內(nèi)保護測控裝置采用網(wǎng)絡(luò)對時。
本工程配置站用變壓器2臺（容量為50kVA），其中1臺作為遠景備用；直流系統(tǒng)電壓為110V，蓄電池（容量200Ah，54只/2V）組屏2面。整體化電源系統(tǒng)共組屏7面布置于二次設(shè)備室，至監(jiān)控后臺的報文采用通信軟報文加硬接點方式。
全站N600有且僅有一點接地，該接地點設(shè)在#1主變保護測控屏上。
本工程設(shè)電能計量屏（主變35kV、主變10kV側(cè)各1只電能表）1面，35kV進線、10kV饋線、電容器間隔電能表均就地布置在各間隔開關(guān)柜。其中計量關(guān)口設(shè)在35kV進線側(cè)。站內(nèi)電能表數(shù)據(jù)通過電能采集裝置ERTU上傳調(diào)度中心。
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)。整體系統(tǒng)功能需求：
1) 數(shù)據(jù)采集及處理：通過間隔層設(shè)備實時采集現(xiàn)場各種電參數(shù)、開關(guān)量及溫度量、電能抄表值等；
2) 畫面顯示：各回路的合、分狀態(tài)、變位信息、保護設(shè)備動作及復(fù)歸信息、直流系統(tǒng)及所用變系統(tǒng)的信息、各測量值的實時數(shù)據(jù)、各種告警等信息。
3) 記錄功能：具有電壓、電流、功率、電能以及事故、告警事件等各種歷史數(shù)據(jù)的存儲功能，以供查詢、分析、打印。
4) 報警處理：用戶可以根據(jù)自己的需要分類篩選有關(guān)報警，并將報警歸納于不同的報警窗口。
5) 應(yīng)具有完善的用戶權(quán)限管理功能，避免越權(quán)操作；
6) 曲線分析功能：可以曲線形式展示實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫中的模擬量、電度量數(shù)據(jù)，以便分析其當(dāng)前運行狀態(tài)及有關(guān)歷史趨勢；
7) 報表統(tǒng)計功能：通過報表，可以方便分析供電系統(tǒng)及各回路運行參數(shù)，形成運行日報、月報、電能統(tǒng)計日報、月報、年報。
為了加強該物流園配電工程電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護，抵御及惡意代碼等對監(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(dǎo)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。
該物流園配電工程內(nèi)配置變電站監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)系統(tǒng)、電能量采集裝置。
l 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。
l 電能量采集裝置
本站配備了一套華云信息生產(chǎn)的型號為ERTU3000C電量采集終端。電量采集終端是一種用于采集、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(wù)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：
表1 監(jiān)控系統(tǒng)或設(shè)備列表
序號 | 系統(tǒng)或設(shè)備名稱 | 生產(chǎn)廠商及設(shè)備型號 | 操作系統(tǒng) | 所屬安全區(qū) |
1 | 變電站監(jiān)控系統(tǒng) | 安科瑞/Acrel-1000 | 64位WINDOWS 7旗艦版 | I區(qū) |
2 | 電量采集終端 | 華云信息/ERTU3000C | Linux | II區(qū) |
表2 網(wǎng)絡(luò)及安全防護系統(tǒng)和設(shè)備列表
序號 | 系統(tǒng)或設(shè)備名稱 | 生產(chǎn)廠商及設(shè)備型號 | 操作系統(tǒng) |
1 | 地調(diào)接入網(wǎng)路由器 | 華為/AR1220C-S | Comware |
2 | 地調(diào)接入網(wǎng)I區(qū)交換機 | 華三/S5735S-S24T4S-A | Comware |
3 | 地調(diào)接入網(wǎng)II區(qū)交換機 | 華三/S5735S-S24T4S-A | Comware |
4 | 地調(diào)接入網(wǎng)I區(qū)縱向加密認證裝置 | 南瑞/ NetKeeper-2000 | Linux |
5 | 地調(diào)接入網(wǎng)II區(qū)縱向加密認證裝置 | 南瑞/ NetKeeper-2000 | Linux |
6 | 網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置 | 科東/PSSEM-2000S | linux |
該物流園配電工程現(xiàn)場應(yīng)用的監(jiān)控服務(wù)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-2E4SM等，使用Windows的安全加固操作系統(tǒng)，已關(guān)閉非必要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，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(wù)
(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(yīng)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。
現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如交換機、工控機、通信管理裝置，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(biāo)志"。
圖5 監(jiān)控系統(tǒng)安全分區(qū)及邊界防護圖
表1 我司提供方案設(shè)備列表
名稱 | 型號 | 圖 片 | 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(luò)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(shè)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(shè)備進行用能分析和能效管理 | |
微機五防系統(tǒng) | Acrel- 2000WF |
