35kV變配電所的自控系統設計與應用

孫平

摘 要：35kV變配電所的自動控制系統是電力系統的重要組成部分。本文基于針對現行自動控制系統中存在的一些問題，對自動系統的功能設計進行研究，對部分硬件及關鍵控制電路的設計與選型，最終對應用效果進行了分析。

關鍵詞：35kV；功能設計；硬件選型；電路設計；應用分析

中圖分類號：TM63 文獻標志碼：A

0 引言

城市配電系統是現代化建設的重要基礎設施。目前，我國在電力配電管理方面取得了很大的進步。系統自動化在實施過程中，應根據當地實際情況，設計最優的實施方案，以保證電網質量水平；本文從分析一些實際問題開始，將改善方面的措施融于實際設計中，為其他設計者提供了可參考的設計素材。

1 改善現行自動化系統存在的一些問題

目前，提高頻繁停電現象檢測的效率已成為配電自動化系統設計的主要發展方向。電力設備配置新老之間、不一致的通信和信息傳輸的失敗，使得系統無法實現兼容，從而影響電力系統的正常運行，無法很好的實現智能分工與緊密合作。我國擁有大量的供電企業，需要進行資源整合，協調共享資源，使信息交互通暢，確保配電網管理水平，保證電網數據的準確性和可靠性。

在配電自動化系統的設計中，不應只注重表面形式，應考慮電力用戶的實際需要，進一步提高配電網自動化系統的實施效果，相應提高電力企業的技術和管理水平，確保系統能夠實現更完善的發展自動分配。

2 自動化系統的設計主體要求

本工程以35kV變電所為中心，實現對35kV變電所、配電間、1#箱式變電站、2#箱式變電站和綜合樓的供配電系統監控；在35kV變電所設置控制設備，在35kV變電所向各分站實現遙信、遙信、部分設備的遠程控制，主要電動機的保護及整體通信功能，其中配電間實現當地監控功能。在35kV變電站通過通信管理分別與其他系統（供電公司、工廠主站等）連接，完成實時傳輸與遠控。

設計要求系統的總體性能的主要指標：系統響應時間≤3s，雙服務器自動切換時間≤10s，實時數據刷新最大延遲≤0.5s，遙測量越死區傳送時間≤3s，遙控命令響應時間≤3s，遙信變位傳送時間≤3s，畫面刷新周期≥1～10s可調，控制輸出動作正確率為100%，遙測合格率≥99%，系統MTBF（平均無故障時間）>25000h，通道誤碼率（信噪比≤16dB時）≤0.25%，問答式≤1×10-5s，循環式≤1×10-4s，計算機雙機月平均運行率≥99.9%。

3 系統功能設計

對35kV變配電所的自動控制系統的功能進行如下分析：

3.1 監控系統主要功能

（1）數據采集功能

對該站生產過程的輸入和輸出信號進行實時采集（包括開關模擬脈沖，如電流、電壓、電流、負載電壓調節開關、斷路器、開關的位置和信號），通過數據處理、變化檢測、故障狀態、事故信號和模擬信號的參數，實時更新數據庫，為運行狀態監測系統提供的數據。

（2）控制功能：集中控制和分散控制

集中控制：通過鍵盤或鼠標操作對斷路器、隔離開關、負荷開關、總傳輸/控制執行傳輸線/母線切換、停電、風冷和其他冷卻器操作順序進行控制。在控制上，微機綜合自動化系統為軟硬件提供必要的操作步驟和充分的檢查功能，保證操作的合法性、合理性、安全性和正確性。

分散控制：當停電變電站微機系統，它可以手動控制到當地單位。計算機上的操作為遠程操作，而本地手動控制的切換取決于間隔層上的現場/遠程選擇開關。當切換到手動控制，計算機沒有在控制水平的任何影響，當切換到電腦操作，該區間水平手動控制單元不產生在同一時間（在一個計算機設備）的任何效果、只能執行命令，當接收控制指令和預操作在同一時間不一致，并拒絕執行時，在人機界面報錯誤消息。每個控制對象只允許以一種方式控制。

