張繼冬
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:智能電力系統(tǒng)的興起和電力需求的不斷增長推動了電力行業(yè)向智能化、自動化方向的迅速發(fā)展。在這一趨勢下,智能變電站繼電保護與自動化系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分,扮演著至關(guān)重要的角色。對智能變電站繼電保護與自動化系統(tǒng)進行了一定論述,在此基礎上,進一步探討了繼電保護與自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分,并分析了其在智能變電站中的具體應用與性能評估,有助于推動繼電保護與自動化系統(tǒng)在智能變電站中應用的不斷深入。
關(guān)鍵詞:智能變電站;繼電保護與自動化系統(tǒng);網(wǎng)絡化和數(shù)據(jù)通信
0引言
電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會的重要支撐,它為工業(yè)、商業(yè)和居民提供電力供應。為了滿足不斷增長的電力需求,電力行業(yè)一直在不斷創(chuàng)新和改進,其中一個關(guān)鍵的領(lǐng)域是智能變電站技術(shù)。智能變電站采用先進的繼電保護與自動化系統(tǒng),以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的高度智能化和自動化,不僅可以實時監(jiān)測電力設備的狀態(tài)和參數(shù),還可以自主地做出決策和控制操作,以確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。
1智能變電站繼電保護與自動化系統(tǒng)概述
繼電保護系統(tǒng)的基本功能在于監(jiān)測電力系統(tǒng)中的各種異常情況和故障,當檢測到故障或異常時,及時采取措施。例如,切斷電路或發(fā)出警報,以防止事故擴大,降低電力系統(tǒng)的損失。這意味著繼電保護系統(tǒng)具有快速響應和高度可靠的特點,能夠在毫秒級別內(nèi)采取行動,確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。與此同時,自動化系統(tǒng)的任務是監(jiān)視、控制和協(xié)調(diào)電力系統(tǒng)的運行。它利用先進的傳感器技術(shù)、實時數(shù)據(jù)采集和遠程控制,以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的運行。自動化系統(tǒng)可以自動調(diào)整設備操作參數(shù)、實時優(yōu)化電力負載分配、管理電力設備的運行模式,并通過智能算法來預測電力系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問題,不僅提高了電力系統(tǒng)的效率,還有助于減少能源浪費、降低運營成本。
首先,智能變電站采用了先進的信息技術(shù)、通信技術(shù)和自動化控制技術(shù)。與傳統(tǒng)的變電站相比,它具有更高的自動化程度和智能化水平,意味著智能變電站能夠更加靈活地監(jiān)測和控制電力設備,實時獲取電力系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù),并對系統(tǒng)進行遠程監(jiān)視和調(diào)整,從而提高了運行的和可操作性。其次,智能變電站在設備配置和結(jié)構(gòu)上有所不同。它采用了分布式控制系統(tǒng),利用網(wǎng)絡通信技術(shù)將各個設備連接在一起,形成一個高度互聯(lián)的系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)設備之間的實時信息交互和數(shù)據(jù)共享,同時能夠更容易地擴展和升級系統(tǒng),以適應電力系統(tǒng)的不斷變化。
2繼電保護與自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分
首先,一次設備的智能化使得設備能夠?qū)崟r監(jiān)測自身狀態(tài)和性能。傳感器和監(jiān)測裝置可以連續(xù)地收集設備的電壓、電流、溫度等數(shù)據(jù),并將這些數(shù)據(jù)傳輸給繼電保護自動化系統(tǒng),使得系統(tǒng)可以實時了解設備的運行狀況,及時檢測到潛在的問題或故障。如果出現(xiàn)異常情況,智能信息系統(tǒng)工程系統(tǒng)實踐控制系統(tǒng)可以自動采取措施。例如切斷電路或調(diào)整設備參數(shù),以確保電力系統(tǒng)的安全運行。其次,一次設備的自動化控制允許系統(tǒng)對設備進行遠程操作和調(diào)整,操作員可以通過繼電保護與自動化系統(tǒng)遠程監(jiān)視和控制一次設備,而不必親臨現(xiàn)場,不僅提高了操作的便捷性,還降低了操作員的風險,特別是在危險環(huán)境中。
首先,二次設備的網(wǎng)絡化意味著各個繼電保護裝置、控制器和監(jiān)測設備之間通過網(wǎng)絡連接在一起,形成一個高度互聯(lián)的系統(tǒng)。網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)使得設備之間可以實現(xiàn)實時的信息傳遞和數(shù)據(jù)共享。例如,繼電保護裝置可以將電流、電壓等數(shù)據(jù)傳輸給其他設備,以協(xié)同保護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。同時,網(wǎng)絡化還允許設備之間進行遠程操作和控制,從而提高了系統(tǒng)的和可操作性。其次,數(shù)據(jù)通信是確保繼電保護與自動化系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)通信需要具備高帶寬、低延遲和高可靠性的特點,以確保數(shù)據(jù)的及時傳輸和準確接收,對于及時檢測電力系統(tǒng)中的異常情況、做出快速反應至關(guān)重要。因此,采用先進的通信技術(shù),如光纖通信和高速以太網(wǎng),是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵。
