變電站綜合自動(dòng)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(qiáng)

摘 要：分析大型工廠中變電站綜合電力系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)變電站進(jìn)行集中監(jiān)控，盡量做到無(wú)人監(jiān)督，全面實(shí)現(xiàn)變電站綜合自動(dòng)化，將運(yùn)營(yíng)的成本降低到最大，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：變電站;自動(dòng)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(gè)變電站，傳統(tǒng)模式對(duì)于整個(gè)工廠供配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，純手工操作、人工抄表，已無(wú)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(wú)法進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警，也無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表等功能。在變電站中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化主要是利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)、先進(jìn)的電子技術(shù)以及便捷的通信技術(shù)，對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行所需的全部數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行采集、傳輸，然后利用計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行全方位的監(jiān)控。另外實(shí)現(xiàn)變電站的綜合自動(dòng)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(duì)整個(gè)變電站進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)控制。集成自動(dòng)化系統(tǒng)由多個(gè)LED組成，可以描述為在特定通信接口下由一個(gè)或多個(gè)處理器組成的任何設(shè)備，這些處理器能夠接收和傳輸來(lái)自外部源數(shù)據(jù)或控制外部源。

1 變電站綜合自動(dòng)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(gè)工廠電力系統(tǒng)的調(diào)度后臺(tái)，作為監(jiān)控的終端。任何一個(gè)變電站中都有其完善的監(jiān)控系統(tǒng)，保證獨(dú)立運(yùn)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(dú)完成系統(tǒng)中的監(jiān)控工作以及實(shí)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(hù)裝置、測(cè)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(chǎng)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(jī)、遠(yuǎn)程通信管理機(jī)、分站交換機(jī)等。間隔層數(shù)據(jù)采集完成后，負(fù)責(zé)協(xié)議轉(zhuǎn)換、處理、轉(zhuǎn)發(fā)到站控層，同時(shí)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(jī)、光纖網(wǎng)絡(luò)等，負(fù)責(zé)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(kù)）服務(wù)器、Fe服務(wù)器、高級(jí)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(gè)工作站（包括操作指令專家系統(tǒng)）、維護(hù)工程師工作站、報(bào)表工作站、綜合操作畫面、遠(yuǎn)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(guò)各分站控制層上傳的數(shù)據(jù)，完成分析、處理、顯示、報(bào)警、記錄、控制等功能，完成遠(yuǎn)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(duì)每個(gè)遙信量進(jìn)行逐個(gè)定義，用漢字表示開關(guān)、刀閘名稱。根據(jù)事故總信號(hào)是否動(dòng)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。可人工設(shè)置開關(guān)、刀閘狀態(tài)，并有相應(yīng)的設(shè)置標(biāo)志。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)檢修、試驗(yàn)時(shí)，可在調(diào)度員工作站上設(shè)掛牌標(biāo)志。標(biāo)牌用不同的形式、顏色來(lái)表示不同的狀態(tài)。可在線統(tǒng)計(jì)開關(guān)跳、合閘次數(shù)。遙信的狀態(tài)鎖定/解除。可設(shè)置質(zhì)量標(biāo)志（遙控封鎖/解除，檢修）。對(duì)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(yùn)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(dòng)。根據(jù)開關(guān)位置信號(hào)及操作記錄實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的分析。

1.1.2 遙測(cè)處理

遙測(cè)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(cè)量?jī)杉?jí)越限報(bào)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(cè)值歸零處理。遙測(cè)越限時(shí)間可自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，包括越上限、越下限、合格時(shí)間等。在CRT上可人工設(shè)定遙測(cè)值并加入相應(yīng)標(biāo)志，人工設(shè)置的遙測(cè)值自動(dòng)加入相應(yīng)的計(jì)算中。最大值、最小值、平均值自動(dòng)計(jì)算。遙測(cè)遙信相關(guān)性檢查，當(dāng)遙信狀態(tài)和相關(guān)的遙測(cè)值矛盾時(shí)，進(jìn)行報(bào)警記錄。遙測(cè)值跳變?yōu)V波處理。平均值/積分值的計(jì)算。數(shù)據(jù)更新處理。

