220kv變電站電氣設備綜合自動化系統(tǒng)的改造

220kv變電站電氣設備綜合自動化系統(tǒng)的改造

0實現(xiàn)了全廠200kv變電站的電氣監(jiān)控綜合自動化為了適應電網(wǎng)和機組的日益先進自動化水平，北京京能熱能有限公司（以下簡稱京能熱能）以計算機監(jiān)控技術和通信技術為手段，對220kv電流電源的電氣監(jiān)控系統(tǒng)進行了綜合自動化改造，建立了一套完整的自動化控制體系，涵蓋了220kv電流電源的整個監(jiān)控和控制。并對整個工廠的220kv高壓裝置進行了全面的自動化。以下對京能熱電220kV變電站電氣監(jiān)控系統(tǒng)綜合自動化改造情況進行全面介紹。1改造前的設備狀況1.1發(fā)變組單元接入京能熱電220kV變電站基本結(jié)構為雙母線,5條220kV出線,2臺啟動變壓器、1臺脫硫變壓器、3臺聯(lián)結(jié)于220kV母線的發(fā)電機組,另外1臺機組通過220kV出線構成的發(fā)變組單元出線方式直接接入門頭溝變電站。220kV電氣系統(tǒng)的控制與監(jiān)視通過硬扳把操作和光子牌監(jiān)視來實現(xiàn)。1.2改造前監(jiān)控系統(tǒng)的問題1.2.1監(jiān)視系統(tǒng)故障信息豐富近幾年,京能熱電開關、變壓器等電氣一次設備不斷改造,繼電保護、故障錄波、電量計費等電氣二次設備也持續(xù)更新。這樣,需要監(jiān)視的信息增多,原有的光子牌已經(jīng)遠遠不能滿足監(jiān)視設備運行和故障信息的需要。光子牌監(jiān)視系統(tǒng)無法實現(xiàn)對微機繼電保護裝置及電氣自動裝置的故障報告及錄波圖等詳細信息的遠方監(jiān)視。對斷路器、隔離開關等設備的狀態(tài)及運行信息只能從簡單的信號燈上判斷,而線路運行時的電流、電壓、無功、有功等信息均需要通過傳統(tǒng)的模擬表計監(jiān)視,且需要人工抄表、人工統(tǒng)計和分析。1.2.2操作失敗易發(fā)生不到位隔離開關和斷路器的操作使用傳統(tǒng)的硬扳把(按鈕)操作,接點容易出現(xiàn)不到位,導致操作失敗或誤操作等問題的發(fā)生。另外,由于隔離開關和斷路器均采用硬操作,在“五防”系統(tǒng)改造后,仍然要和硬扳把操作系統(tǒng)配合,增加了操作步驟和操作難度,延長了操作時間。2綜合自動系統(tǒng)的構建2.1系統(tǒng)層間主理設計京能熱電電氣綜合自動化系統(tǒng)采用南京南瑞科技公司的NS2000綜合自動化系統(tǒng),該系統(tǒng)對變電站的控制、保護、測量、“五防”、遠動、信息等功能實現(xiàn)綜合自動控制和管理。整個系統(tǒng)從上到下依次可分為3層:變電站層、通信層、間隔層。間隔層保護測控裝置根據(jù)實際要求靈活方便地配置,獨立完成對間隔層設備的保護、測量、控制以及通信功能。通信層采用網(wǎng)絡技術,連接間隔層設備并與變電站層進行通信。間隔層所發(fā)信息通過通信層在網(wǎng)絡上“廣播”,所有網(wǎng)上主站都可以收到;變電站層由智能化設備接口規(guī)約轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)單元裝置及后臺監(jiān)控計算機構成,該系列裝置提供遠動通信功能,同時以不同規(guī)約、不同速率向多個主站傳送信息,并接收主站的控制命令和設置命令。2.2北京能源電壓的綜合自動化實現(xiàn)方法2.2.1測控柜及gps系統(tǒng)京能熱電電氣綜合自動化系統(tǒng)由2臺服務器(主站、備用站兼操作員站)、1臺工程師站、1臺“五防”站、1臺遠動站、8臺測控柜及1套GPS系統(tǒng)通過雙網(wǎng)組成,根據(jù)220kV設備的位置結(jié)構,測控柜采用集中布置與分散布置相結(jié)合的方式實現(xiàn)。