石人溝鐵礦35 kV變電站無人值守自動化系統設計與應用

馮相印，劉秀峰，田廣才

(河北鋼鐵集團礦山設計有限公司，河北 唐山 063000)

0 引 言

石人溝鐵礦35 kV變電站始建于1973年，屬于用戶型終端變電站。現變電站裝備有兩臺型號為SFZ9-12500/35變壓器，兩臺變壓器供給側35 kV電源分別引自蘇石一線和蘇石二線，變壓器輸出側為6 kV，出線引入601和602，然后分別接入一段和二段供電線路，高壓室內配置有41面高壓配電柜，變電站內設備軟件相對比較老舊。

該設計是在對變電站現狀基礎上，升級改造為綜合自動化控制變電站，同時變電站增加視頻監控系統，安裝火災自動報警系統與排風機自動控制系統。變電站內不設置固定運行值班人員，運行檢測、視頻監控和主要控制操作由變電站控制室、石人溝鐵礦調度室、動力車間監控中心按權限分工實現；其中變電站控制室就地操作原權限功能不變，石人溝鐵礦調度室在遙控中起到遙停功能，無遙調功能，動力車間僅監控無操作權限。該自動化控制系統提高了設備運行的安全性與可靠性，提高了救災能力及事故響應速度，同時響應國家電網“變電站標準化管理模式”號召，以便緩解因礦山退休減員而造成崗位人員空缺問題，降低崗位人員數量，降低勞動成本。

1 變電站綜合自動化監控系統

該自動化監控系統采用B/S結構，以監控主機、通訊管理機、智能電度表、UT-800系列保護測控裝置與五防系統為一體，實現監視、控制、繼電保護、微機五防、遙視與事故報警等功能。監控系統通過與變電站內的通訊管理機之間的通訊，獲取變電站設備的運行信息；同時監控系統采集到變電站的設備運行信息后，經過篩選把相關信息通過通訊手段傳送到上級系統或同級內的其它系統。以圖形畫面的形式監視變電站內設備運行情況，主要有：有功、無功、電流、電壓、動作信號、主變油溫、線路用電量等信息。其事故報警源包括：一次設備裝置信號變化，邏輯計算點狀態變化，遙測量、模擬計算量越限，系統異常報警等；報警級別分為事故告警、預告警和一般告警。同時該系統可計算用于補充采集不足的遙測、遙信量(如功率總加、功率因數、負荷率)，包括自定義公式計算、功率因數、負荷率、積分電度與電度的峰、平、谷值等，其中計算公式支持簡單條件判斷。該系統實現了運行信息統計，方便運行人員對設備、信息的管理，如：次數統計、累計時間、比率(主要是誤碼率、電壓合格率、遙控成功率)，而且每個統計點可以定義獨立的統計周期(小時、日、月、年)，可以隨時暫停或恢復統計。其它應用功能：VQC(電壓無功自動控制)、小電流接地選線、PDR(事故追憶)、旁代計算、數據快照等。系統結構設計方案如圖1。

五防系統可實現變電站內防止誤操作，確保變電站安全運行，防止人為誤操作設備，任何正常倒閘操作都必須經過五防系統的模擬預演和邏輯判斷，可大大防止和減少電網事故的發生強。其中強制性五防閉鎖：通過對一次設備加裝鎖具，對其操作實施強制閉鎖，只有在本系統中模擬通過后以正確順序進行的操作方可解鎖操作，從而達到五防的目的；并且在上位機輔助工具可實現在軟件配合下對系統圖形進行維護，實現閉鎖編碼測試、鎖具開鎖測試、設備編碼采集等功能，能夠根據使用情況對系統進行參數配置。

圖1 系統結構設計方案

2 視頻監控系統

視頻監控系統由紅外網絡攝像機、硬盤錄像機、傳輸線路、交換機以及監視器組成。通過遍布于35 kV變電站內外各關鍵區域的網絡攝像機，實現對重要關鍵部位實時視頻監視。設置數量為28臺，監視部位如下：35 kV變電站外墻設置8臺；電容室內設置2臺；電容室外設置2臺；配電室外設置2臺；配電室內設置14臺；系統結構如圖2。既可實現設備運行狀況和周邊環境的視頻資料的記錄和實時查看。通過對采集的信息進行分析，及時快速的制定應對措施。

圖2 監控系統圖

3 火災自動報警系統

35 kV變電站內設計火災自動報警系統，采用區域報警系統，其主要包括：火災探測器、手動報警裝置、聲光報警器及火災報警控制器和相應的模塊等。根據變電站火災特性設置點型光電感煙探測器(編碼型)，二總線可以直接接入火災報警控制器中，一個探測區域內設置數量值：N=S/K*A。變電站內的電纜接頭、端子等發熱部位設置測溫式電氣火災監控探測器—可恢復式纜式線型感溫探測器，探測器應采用“S”形布置在每層電纜的上表面。火災報警控制器作為該系統的核心裝置，采用智能化二總線，中文液晶顯示，分2個回路，最大地址點數512點，配備8路繼電器有源輸出，帶7路多線控制盤和一路聲光警報專用輸出，聯動地址與報警地址混編，備電需配14 Ah-12 V電池2節。具體系統圖如圖3所示。

圖3 火災自動報警系統圖

4 排風機自動控制系統

采用SIEMENS、S7-200、SMART系列PLC做為控制器(原理如圖4)，對電纜溝2臺風機進行自動控制，進行本地和遠程啟停操作。石人溝鐵礦調度室新增一臺觸摸屏，通過觸摸屏可實現遠程操作，本地操作通過控制箱按鈕實現。同時利用火災報警控制(聯動型)內部7路多線控制盤連接至現場I/O模塊或風機控制箱進行有效的啟動、停止等操作。CPU和觸摸屏之間采用通信光纖及工業以太網進行通訊，交換機與其他設備之間采用樹形網絡拓撲；并預留網絡接口，為以后廠級網絡服務。

圖4 排風機PLC原理圖

5 結 語

該系統已成功應用于石人溝鐵35 kV變電站，實現了分層分布式綜合自動化管理，日常監測與控制全部由該系統完成，發現隱患可以自動預警，從而在技術上保證了無人值守變電站的供電可靠性，滿足了安全供電的管理要求，變電站內日常值班人數減少了4人，實現了改造效益最大化目標。同時通過與監控系統、火災自動報警系統與排風機自動控制系統的配合使用，可以盡可能保證變電站內的安全，高效、穩定運行，對各種變電站內各種情況實時監測、及時報警。該系統改變了以往只能人工手動操作的弊端，具有顯著的社會效益和經濟效益，逐漸成為電力系統的一個發展趨勢。