首先,信息交互標準化意味著制定統(tǒng)一的標準和協(xié)議,以確保不同廠家生產(chǎn)的設備之間可以互相通信和協(xié)作。電力系統(tǒng)涉及多種設備,包括繼電保護裝置、開關(guān)設備、監(jiān)測儀器等,它們通常由不同廠家生產(chǎn),因此需要一套通用的通信協(xié)議來實現(xiàn)設備之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息共享。通過標準化的信息交互,不僅降低了設備之間的兼容性問題,還提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性。其次,數(shù)據(jù)處理技術(shù)涉及對大量數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和處理。繼電保護與自動化系統(tǒng)需要處理來自多個設備的數(shù)據(jù)流,包括電流、電壓、溫度等多種參數(shù)。數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以對這些數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和分析,以便快速檢測潛在的問題或異常情況。數(shù)據(jù)處理還可以用于事件記錄和歷史數(shù)據(jù)分析,幫助系統(tǒng)運維人員了解電力系統(tǒng)的性能和歷史運行情況,為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進提供依據(jù)。
3繼電保護與自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分
故障檢測與定位的主要目標是及時發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中的故障并確定其發(fā)生位置,以便采取必要的措施來隔離故障,確保電力系統(tǒng)的可靠運行。
首先,故障檢測是通過對電流、電壓等參數(shù)的實時監(jiān)測和分析來實現(xiàn)的。繼電保護裝置可以不斷地監(jiān)測電力系統(tǒng)中的參數(shù)變化,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,如電流超過設定值或電壓異常,就會觸發(fā)故障檢測功能。故障檢測有助于及時識別可能的故障,并迅速做出反應。其次,故障定位是確定故障發(fā)生位置的關(guān)鍵步驟。一旦故障被檢測到,繼電保護系統(tǒng)會利用數(shù)據(jù)分析和計算技術(shù)來確定故障的位置。通常涉及測量電流和電壓的相位差、時序信息等,以定位故障點。這個過程不僅有助于快速隔離故障區(qū)域,還可以避免不必要的停電范圍擴大,保障電力系統(tǒng)的連續(xù)供電。
狀態(tài)監(jiān)測與控制的主要目標是實時監(jiān)測電力設備和電力系統(tǒng)的運行狀態(tài),并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采取自動化控制措施,以確保電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和運行。
首先,狀態(tài)監(jiān)測涉及對各種電力設備的運行參數(shù)進行實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集,包括變壓器、斷路器、發(fā)電機、輸電線路等設備的電流、電壓、溫度、濕度等多個參數(shù)。通過不斷收集和分析這些數(shù)據(jù),系統(tǒng)可以了解設備的工作狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)潛在問題或異常情況。其次,狀態(tài)監(jiān)測還包括對電力系統(tǒng)整體運行狀態(tài)的監(jiān)測,包括對電力系統(tǒng)的電壓、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)的監(jiān)測,以及對系統(tǒng)中潛在問題的預警。例如,當電壓或頻率超出正常范圍時,系統(tǒng)可以自動發(fā)出警報,并采取措施來調(diào)整電力系統(tǒng)的運行,以避免可能的故障或損壞??刂乒δ芊矫?,一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)表明存在問題或潛在風險,系統(tǒng)可以自動采取控制措施來應對,包括切斷故障區(qū)域的電力供應、切換備用電源、調(diào)整設備的運行參數(shù)等,以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。
數(shù)據(jù)分析與決策支持的主要任務是對大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析和處理,以深入洞察有關(guān)電力系統(tǒng)運行狀態(tài),并支持運維人員做出明智的決策。首先,這一功能通過對歷史和實時數(shù)據(jù)的分析,可以識別電力系統(tǒng)的趨勢和模式。例如,它可以分析設備的運行歷史數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)設備可能存在的周期性故障或逐漸惡化的趨勢。這種預測性分析有助于提前采取維護措施,以避免設備的突發(fā)故障。其次,數(shù)據(jù)分析與決策支持功能可以幫助運維人員識別異常情況。當監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示與正常情況不符時,系統(tǒng)可以自動發(fā)出警