具體網(wǎng)絡結(jié)構如圖1所示。2.2.2測控柜及測控室的布置間隔層設備包括測控裝置、繼電保護裝置及其它故障錄波器,其中測控裝置是綜合自動化系統(tǒng)的組成部分。測控柜的布置采用集中式與分散式相結(jié)合的方式,把線路部分及1、2號機測控集中布置在220kV控制室附近的測控室,而3號機測控布置在3單元繼電器室、4號機測控及220kV石門線測控布置在4單元繼電器室。測控柜通過網(wǎng)線或光纖與系統(tǒng)連接。2.2.3數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡通信層的概念其實就是網(wǎng)絡層,它把間隔層采集的信息數(shù)據(jù)送到網(wǎng)上,所有變電站層設備可以共享信息,變電站層發(fā)出的命令也可以通過網(wǎng)絡傳給間隔層。通信網(wǎng)絡采用以太網(wǎng),支持100M電以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)絡,通信協(xié)議采用國際標準協(xié)議,通信設備均采用通用的工業(yè)器材。為了提高網(wǎng)絡的可靠性,監(jiān)控網(wǎng)絡采用雙網(wǎng)冗余配置。集中布置的測控裝置(布置在測控小間的測控柜B1～B5柜)采用雙網(wǎng)線與系統(tǒng)連接;3單元測控柜(即C測控柜),4單元測控柜(即D測控柜)通過光纖與系統(tǒng)連接。2.2.4監(jiān)視和控制指揮調(diào)度中心京能熱電綜合自動化系統(tǒng)的變電站層包括2臺服務器(主站、備用站兼操作員站)、1臺工程師站、1臺“五防”站,1臺遠動站、8臺測控柜及1套GPS系統(tǒng)。監(jiān)控主站是綜合自動化系統(tǒng)內(nèi)主要的人機交互界面,它收集、整理、顯示和記錄間隔層設備采集的信息,并根據(jù)操作人員的命令向間隔層設備下發(fā)控制命令,從而完成對變電站所有設備的監(jiān)視和控制。目前,主站硬件平臺為SunUltra45,采用雙機冗余運行,其操作系統(tǒng)為Unix操作系統(tǒng)。工程師站硬件平臺也為SunUltra45,其主要功能為監(jiān)視、查詢、記錄保護設備的運行信息;監(jiān)視、查詢、記錄保護設備的告警、事故信息及歷史記錄;記錄和分析設備的分散錄波數(shù)據(jù)。遠動主站為NSC202通信控制器主單元(雙機),其作用主要是完成變電站與調(diào)度中心的通信,實現(xiàn)調(diào)度中心對變電站的遠程監(jiān)控。遠動主站可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)意義上的RTU系統(tǒng),并實現(xiàn)其全部功能?！拔宸馈惫ぷ髡镜闹饕δ苁菍b控命令進行防誤閉鎖檢查,自動開出工作票,確保操作命令的正確性。目前京能熱電采用珠海優(yōu)特的“五防”系統(tǒng),通過“五防”系統(tǒng)與綜合自動化系統(tǒng)通信,實現(xiàn)“五防”閉鎖功能。2.2.5與其它系統(tǒng)的連接電氣綜合自動化系統(tǒng)除了可以和智能裝置實現(xiàn)連接外,也可以實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的連接。如MIS系統(tǒng)、DCS系統(tǒng),考慮到系統(tǒng)運行的安全,目前京能熱電電氣綜合自動化系統(tǒng)獨立運行,與其它網(wǎng)絡無連接。