| 具備全站五防閉鎖功能。具有防止誤拉、合斷路器；防止帶負荷拉、合開關(guān)；防止帶電掛接地線；防止帶地線送電；防止誤入帶電間隔的功能。 | |
網(wǎng)關(guān) | ANet- 2E4SM |
| 4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、等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從），支持?jǐn)帱c續(xù)傳、XML、JSON進行數(shù)據(jù)傳輸、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 | |
主變保護屏 | 主變保護屏 |
| 屏柜上裝設(shè)1臺差動保護裝置AM5SE-D2作為降壓變壓器內(nèi)部及引出線短路故障的主保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器、1臺高后備保護裝置AM5SE-TB作為35kV側(cè)的后備保護以及變壓器的非電量保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器、1臺低后備保護裝置AM5SE-TB作為10kV側(cè)的后備保護，動作后跳降壓變壓器高低兩側(cè)斷路器、1臺高側(cè)測控裝置AM5SE-K用于監(jiān)測35kV側(cè)測量電流、測量電壓、1臺低側(cè)測控裝置AM5SE-K用于監(jiān)測10kV側(cè)測量電流、測量電壓、2只變壓器溫控儀、1臺檔位變送器及轉(zhuǎn)換開關(guān)、壓板、空氣開關(guān)等其他控制設(shè)備。 | |
公用測控屏
| 公用測控屏 |
| 屏柜上裝設(shè)2臺公用測控裝置AM5SE-K，1臺電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500，公用測控裝置AM5SE-K監(jiān)測站內(nèi)交直流屏、UPS屏柜、值班室消防主機異常狀態(tài)，電能質(zhì)量監(jiān)測裝置APView500監(jiān)測35kV進線電能質(zhì)量如電壓諧波與不平衡/電壓偏差/頻率偏差/電壓波動與閃變等穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、電壓暫升/暫降/短時中斷暫態(tài)數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測到電能質(zhì)量異常時，觸發(fā)故障錄波與數(shù)據(jù)記錄，為后續(xù)的電能質(zhì)量分析提供數(shù)據(jù)支撐。 | |
電能計量屏
| 電能計量屏 |
| 屏柜上裝設(shè)6臺電能表，1臺電能采集終端，其中6臺電能表分別采集1#主變35kV側(cè)電能、1#主變10kV側(cè)電能、2#主變35kV側(cè)電能、2#主變10kV側(cè)電能，剩下兩臺備用，電能采集終端集中采集電能表數(shù)據(jù)上傳調(diào)度中心。 | |
遠動通信屏 | 遠動通信屏 |
| 1#遠動屏主要裝設(shè)1臺站控層交換機、1臺間隔層交換機、1臺備用組網(wǎng)交換機、1臺采集網(wǎng)關(guān)（導(dǎo)軌式）、1臺遠動裝置（導(dǎo)軌式）、實現(xiàn)站內(nèi)數(shù)據(jù)采集組網(wǎng)，以及遠動裝置的數(shù)據(jù)采集；2#遠動通信屏按照環(huán)網(wǎng)要求，與靖江變與梅西變建立連接，接入調(diào)度環(huán)網(wǎng)中，部署兩臺屏柜，2#遠動屏屏柜上裝設(shè)2臺路由器，2臺縱向加密裝置，2臺遠動交換機、1臺網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)測裝置，保障電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)安全。 | |
應(yīng)用場合 | 型號 | 圖 片 | 保護功能 | 其他功能 | |
35kV/10kV/ 6kV進線 | AM5SE-F |
| 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 | AM5SE-F | 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） | AM5SE-D2 | 兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； | |||
AM5SE-TB | 變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風(fēng)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 | AM5SE-T | 三段式過流保護（帶方向、復(fù)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/10kV/6kV PT監(jiān)測 | AM5SE-UB | PT并列/解列、PT監(jiān)測； | |||
10kV/6kV 電容器 | AM5SE-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； | |||
圖6 35kV開關(guān)柜圖
圖7 10kV開關(guān)柜圖
圖8 35kV變壓器圖
圖9 通信室現(xiàn)場圖
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(yù)告信。
圖10 實時監(jiān)測主界面圖
提供電能質(zhì)量檢測儀所采集數(shù)據(jù)，如電壓有效值，偏差率，諧波畸變率，電流有效值，分相功率，總功率等信息。
圖11 電參量查詢界面圖
能查詢各回路或設(shè)備對應(yīng)時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)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12 電參量運行統(tǒng)計報表界面圖
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13 站內(nèi)設(shè)備系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖
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14 曲線查詢界面圖
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，因此各個地區(qū)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。
