任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：大型化工企業(yè)供配電具有集約型特點(diǎn)，化工企業(yè)內(nèi)35kV變電站和10kV變電所數(shù)量大、分布廣，對于老的大多大型及中型化工企業(yè)而言，其變電站或變電所內(nèi)高壓電氣設(shè)備為舊式繼電保護(hù)裝置，可靠性差，隨著化工企業(yè)的快速發(fā)展，用電負(fù)荷快速增長，整體電網(wǎng)技術(shù)水平已很難滿足目前的供電要求。因此，結(jié)合化工企業(yè)實(shí)際供配電設(shè)施設(shè)備及用電需求，將新一代微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用到化工企業(yè)供配電改造中。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；供配電改造；變電站；微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中能夠?qū)⑺觅Y源及信息相互結(jié)合，實(shí)現(xiàn)共享模式，其系統(tǒng)操作簡單，減少了使用過程中的維修次數(shù)。相比傳統(tǒng)的供電設(shè)備其供電穩(wěn)定性及實(shí)用性優(yōu)勢明顯化，因此在開展實(shí)施化工企業(yè)供配電改造中應(yīng)用該自動(dòng)化系統(tǒng)，使化工企業(yè)的發(fā)展更具效益性。

結(jié)合目前現(xiàn)有的化工企業(yè)供電系統(tǒng)及裝置設(shè)備來看，大多大型及中型化工企業(yè)主要是將電磁型繼電保護(hù)裝置應(yīng)用到35kV或10kV的變電站中來。實(shí)際運(yùn)行操作中因?yàn)榉N種原因?qū)е虏糠肿冸娬驹诟脑旎蛐枰獢U(kuò)充的情況下不能很好地實(shí)現(xiàn)控制、室內(nèi)增添新型設(shè)備，如控制盤、繼電保護(hù)器的安裝等。尤其是在供電運(yùn)行中因?yàn)楝F(xiàn)有的電磁型常規(guī)繼電所涉及的保護(hù)元件出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕、老化等現(xiàn)象而導(dǎo)致供電障礙。有些老舊零部件已經(jīng)很難保證正常供電的需求，從而使整個(gè)化工企業(yè)的供電使用安全性能及穩(wěn)定性能受到了威脅，造成后期工作的延誤。在化工企業(yè)供電運(yùn)行中，因?yàn)?0kV的變電設(shè)備配備的是少油開關(guān)，在實(shí)際運(yùn)行中時(shí)間較長，這就導(dǎo)致部分配件及線路老化，從而達(dá)不到后期供電需求及供電改造的要求。因此結(jié)合現(xiàn)代化供電需求及供電設(shè)備將變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用到化工企業(yè)供配電改造中來，實(shí)現(xiàn)化工企業(yè)供電使用的穩(wěn)定性及安全性。

隨著化工行業(yè)的不斷發(fā)展，變電站的使用要能跟得上供電及配電需求，大多化工企業(yè)都想朝著少油、防污、節(jié)能及自動(dòng)化的方向發(fā)展前行。這就需要相關(guān)管理部門結(jié)合化工企業(yè)實(shí)際的供電電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及變電站配電特點(diǎn)出發(fā)，從省資源、效率快、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、能夠滿足自動(dòng)化等方向出發(fā)，實(shí)施合理且針對性較強(qiáng)的化工企業(yè)供電改造。

對于10kV的變電站在正常運(yùn)行過程中，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)作過程中主要是以饋線回路作為供電線路。在運(yùn)作過程中可采用輪流制工作的措施對其進(jìn)行日常維護(hù)，維護(hù)期間制定相關(guān)有針對性的措施對保護(hù)進(jìn)行改造，也就是將現(xiàn)有的老舊電磁式繼電保護(hù)裝備改造為微機(jī)自動(dòng)化式保護(hù)裝備。化工企業(yè)停止用電進(jìn)入休息階段時(shí)，相關(guān)工作人員需對重要饋電路線及備自投、進(jìn)線裝置開展實(shí)施科學(xué)的有針對性的微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的更新。

大中型化工企業(yè)除了使用10kV的變電站以外，還有35kV的變電站供電系統(tǒng)。相比10kV而言，35kV的變電站在初步設(shè)計(jì)制造期間就相對更科學(xué)合理，并且在運(yùn)作期間屬于負(fù)荷中心，這就為現(xiàn)期的供電改造提供了有力的改造條件。35kV變電站在改造方案實(shí)施時(shí)，只需要對高壓設(shè)備進(jìn)行有目的局部改造就可以，剩下的可在二次保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施維護(hù)期間采用分批分期的方法實(shí)現(xiàn)微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的改造。由于35kV在整個(gè)化工企業(yè)供電的作用及使用范圍較廣，因此想要實(shí)現(xiàn)35kV變電站的自動(dòng)化改造，可在3年之內(nèi)完成所有供電改造。

