變電站綜合自動化系統在化工廠中的應用結構分析

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的應用，對變電站進行集中監控，盡量做到無人監督，全面實現變電站綜合自動化，將運營的成本降低到最大，保證電力系統的安全穩定運行。

關鍵詞：變電站;自動化系統;大型工廠

0 引言

在大型化工廠，提高供電質量、降低施工成本，可以設置多個變電站，傳統模式對于整個工廠供配電系統來說，純手工操作、人工抄表，已無法滿足高效快速的生產需要，難以做到集中控制，系統無法進行自動報警，也無法實現自動抄表等功能。在變電站中實現自動化主要是利用現有的計算機技術、先進的電子技術以及便捷的通信技術，對電力系統運行所需的全部數據和信息進行采集、傳輸，然后利用計算機對電力系統進行全方位的監控。另外實現變電站的綜合自動化還需要借助微電子技術和背景控制系統，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備，這些處理器能夠接收和傳輸來自外部源數據或控制外部源。

1 變電站綜合自動化系統的結構

1.1 分層結構

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。可以在總變電站內安裝一套監控整個工廠電力系統的調度后臺，作為監控的終端。任何一個變電站中都有其完善的監控系統，保證獨立運行。變電站的總系統包括以下幾部分，設備層、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、終端站控制層和網絡故障的情況下，變電站中的間隔層可以單獨完成系統中的監控工作以及實現斷路器的控制功能。設備層包括一次高壓設備的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備直接在現場采集和處理原始數據。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。間隔層數據采集完成后，負責協議轉換、處理、轉發到站控層，同時發出站控層的下行控制命令。通信管理層包括環網交換機、光纖網絡等，負責形成系統光纖自愈雙環網。終端站控制層包括系統（數據庫）服務器、Fe服務器、高級歷史服務器、Web服務器、應用服務器、操作員工作站、五個工作站（包括操作指令專家系統）、維護工程師工作站、報表工作站、綜合操作畫面、遠程通信設備、視頻工作站及相關設備。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據，完成分析、處理、顯示、報警、記錄、控制等功能，完成遠程數據通信，發出控制指令。數據處理功能包括：

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、刀閘名稱。根據事故總信號是否動作（或系統提供的其他事故判據），區分開關事故跳閘或正常變位。可人工設置開關、刀閘狀態，并有相應的設置標志。當現場開關檢修、試驗時，可在調度員工作站上設掛牌標志。標牌用不同的形式、顏色來表示不同的狀態。可在線統計開關跳、合閘次數。遙信的狀態鎖定/解除。可設置質量標志（遙控封鎖/解除，檢修）。對小車開關用不同的顯示方式直觀地區分不同的狀態，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。根據開關位置信號及操作記錄實現對設備的分析。

1.1.2 遙測處理

遙測值工程量變換，變換系數在線修改。數據的物理性檢查、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：在設定的殘差值范圍內用0取代。遙測值歸零處理。遙測越限時間可自動統計，包括越上限、越下限、合格時間等。在CRT上可人工設定遙測值并加入相應標志，人工設置的遙測值自動加入相應的計算中。最大值、最小值、平均值自動計算。遙測遙信相關性檢查，當遙信狀態和相關的遙測值矛盾時，進行報警記錄。遙測值跳變濾波處理。平均值/積分值的計算。數據更新處理。

1.1.3電度量處理

實測電度脈沖計數及工程量變換。用戶定義的數學公式進行各種統計計算。電度量能分時段統計。按周期采集電量，周期在5～60min內可調。可周期性對RTU的脈沖計數器進行清零。電度底數可人工設置。可定義功率值積分電度，積分時間可設置。數字電度量采集。

1.2 網絡結構

將整個網絡通信模式進行串聯的是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，將系統中的設備用總線進行攔截，確保通信速度。每個變電站的綜合自動化系統可以把相關的參數直接傳輸給DCS系統，進而將DCS系統中的參數優化完善。

分站之間采用光纖和光纖以太網環網交換機，形成光纖自修復雙環網，通過分站控制層的遠程通信管理，將光纖自修復雙環網上傳到主站。光纖傳輸方式具有傳輸距離遠、傳輸速率高、抗干擾能力強等優點。使用自愈環網絡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，實現過程是兩個光路出發最后匯集到一處，即使其中一路或者是總端出現問題收集不到信息，其余的變電站仍然可以進行正常的工作，不會出現通訊中斷問題。故障排除后，繼續接受子站在上面發送的信息，在這個結構下實現整個網絡的自診斷、自修復循環。

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，互感器會提供相應的交流電流信號以及交流電壓信號;開關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、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總體設計原則

變電站綜合自動化系統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，盡量滿足系統分布過程時較為完整，并且配置完整。運行時確保主要函數的正確性，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，可以不依賴于監控系統獨立運作;監測系統設計與多個檢查手段和鎖定措施錯誤;之間的所有連接系統采用完全獨立的系統（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，安裝時將其結構緊湊安裝，還需要對其中的模塊進行設計，方便擴展、易于更換和升級;監測系統的應用軟件需要對范圍呢的用戶進行開放應用，并且可以允許用戶自行將監控功能進行修改;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;后臺系統功能易于擴展，增加構件，保證用戶對應用軟件的日益增長的需求。

3 總結

化工廠對于電力系統的可靠性要求非常高，廠區面積大，變電站分布廣，變電站綜合自動化系統首選電子監控，結構簡單，易于操作的自動化系統，最大程度的保護電力系統安全穩定的運行，并且保證經濟的可行性。變電站實現無人監控，可以減低經濟的運行成本，擴大監控范圍，提供電源質量保障。

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