變電站綜合自動化系統(tǒng)在化工廠中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)分析

溫麗 王美燕 楊維東 婁春剛 孟亞強

摘 要：分析大型工廠中變電站綜合電力系統(tǒng)的應(yīng)用，對變電站進行集中監(jiān)控，盡量做到無人監(jiān)督，全面實現(xiàn)變電站綜合自動化，將運營的成本降低到最大，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：變電站;自動化系統(tǒng);大型工廠

0 引言

在大型化工廠，提高供電質(zhì)量、降低施工成本，可以設(shè)置多個變電站，傳統(tǒng)模式對于整個工廠供配電系統(tǒng)來說，純手工操作、人工抄表，已無法滿足高效快速的生產(chǎn)需要，難以做到集中控制，系統(tǒng)無法進行自動報警，也無法實現(xiàn)自動抄表等功能。在變電站中實現(xiàn)自動化主要是利用現(xiàn)有的計算機技術(shù)、先進的電子技術(shù)以及便捷的通信技術(shù)，對電力系統(tǒng)運行所需的全部數(shù)據(jù)和信息進行采集、傳輸，然后利用計算機對電力系統(tǒng)進行全方位的監(jiān)控。另外實現(xiàn)變電站的綜合自動化還需要借助微電子技術(shù)和背景控制系統(tǒng)，使用電子裝置對整個變電站進行遠動控制。集成自動化系統(tǒng)由多個LED組成，可以描述為在特定通信接口下由一個或多個處理器組成的任何設(shè)備，這些處理器能夠接收和傳輸來自外部源數(shù)據(jù)或控制外部源。

1 變電站綜合自動化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1 分層結(jié)構(gòu)

變電站值班員輪班值守總變電站，其余的子變電站不需要留人值守。可以在總變電站內(nèi)安裝一套監(jiān)控整個工廠電力系統(tǒng)的調(diào)度后臺，作為監(jiān)控的終端。任何一個變電站中都有其完善的監(jiān)控系統(tǒng)，保證獨立運行。變電站的總系統(tǒng)包括以下幾部分，設(shè)備層、間隔層、分站控制層、通信管理層以及終端控制層等等。在分站控制層、通信管理層、終端站控制層和網(wǎng)絡(luò)故障的情況下，變電站中的間隔層可以單獨完成系統(tǒng)中的監(jiān)控工作以及實現(xiàn)斷路器的控制功能。設(shè)備層包括一次高壓設(shè)備的TV、TA、斷路器、隔離刀等。間隔層包括綜合保護裝置、測控裝置、不間斷電源（UPS）裝置、EPS裝置以及所有具有通信接口的智能電子裝置，間隔層各類裝置及設(shè)備直接在現(xiàn)場采集和處理原始數(shù)據(jù)。分站控制層包括智能通信管理機、遠程通信管理機、分站交換機等。間隔層數(shù)據(jù)采集完成后，負責協(xié)議轉(zhuǎn)換、處理、轉(zhuǎn)發(fā)到站控層，同時發(fā)出站控層的下行控制命令。通信管理層包括環(huán)網(wǎng)交換機、光纖網(wǎng)絡(luò)等，負責形成系統(tǒng)光纖自愈雙環(huán)網(wǎng)。終端站控制層包括系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫）服務(wù)器、Fe服務(wù)器、高級歷史服務(wù)器、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、操作員工作站、五個工作站（包括操作指令專家系統(tǒng)）、維護工程師工作站、報表工作站、綜合操作畫面、遠程通信設(shè)備、視頻工作站及相關(guān)設(shè)備。終端站的站控層是各分站控制層功能合并后的集中控制中心，通過各分站控制層上傳的數(shù)據(jù)，完成分析、處理、顯示、報警、記錄、控制等功能，完成遠程數(shù)據(jù)通信，發(fā)出控制指令。數(shù)據(jù)處理功能包括：

1.1.1 遙信處理

可對每個遙信量進行逐個定義，用漢字表示開關(guān)、刀閘名稱。根據(jù)事故總信號是否動作（或系統(tǒng)提供的其他事故判據(jù)），區(qū)分開關(guān)事故跳閘或正常變位?？扇斯ぴO(shè)置開關(guān)、刀閘狀態(tài)，并有相應(yīng)的設(shè)置標志。當現(xiàn)場開關(guān)檢修、試驗時，可在調(diào)度員工作站上設(shè)掛牌標志。標牌用不同的形式、顏色來表示不同的狀態(tài)?？稍诰€統(tǒng)計開關(guān)跳、合閘次數(shù)。遙信的狀態(tài)鎖定/解除?？稍O(shè)置質(zhì)量標志（遙控封鎖/解除，檢修）。對小車開關(guān)用不同的顯示方式直觀地區(qū)分不同的狀態(tài)，如檢修位置、備用位置、運行位置等。具有雙遙信處理功能。慢遙信處理功能防遙信抖動。根據(jù)開關(guān)位置信號及操作記錄實現(xiàn)對設(shè)備的分析。