報,指示運維人員關(guān)注可能的問題。實時監(jiān)測和異常檢測有助于快速響應電力系統(tǒng)的緊急情況,減少潛在的風險。這一功能還可以為決策制定提供支持。通過對大量數(shù)據(jù)的深入分析,系統(tǒng)可以生成各種報告和建議,幫助運維人員制定維護計劃、升級設備或調(diào)整電力系統(tǒng)的運行參數(shù),有助于提高電力系統(tǒng)的效率、可靠性和安全性。
安全保護與故障處理的主要任務是確保電力系統(tǒng)的安全運行,并在出現(xiàn)故障或異常情況時采取適當?shù)拇胧?,以減少損失和維護電力系統(tǒng)的可用性。首先,這一功能通過監(jiān)測電力系統(tǒng)的各種參數(shù)和狀態(tài),可以迅速檢測到任何異常情況。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障、短路、過載或其他問題,繼電保護系統(tǒng)可以立即發(fā)出信號,切斷受影響的設備或電路,從而防止故障擴散并保護設備免受損害,有助于維護電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。其次,安全保護與故障處理功能還包括自動故障定位和恢復功能。一旦故障發(fā)生,系統(tǒng)可以自動識別故障的位置,以便維修人員能夠快速準確地定位問題并采取適當?shù)拇胧?,有助于減少故障的停電時間,提高電力系統(tǒng)的可用性。這一功能還可以提供遠程監(jiān)控和控制能力。運維人員可以通過遠程訪問繼電保護系統(tǒng),如遠程開關(guān)合閘或調(diào)整設備參數(shù),監(jiān)視電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)。這種遠程控制功能提供了更靈活的運式,減少了人員在現(xiàn)場的工作量,并提高了運維的效率。
4智能變電站繼電保護與自動化系統(tǒng)的性能評估
可靠性分析是對繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性進行評估的過程,包括對系統(tǒng)的各種組件和設備的可靠性指標進行分析。例如,通過分析繼電保護裝置的平均運行時(MTBF)和平均時間(MTTR)等指標,可以評估系統(tǒng)的可用性和可靠性,以確定系統(tǒng)是否滿足設計要求。其次,故障模擬是一種通過模擬不同故障情況來評估繼電保護系統(tǒng)應對能力的方法。在這個過程中,各種故障情況,如短路、過載、設備故障等,會被模擬并注入系統(tǒng)中,然后評估繼電保護系統(tǒng)的響應時間、正確性和性。模擬故障情況有助于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的問題,并進行相應的改進和調(diào)整??煽啃苑治龊凸收夏M還可以用于制定預防性維護計劃。通過分析系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)和故障模擬結(jié)果,確定哪些組件或設備可能更容易發(fā)生故障,從而可以提前進行維護,減少系統(tǒng)的停機時間。
效率評估涉及對繼電保護與自動化系統(tǒng)的運行效率進行分析,包括系統(tǒng)響應時間、數(shù)據(jù)處理速度、自動化控制的準確性等方面。通過評估系統(tǒng)的效率,可以確定系統(tǒng)是否能夠在合理的時間內(nèi)響應各種情況,例如故障或異常情況,以確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。如果系統(tǒng)的效率較低,可能需要進行優(yōu)化和改進,以提高其性能。其次,能源消耗評估是為了了解繼電保護與自動化系統(tǒng)在運行時對能源的需求情況,包括系統(tǒng)所需的電力供應、冷卻設備的能耗以及其他能源消耗。通過評估能源消耗情況,可以確定系統(tǒng)的能效,即在運行時所消耗的能源與其性能之間的關(guān)系,有助于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中可能存在的能源浪費問題,并采取相應的措施來減少能源消耗,提高系統(tǒng)的節(jié)能性。
首先,安全性是評估系統(tǒng)性能的關(guān)鍵因素之一。繼電保護與自動化系統(tǒng)的主要任務之一是確保電力系統(tǒng)的安全運行。因此,系統(tǒng)具備足夠的安全性,以應對各種潛在的風險和威脅。評估安全性包括對系統(tǒng)的抗干擾能力、防護措施的性以及對外部攻擊的抵御能力等方面的考查。通過分析系統(tǒng)的安全性,可以確定是否需要進一步改進系統(tǒng)的安全性措施,以確保電力系統(tǒng)不受潛在威脅的影響。其次,可維護性與系統(tǒng)的可靠性和維護成本密切相關(guān)。一個良好的繼電保護與自動化系統(tǒng)應該易于維護和管理,以便在需要時進行和升級。評估可維護性包括對系統(tǒng)組件的易用性、維護人員的培訓需求以及維護成本的估算等方面的考慮。通過評估可維護性,可以確定系統(tǒng)是否需要改進以減少維護時間和成本,從而提高系統(tǒng)的可持續(xù)性和可靠性。
5 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成,并用分層、開放式網(wǎng)絡系統(tǒng)實現(xiàn)連接。站控層設備包括監(jiān)控主機,提供站內(nèi)運行的人機聯(lián)系界面,實現(xiàn)管理控制間隔層設備等功能,形成全站監(jiān)控,并與遠方監(jiān)控、調(diào)度通信;間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成,在站控層及站控層網(wǎng)絡失效的情況下,仍能獨立完成間隔層設備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況,設計方案具有高可靠性,易于擴充和友好的人機界面,性能價格,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)絡結(jié)構(gòu),站控層網(wǎng)絡采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡采用單網(wǎng)雙機熱備配置。