3設備監(jiān)控系統(tǒng)電氣綜合自動化系統(tǒng)改造完成后,方便了運行人員對220kV系統(tǒng)電氣設備的監(jiān)控,通過該系統(tǒng),可以完成監(jiān)控系統(tǒng)的當?shù)貦z測和控制、遠動信息交換和控制,變電站設備管理、系統(tǒng)配置等各種功能。3.1操作結(jié)果反饋運行人員在合法權限身份驗證后,可以通過操作員站發(fā)出控制命令對所選擇的斷路器、隔離開關等操作對象進行操作,操作控制的執(zhí)行結(jié)果反饋到相關設備圖上,操作過程及結(jié)果均保留記錄。綜合自動化系統(tǒng)還可以實現(xiàn)五防閉鎖和緊急解鎖、自動調(diào)節(jié)變壓器分接頭等功能。3.2監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)通過操作員站畫面對主要電氣設備的運行參數(shù)和設備狀態(tài)進行監(jiān)視。通過電氣主接線圖,可以監(jiān)視設備運行狀態(tài)、潮流方向、電壓、電流、有功無功的實時值;可以監(jiān)視保護設備的運行狀態(tài);可以監(jiān)視直流系統(tǒng)運行狀態(tài);可以監(jiān)視綜合自動化系統(tǒng)本身的配置和狀態(tài);可以看模擬量報表和趨勢圖。當所采集的模擬量發(fā)生越限、數(shù)字量變位及計算機系統(tǒng)自診故障時,系統(tǒng)會立即處理并通過彈出窗口告警。對于重要的開關量變位,用軟光子牌代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬光子牌,實現(xiàn)告警的目的。3.3變壓器檢測顯示電氣綜合自動化系統(tǒng)的測控裝置采集電流、電壓、溫度等模擬量和斷路器、隔離開關、變壓器分接頭位置信號等開關量,以及有功無功的脈沖量等,并能檢測出開關量變位、模擬量越限、保護出口、裝置異常等,生成事件/告警信息,并能把所有必要的信息通過通信層發(fā)送給變電站層。3.4功能設計計算在線方式下,能夠按照數(shù)值變換和規(guī)定時間間隔不斷處理和計算有功、無功、功率因數(shù)、功率總加、電量累計、分時統(tǒng)計、開關量動作次數(shù)、主要設備運行小時統(tǒng)計等。還可以實現(xiàn)報表、事件、記錄等的打印。3.5遠程操作功能綜合自動化系統(tǒng)通過遠動主站,實現(xiàn)與調(diào)度中心的通信,實現(xiàn)遠程監(jiān)控功能,可以實現(xiàn)RTU的全部功能。3.6“五防御”關閉功能綜合自動化系統(tǒng)可以實現(xiàn)三級防誤閉鎖:變電站層的軟件閉鎖,間隔層的閉鎖和就地硬件閉鎖。4綜合自動切換方案的提出4.1護等裝置自動化改造發(fā)電廠現(xiàn)有的監(jiān)視、控制、遠動、五防、保護等裝置情況各不相同,在進行綜合自動化改造時,應該綜合考慮,系統(tǒng)功能配置要力求簡練、實用,應避免功能重復的設備并列運行。4.2積極準備綜合自動化改造對于運行時間比較長的發(fā)電廠,電氣綜合自動化改造是個復雜的工程,需要牽涉到方方面面的設備,對綜合自動化改造要有提前規(guī)劃和預先準備。在綜合自動化改造前,其它設備的改造或更新,要綜合考慮將來接入綜合自動化系統(tǒng)的問題,例如繼電保護裝置、故障錄波器、斷路器和刀閘的輔助接點、五防系統(tǒng)等的改造,在選型的時候要考慮到將來納入綜合自動化系統(tǒng)的因素,在設備選型、通信規(guī)約、盤位布置、預留接口等方面進行綜合考慮。這樣,在外部環(huán)境具備條件的情況下,電氣綜合自動化的改造可以節(jié)省大量的人力、物力和時間。4.3后推部分設備在綜合自動化系統(tǒng)改造的過程中,受到現(xiàn)場實際情況的限制,有些