1.1.2 遙測處理

遙測值工程量變換，變換系數(shù)在線修改。數(shù)據(jù)的物理性檢查、合理性檢查。遙測量兩級越限報警（限值可整定）。旁路替代處理。變送器殘差處理：在設(shè)定的殘差值范圍內(nèi)用0取代。遙測值歸零處理。遙測越限時間可自動統(tǒng)計，包括越上限、越下限、合格時間等。在CRT上可人工設(shè)定遙測值并加入相應(yīng)標志，人工設(shè)置的遙測值自動加入相應(yīng)的計算中。最大值、最小值、平均值自動計算。遙測遙信相關(guān)性檢查，當遙信狀態(tài)和相關(guān)的遙測值矛盾時，進行報警記錄。遙測值跳變?yōu)V波處理。平均值/積分值的計算。數(shù)據(jù)更新處理。

1.1.3電度量處理

實測電度脈沖計數(shù)及工程量變換。用戶定義的數(shù)學公式進行各種統(tǒng)計計算。電度量能分時段統(tǒng)計。按周期采集電量，周期在5～60min內(nèi)可調(diào)?？芍芷谛詫TU的脈沖計數(shù)器進行清零。電度底數(shù)可人工設(shè)置。可定義功率值積分電度，積分時間可設(shè)置。數(shù)字電度量采集。

1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

將整個網(wǎng)絡(luò)通信模式進行串聯(lián)的是RS-485串行總線，使用屏蔽雙絞線將所有的通信管理機在同一控制層分配，將系統(tǒng)中的設(shè)備用總線進行攔截，確保通信速度。每個變電站的綜合自動化系統(tǒng)可以把相關(guān)的參數(shù)直接傳輸給DCS系統(tǒng)，進而將DCS系統(tǒng)中的參數(shù)優(yōu)化完善。

分站之間采用光纖和光纖以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)交換機，形成光纖自修復雙環(huán)網(wǎng)，通過分站控制層的遠程通信管理，將光纖自修復雙環(huán)網(wǎng)上傳到主站。光纖傳輸方式具有傳輸距離遠、傳輸速率高、抗干擾能力強等優(yōu)點。使用自愈環(huán)網(wǎng)絡(luò)將每個子站通過兩個光纖連接，每個站接受信息之后傳遞到下一個接收站，實現(xiàn)過程是兩個光路出發(fā)最后匯集到一處，即使其中一路或者是總端出現(xiàn)問題收集不到信息，其余的變電站仍然可以進行正常的工作，不會出現(xiàn)通訊中斷問題。故障排除后，繼續(xù)接受子站在上面發(fā)送的信息，在這個結(jié)構(gòu)下實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)的自診斷、自修復循環(huán)。

在與DCS通訊的過程中，沒有模擬輸出AO，其中的交流采樣是模擬輸入量，互感器會提供相應(yīng)的交流電流信號以及交流電壓信號;開關(guān)輸入信號主要是斷路器位置、隔離刀位置、接地刀位置、彈簧儲能和永磁操作機構(gòu)、氣體和變壓器的溫度信號，以及高低壓電動機的運行和事故信號等等。開關(guān)量輸出DO（合閘、開閘、報警）可靠性要求高，報警需要自維護。

2 變電站綜合自動化系統(tǒng)總體設(shè)計原則

變電站綜合自動化系統(tǒng)還需要具有可靠性這一特點，功能裝置在進行安裝的過程中需要按照分級分布的形式，盡量滿足系統(tǒng)分布過程時較為完整，并且配置完整。運行時確保主要函數(shù)的正確性，即使它們被分成了幾個部分;每個保護、測控裝置是完全獨立的，可以不依賴于監(jiān)控系統(tǒng)獨立運作;監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與多個檢查手段和鎖定措施錯誤;之間的所有連接系統(tǒng)采用完全獨立的系統(tǒng)（電源隔離），以提高抗干擾。保護的測控裝置配置的過程中需要依靠對象單元進行安裝，要保證裝置的體積小，安裝時將其結(jié)構(gòu)緊湊安裝，還需要對其中的模塊進行設(shè)計，方便擴展、易于更換和升級;監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用軟件需要對范圍呢的用戶進行開放應(yīng)用，并且可以允許用戶自行將監(jiān)控功能進行修改;工廠中的部門所使用的接口通信，允許用戶增加或減少接觸;后臺系統(tǒng)功能易于擴展，增加構(gòu)件，保證用戶對應(yīng)用軟件的日益增長的需求。

3 總結(jié)

化工廠對于電力系統(tǒng)的可靠性要求非常高，廠區(qū)面積大，變電站分布廣，變電站綜合自動化系統(tǒng)首選電子監(jiān)控，結(jié)構(gòu)簡單，易于操作的自動化系統(tǒng)，最大程度的保護電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，并且保證經(jīng)濟的可行性。變電站實現(xiàn)無人監(jiān)控，可以減低經(jīng)濟的運行成本，擴大監(jiān)控范圍，提供電源質(zhì)量保障。

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