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)運行監(jiān)視和控制管理。
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng),以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài),實時監(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。
監(jiān)控系統(tǒng)具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號;預告報警包括一般設備變位、狀態(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1)事故報警。事故狀態(tài)方式時,事故報警立即發(fā)出音響報警(報警音量任意調(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備變位,同時彈窗顯示紅色報警條文,報警分為實時報警和歷史報警,歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動,每次確認一次報警。報警一旦確認,聲音、閃光即停止。
次事故報警發(fā)生階段,允許下一個報警信號進入,即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。
2)對每一測量值(包括計算量值),由用戶序列設置四種規(guī)定的運行限值(物理下限、告警下限、告警上限、物理上限),分別定義作為預告報警和事故報警。
3)開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù),推出報警信息,提示用戶檢修。
4)報警方式。
報警方式具有多種表現(xiàn)形式,包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、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警信息。
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能,允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護,避免誤操作。
操作控制分為四級:
第控制,設備就地檢修控制。具有優(yōu)先的控制權(quán)。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關(guān)放在就地位置時,將閉鎖所有其他控制功能,只進行現(xiàn)場操作。
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,具有遠方/站控層的切換。
第四級控制,遠方控制,優(yōu)先。
原則上間隔層控制和設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,并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼,以確保操作的性和正確性。對任何操作方式,保證只有在上一次操作步驟完成后,才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設備有:35kV及以下斷路器;35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機構(gòu)的接地開關(guān);站用電380V斷路器;主變壓器分接頭;繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。
3)定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作,設定啟動和關(guān)閉時間,完成定時控制。
4)監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點,接點的容量對直流為110V(220V)、5A,對交流為220V、5A。
系統(tǒng)設置了用戶權(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、維護員、值班員組等),在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼,為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的保障。
6 系統(tǒng)硬件配置
7 結(jié)語
綜上所述,智能變電站繼電保護與自動化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)領(lǐng)域的一項重要創(chuàng)新,為電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和運行提供了強大的支持。然而,智能變電站技術(shù)仍面臨著一些挑戰(zhàn),如網(wǎng)絡安全和標準化等問題,需要不斷研究和改進,進而為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻更大的力量。
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作者介紹:
張繼冬,男,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司
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