大中型化工企業(yè)在建設(shè)投入性的變電站時(shí)，可結(jié)合供電需求及現(xiàn)期使用原則將少油、防污、節(jié)能及自動(dòng)化的設(shè)備一步到位地應(yīng)用到本企業(yè)中來。直接朝著省資源、效率快、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、滿足自動(dòng)化的方向出發(fā)，使供電性能安全、穩(wěn)定，電網(wǎng)監(jiān)管系統(tǒng)完善，將真正的變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用到化工企業(yè)供電改造中來。

化工廠供電設(shè)備在具體使用時(shí)基本采用的都是集中式組屏和分散式組屏兩種，集中式大的特點(diǎn)在于監(jiān)控及保護(hù)集中組屏，一般安裝在主控室內(nèi)。安裝期間主要涵蓋的設(shè)備有遙信插箱、遙控、遙測、相應(yīng)的保護(hù)裝置等，該組屏對應(yīng)若干線路及設(shè)備，各大電氣在實(shí)施控制直流回路、測量交流回路時(shí)都需要用電纜將其送至主控室內(nèi)。結(jié)合化工企業(yè)實(shí)際用電及生產(chǎn)情況，饋線一般使用數(shù)量在70條以下20條以上時(shí)，為了更好地適應(yīng)化工企業(yè)供配電改造的應(yīng)用與發(fā)展，主要將分層分散式布置應(yīng)用到實(shí)際中來，其具體分布機(jī)構(gòu)與功能使用設(shè)計(jì)原則如下。

3.1系統(tǒng)層次使用功能及結(jié)構(gòu)

廠站級別的設(shè)置在具體應(yīng)用中主要以集中式組屏為主。而設(shè)備具有間隔時(shí)，主要是以分散式布置為主，為了減少二次電纜的使用，又將監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)分開應(yīng)用到各個(gè)開關(guān)柜中，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大的優(yōu)點(diǎn)在于層次分明。其中分布主要是指：將設(shè)備組織按照間隔單元層的系統(tǒng)形式進(jìn)行分布，通過不同站內(nèi)通信互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)變電站的通信使用，結(jié)合功能分配的作用將對稱分布式設(shè)計(jì)原則應(yīng)用到其中。分層則是指單獨(dú)成立并有可控性的通信分層、變電站分層及間隔單元分層。

3.2通信層與變電站層之間的聯(lián)系

為了使整個(gè)運(yùn)作系統(tǒng)具有安全可靠性的同時(shí)還能很好地實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能，在設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)應(yīng)將雙后臺雙機(jī)監(jiān)控方式應(yīng)用到現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)總線控制實(shí)施與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中來。對于饋線回路數(shù)達(dá)到70條以下20條以上的10kV變電所或是35kV變電站而言，直接可將雙網(wǎng)雙機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)用到其中。而針對饋線回路比較少的10kV變電所而言，主要是將單網(wǎng)雙機(jī)結(jié)構(gòu)采用到其中。我國在采用人工計(jì)算機(jī)操作時(shí)，主要是將Windows系統(tǒng)應(yīng)用到實(shí)際操作中來，該系統(tǒng)操作簡單、內(nèi)容豐富，在系統(tǒng)投入使用中出現(xiàn)特殊情況時(shí)都可與系統(tǒng)協(xié)商，實(shí)現(xiàn)特殊處理化。在網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的使用上一般都采用TCP或IP通信協(xié)議，使化工企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)與變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)地結(jié)合在一起。結(jié)合化工企業(yè)實(shí)際用電的特點(diǎn)得出，在進(jìn)行通信層與變電站層連接設(shè)計(jì)時(shí)可將雙機(jī)雙網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機(jī)構(gòu)與雙機(jī)單網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機(jī)構(gòu)應(yīng)用到實(shí)際操作中，具體系統(tǒng)機(jī)構(gòu)分布圖如圖1、圖2所示。

3.3配置間隔及單元層結(jié)構(gòu)

變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，配置間隔及單元層的保護(hù)檢測單元主要有兩個(gè)類型的實(shí)施方案：一是間隔層保護(hù)測控單元分開配置；二是間隔級保護(hù)單元合一配置。化工企業(yè)所使用的變電站設(shè)備在作為對外貿(mào)易階段依據(jù)時(shí)只有進(jìn)線的供電才有效，與饋線回路有關(guān)的線路只能作為本企業(yè)核算依據(jù)。在本企業(yè)與其他企業(yè)聯(lián)合用電或是本企業(yè)收入效益良好的情況下才能采用配置間隔及分配置的結(jié)構(gòu)；如果大型化工企業(yè)所用配電站線路較多，便可將配置間隔及合一配置的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到貢獻(xiàn)裝置中來。現(xiàn)期所使用的監(jiān)控保護(hù)裝置，內(nèi)部的監(jiān)控及控制功能主要是由CPU1及CPU2兩個(gè)的模件負(fù)責(zé)完成。在實(shí)施通信接口聯(lián)系時(shí)主要是通過RS485通信接口來完成。配置間隔及合一配置的結(jié)構(gòu)在實(shí)際運(yùn)作中，既有性還確保了安全性及實(shí)用性，同時(shí)也為化工企業(yè)節(jié)省了用電資金的投入。