3.2 通信管理機主要功能

用戶可以配置不同的通信接口卡，根據網絡的實際使用，形成不同的網絡結構，并匹配用戶的需要，如RS232全雙工的星型網絡，RS485半雙工總線結構，和RS422總線全雙工總線結構。通信管理器具有靈活配置串口的功能。它可以根據用戶的需要配置串口，其配置范圍1-23，有不同的接口卡不同的串行端口。對各種各樣的內部通信協議達成一致，如DL/T 643—1997和DL/T 667—1999，通過各種國際和國內通信設備，可由制造商根據當地法規進行設置。主機和通信接口卡具有熱插拔功能。當發現主板故障時，可將卡取出并插入同一類型的備用卡中，從而實現系統的實時維護和系統故障的零恢復。該功能對于雙機熱備冗余系統尤其重要，因為它在更換主機時不會影響系統操作。

3.3 綜合測控裝置功能

（1）模擬量測量，每塊測量板可以實現12/24路模擬量的測量，并可以根據接入量的實際分組情況進行組態，可適應單母單回線、雙母單回線、單母雙回線、變壓器多側及配網開關站多條線路等多種應用場合。實現U、I、P、Q、KWh、KVAh、KVARh及13次以下諧波的測量、計算。并根據設置提供告警、錄波等高級功能。多功能模擬量測量模塊，代入性強，組建方便。

（2）遙信量監視：實現N×20路單點遙信輸入監視，N=1～11。遙信量可以整定為單點或雙點輸入，每路遙信量具有可以整定的防抖時間，所有遙信量輸入為220V/110V光電隔離輸入。

（3）直流輸入：可以實現N×11個對象的直流量輸入，N=1～11。輸入類型：壓力電阻：30～350Ω；熱電阻包括了如PT100、Pt50、Cu50、Cu100等。熱電偶如B、S、R、K、N、E、T等；經變送器輸出的直流信號，包括0～5VDC、-5V～5VDC、0～10VDC、-10V～10VDC、0～75mV、0～10mA、4mA～20mA、0～1mA、-1mA～1mA等量程，根據不同的裝設及定值設置，換算出溫度或其他實際量值。

3.4 微機監控系統網絡

在35kV通信屏上將遙信量通過以太網絡通道引入監控系統的數據庫中，并傳送至調度端，大大提高了調度對裝置的監控能力。

圖1為35kV變配電所的監控系統網絡圖。

4 部分硬件選型

GIS柜等為35kV變電所的基本設計內容，不在本文內闡述；本文僅以直流電源柜為例，選用智能型元器件，以契合自動控制系統設計的發展趨勢。

4.1 直流電源柜系統

本系統采用GZDW-K-2×30Ah/220-M智能型高頻開關直流電源柜。智能高頻開關直流電源系統由交流配電單元、整流單元、監控單元、直流饋電單元、降壓單元、電池單元以及絕緣監測單元等組成。

該直流電源柜系統采用高頻開關技術與計算機技術相結合。電源輸出單元采用高頻開關模塊設計，監控單元由高性能PLC單元包括多功能擴展端口和觸摸屏組成。蓄電池選用高品質的進口閥控式免維護鉛酸電池。

設計采用絕緣檢測繼電器和絕緣監測儀，能夠監視饋線接地情況，產生告警信號并上報數據到監控單元，當系統發生絕緣故障時投入低頻交流信號，計算支路的對地電阻和分布電容，并通過RS485通信口與監控模塊通信，使本變電站自動控制系統能夠分項檢測一段獨立的直流母線或單母線分段等情況。

設計要求直流電源柜系統對三相交流輸入電壓，蓄電池組端口電壓，蓄電池組充放電電流，負載總電流等關鍵參數進行了綜合監測；并實現對空氣開關跳閘，防雷器損壞、電網停電，蓄電池組電壓過/欠壓，蓄電池組充電過流，控制母線過/欠壓等故障告警，并通過柜上的智能顯示屏顯示各故障信號。

直流電源柜系統選用了RS485等開放式接口設計，具有強大的通信功能，以無源接點形式引至本站監控系統，方便與變電站自動控制系統、計算機監控系統相連，實現了實時全方位監視、測量和控制。并可在現場或遠方手動復歸，提供對電源系統 “遙測、遙控、遙信、遙調”的支持，實現無人值守。

結語

本文針對35kV變電站自動控制系統存在的一些問題，進行了設計與應用分析。主要功能模塊包括通信管理機、監控系統以及綜合測控裝置3部分，可完成數據采集、通信以及控制動作，目前該系統已在35kV變電站成功運行，效果良好；在充分利用能源的基礎上，降低了勞動強度，提高了管理效率。

參考文獻

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