1.1.3電度量處理

實(shí)測(cè)電度脈沖計(jì)數(shù)及工程量變換。用戶定義的數(shù)學(xué)公式進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)計(jì)算。電度量能分時(shí)段統(tǒng)計(jì)。按周期采集電量，周期在5～60min內(nèi)可調(diào)。可周期性對(duì)RTU的脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)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(shí)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(gè)網(wǎng)絡(luò)通信模式進(jìn)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(jī)在同一控制層分配，將系統(tǒng)中的設(shè)備用總線進(jìn)行攔截，確保通信速度。每個(gè)變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)可以把相關(guān)的參數(shù)直接傳輸給DCS系統(tǒng)，進(jìn)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(jī)，形成光纖自修復(fù)雙環(huán)網(wǎng)，通過(guò)分站控制層的遠(yuǎn)程通信管理，將光纖自修復(fù)雙環(huán)網(wǎng)上傳到主站。光纖傳輸方式具有傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。使用自愈環(huán)網(wǎng)絡(luò)將每個(gè)子站通過(guò)兩個(gè)光纖連接，每個(gè)站接受信息之后傳遞到下一個(gè)接收站，實(shí)現(xiàn)過(guò)程是兩個(gè)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(wèn)題收集不到信息，其余的變電站仍然可以進(jìn)行正常的工作，不會(huì)出現(xiàn)通訊中斷問(wèn)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(gè)結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的自診斷、自修復(fù)循環(huán)。

在與DCS通訊的過(guò)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(huì)提供相應(yīng)的交流電流信號(hào)以及交流電壓信號(hào);開關(guān)輸入信號(hào)主要是斷路器位置、隔離刀位置、接地刀位置、彈簧儲(chǔ)能和永磁操作機(jī)構(gòu)、氣體和變壓器的溫度信號(hào)，以及高低壓電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和事故信號(hào)等等。開關(guān)量輸出DO（合閘、開閘、報(bào)警）可靠性要求高，報(bào)警需要自維護(hù)。

2 變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則

變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)還需要具有可靠性這一特點(diǎn)，功能裝置在進(jìn)行安裝的過(guò)程中需要按照分級(jí)分布的形式，盡量滿足系統(tǒng)分布過(guò)程時(shí)較為完整，并且配置完整。運(yùn)行時(shí)確保主要函數(shù)的正確性，即使它們被分成了幾個(gè)部分;每個(gè)保護(hù)、測(cè)控裝置是完全獨(dú)立的，可以不依賴于監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)作;監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與多個(gè)檢查手段和鎖定措施錯(cuò)誤;之間的所有連接系統(tǒng)采用完全獨(dú)立的系統(tǒng)（電源隔離），以提高抗干擾。保護(hù)的測(cè)控裝置配置的過(guò)程中需要依靠對(duì)象單元進(jìn)行安裝，要保證裝置的體積小，安裝時(shí)將其結(jié)構(gòu)緊湊安裝，還需要對(duì)其中的模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，方便擴(kuò)展、易于更換和升級(jí);監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件需要對(duì)范圍呢的用戶進(jìn)行開放應(yīng)用，并且可以允許用戶自行將監(jiān)控功能進(jìn)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(tái)系統(tǒng)功能易于擴(kuò)展，增加構(gòu)件，保證用戶對(duì)應(yīng)用軟件的日益增長(zhǎng)的需求。

3 總結(jié)

化工廠對(duì)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(dòng)化系統(tǒng)首選電子監(jiān)控，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作的自動(dòng)化系統(tǒng)，最大程度的保護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，并且保證經(jīng)濟(jì)的可行性。變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人監(jiān)控，可以減低經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行成本，擴(kuò)大監(jiān)控范圍，提供電源質(zhì)量保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛金花，王德順，郁正綱，等.基于風(fēng)電可調(diào)節(jié)不確定代價(jià)的風(fēng)光柴儲(chǔ)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）， 2019，40（5）：72-78.

[2]安娜.住宅小區(qū)供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].智能建筑電氣技術(shù)，2019，13（5）：71-75.

[3]陸晟.裝表接電過(guò)程中錯(cuò)誤接線的原因和危害探索[J].科技與創(chuàng)新，2019（23）：82-83.