圖1雙機(jī)雙網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

圖2雙機(jī)單網(wǎng)雙后臺系統(tǒng)機(jī)構(gòu)圖

3.4自動(dòng)化系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)的改進(jìn)及應(yīng)用

化工企業(yè)在進(jìn)行供配電改造時(shí)，為了將變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的作用有效發(fā)揮出來，與實(shí)際用電需求相結(jié)合，對技術(shù)指標(biāo)及功能實(shí)用性進(jìn)行完善。其主要要求有以下幾點(diǎn)：

使用功能上的要求及改進(jìn)：在進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)際采集、遙控、遙測等操作時(shí)。按照變配電的實(shí)際需求來設(shè)定。以及數(shù)據(jù)的處理及統(tǒng)計(jì)、報(bào)警處理及限制監(jiān)控、數(shù)據(jù)在運(yùn)行期間的統(tǒng)計(jì)與計(jì)算等。

操作控制的改進(jìn)及應(yīng)用，開關(guān)與斷路器間的分合、變壓器分接頭在實(shí)際操作期間的特殊操作及調(diào)節(jié)。

運(yùn)行記錄的改進(jìn)，主要在于設(shè)備線路的各種操作、運(yùn)行、某種事件的發(fā)生等，將分欄記錄運(yùn)用到其中。

歷史數(shù)據(jù)及報(bào)表的改進(jìn)，經(jīng)過改造后的變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，報(bào)表按照要求自動(dòng)生成所需數(shù)據(jù)，并且對收集到的數(shù)據(jù)有自動(dòng)保存及顯示的作用。同時(shí)對與信息的保護(hù)、各種運(yùn)作、波形、時(shí)間等按企業(yè)相關(guān)要求進(jìn)行記載，能夠?qū)κ鹿蔬M(jìn)行追憶，可再現(xiàn)事故的畫面。

經(jīng)過改造后具有很好的人機(jī)界面，主要是對電氣的主接線圖、參數(shù)、曲線等相關(guān)要求進(jìn)行在線設(shè)定，并具有豐富的設(shè)定資源及友好的人機(jī)操作性能。

在技術(shù)操作及使用指導(dǎo)上，所需SOE分辨率及系統(tǒng)時(shí)鐘精度按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。如遙控命令傳送時(shí)間、事故推移畫面時(shí)間、畫面在調(diào)用期間的響應(yīng)時(shí)間等，快速準(zhǔn)確。

4.1方案綜述

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個(gè)二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

針對工程具體情況，設(shè)計(jì)方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價(jià)格比高，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。

4.2應(yīng)用場所：

適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

4.4.2報(bào)警處理

監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報(bào)警功能。事故報(bào)警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護(hù)裝置動(dòng)作信號；預(yù)告報(bào)警包括一般設(shè)備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1）事故報(bào)警。事故狀態(tài)方式時(shí)，事故報(bào)警立即發(fā)出音響報(bào)警（報(bào)警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報(bào)警條文，報(bào)警分為實(shí)時(shí)報(bào)警和歷史報(bào)警，歷史報(bào)警條文具備選擇查詢并打印的功能。

事故報(bào)警通過手動(dòng)，每次確認(rèn)一次報(bào)警。報(bào)警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。

次事故報(bào)警發(fā)生階段，允許下一個(gè)報(bào)警信號進(jìn)入，即次報(bào)警不覆蓋上一次的報(bào)警內(nèi)容。報(bào)警處理具備在主計(jì)算機(jī)上予以定義或退出的功能。

2）對每一測量值（包括計(jì)算量值），由用戶序列設(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。

3）開關(guān)事故跳閘次數(shù)或開關(guān)拉閘次數(shù)，推出報(bào)警信息，提示用戶檢修。

4）報(bào)警方式。

報(bào)警方式具有多種表現(xiàn)形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報(bào)警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據(jù)自己的需要添加或修改報(bào)警信息。

4.4.3調(diào)節(jié)與控制

操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。

操作控制分為四級：

第一級控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。

第二級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。

第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。

第四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。

原則上間隔層控制和設(shè)備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進(jìn)行下一步操作。同一時(shí)間只允許一種控制方式。

納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動(dòng)機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。

3）定時(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設(shè)定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4.4.4用戶權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個(gè)權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的安全保障。

在進(jìn)行化工企業(yè)供配電改造中將變電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用到其中，憑借自身優(yōu)勢使化工企業(yè)供電系統(tǒng)得到安全穩(wěn)定的發(fā)展，減少了維護(hù)的次數(shù)，而且提高了供電的可靠性。因此與現(xiàn)期供電現(xiàn)狀相結(jié)合，對其進(jìn)行有針對性的改造，提高化工企業(yè)用電質(zhì)量及生產(chǎn)質(zhì)量，更好地貢獻(xiàn)于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者介紹：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)解決方案。