牽引供電綜合自動化-變電站部分5

《牽引供電綜合自動化》

TA-21型牽引供電綜合自動化系統(tǒng)供電教研室常國蘭研制背景系統(tǒng)功能與特點系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)功能單元TA-21型牽引供電綜合自動化系統(tǒng)TA-21型牽引變電所安全監(jiān)控及綜合自動化系統(tǒng)，是在鐵道部科技研究開發(fā)計劃項目。一、研制背景保護、測量與控制單元采用32位CPU硬件平臺，支撐完善的保護、測量與控制功能。保護、測量與控制單元采用基于ADSP（模擬量的數(shù)字信號處理）技術(shù)的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。配備了試驗仿真工具軟件，保護、測量與控制單元對調(diào)度端、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元和試驗仿真工具軟件采用全透明設(shè)計，便于實現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。高精度的故障測距、高采樣速率的故障錄波和負(fù)荷錄波，便于故障查找、保護動作行為和負(fù)荷狀況分析。完善的事件記錄，便于保護動作行為分析和監(jiān)視保護、測量與控制單元的工作情況。各種保護、測量與控制單元的相同功能插件具有互換性。二、系統(tǒng)功能與特點采用一套裝置負(fù)責(zé)一個斷路器及相關(guān)隔離開關(guān)的保護、測量與控制設(shè)計模式。饋線保護、測量與控制單元能進行瞬時性與永久性故障的識別，減少重合于永久性故障對設(shè)備的沖擊。饋線保護、測量與控制單元具有最大負(fù)荷統(tǒng)計功能?？刂苹芈窋嗑€定位到每個對象，便于維修與維護。雙Lonworks現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，具有良好的開放性、互操作性和7層完整的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，提供RS232通信接口，與試驗仿真工具軟件鏈接；也可以采用以太網(wǎng)，CAN網(wǎng)、PROFIBUS等實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。系統(tǒng)功能與特點保護、測量與控制單元支持IEC60870-5-103等通信規(guī)約，當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元與調(diào)度端的通信支持IEC60870-5-101等通信規(guī)約。保護、測量與控制單元可存儲5套保護整定值，40次故障報告和故障錄波。保護、測量與控制單元可自動調(diào)整模擬量輸入通道的增益和校正TV、TA的角差，提高測量精度。高標(biāo)準(zhǔn)的電磁兼容性能，可直接下放到開關(guān)設(shè)備。整定值可通過調(diào)度端、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元和試驗仿真工具軟件在線整定。完善的自檢功能，指示裝置的工作狀態(tài)。增加了遠(yuǎn)動終端和視頻監(jiān)控等單元。系統(tǒng)功能與特點TA-21型牽引變電所安全監(jiān)控及綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。它由保護測控單元、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元、現(xiàn)場總線、視頻監(jiān)控單元和通信單元等組成。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)幾點說明：各保護測控單元完成變電所的繼電保護、測量、控制功能；可分散安裝，也可集中組屏。Lonworks現(xiàn)場總線為雙環(huán)光纖網(wǎng)，是實現(xiàn)綜合自動化系統(tǒng)功能的核心。調(diào)度中心通過通信單元與保護測控單元通信，實現(xiàn)四遙功能。當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元可就地完成調(diào)度中心的操作，不考慮雙機備用。通信單元在以太網(wǎng)和LON網(wǎng)之間實現(xiàn)規(guī)約轉(zhuǎn)換，同時為全所提供時間基準(zhǔn)GPS。視頻監(jiān)控單元與自動滅火系統(tǒng)一起，組成變電所安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遙視。為保證圖像傳輸?shù)膶崟r性，要求為視頻提供單獨的2MB的光纖口。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主保護固有動作時間≤25ms，后備保護固有動作時間＜30ms；事件分辨率≤5ms（所內(nèi)）；≤1ms（裝置內(nèi)）；測量誤差≤0.2%；開關(guān)量＞440個；模擬量＞128個；遙信正確率≥99.9%；遙控正確率=100%；LONWORKS現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)通信速率1.25Mbps；平均無故障時間≥20000h。四、系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)1.當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元2.視頻監(jiān)控單元3.當(dāng)?shù)乇Ｗo、測量與控制單元牽引主變壓器保護與測控單元饋線保護測控裝置并補保護測控裝置動力變壓器保護測控裝置通用測控裝置五、功能單元組成：由當(dāng)?shù)乇O(jiān)控主機、報表打印機、通信處理單元（含遠(yuǎn)程通信）及GPS組成。作用：當(dāng)?shù)乇O(jiān)控及通信處理單元作為牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)采集與實現(xiàn)牽引變電所內(nèi)的測控、保護單元的各種測量、保護信息，實現(xiàn)對牽引變電所內(nèi)各種開關(guān)的分/合控制、信號復(fù)歸、保護裝置的復(fù)歸與定值整定，并實現(xiàn)相應(yīng)的報表處理、曲線顯示、流水打印等信息處理功能。1.當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元特點：操作系統(tǒng)采用微軟公司的windows操作系統(tǒng)；高度集成的應(yīng)用平臺，在平臺上綜合了SCADA、保護設(shè)備管理、信息管理、操作票管理等功能，并向遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開放。嵌入式實時庫與商用庫無縫連接，以實時庫為核心，采用層次半關(guān)系型結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的讀寫完全從內(nèi)存獲得，以滿足變電所計算機監(jiān)控系統(tǒng)對實時性的要求。實現(xiàn)多機熱備，自動切換功能，提高了硬件可靠性。1.當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一個監(jiān)控中心，所轄的多個被控站（前端設(shè)備）以及通信信道組成。各被控站將采集的信號通過鐵路信道發(fā)送到監(jiān)控中心。系統(tǒng)監(jiān)測信號主要包括對攝像機輸出的視頻信號；控制信號包括對攝像機的控制以及對自動消防系統(tǒng)的控制等。通信信道網(wǎng)絡(luò)是本系統(tǒng)的關(guān)鍵。系統(tǒng)必須滿足各種不同的通信信道。系統(tǒng)可采用星形、總線型及環(huán)形引入多種形式，傳輸介質(zhì)為電纜或光纖。2.視頻監(jiān)控單元視頻監(jiān)控系統(tǒng)分為監(jiān)控中心、通道和前端三大部分。前端設(shè)備放在各需要監(jiān)控的變電所，前端設(shè)備主要有攝像機、智能解碼器、智能控制矩陣、多媒體前端監(jiān)控主機、可控鏡頭、可控云臺、各種報警探頭、多畫面分割器、報警音響、防護罩等。視頻監(jiān)控單元（1）牽引主變壓器保護與測控單元牽引主變壓器保護與測控單元完成一臺牽引主變壓器的保護、測量、控制、應(yīng)急選線控制、備用電源/主變自投等功能，適用于Y/Δ、V/V、平衡、單相等各種接線形式的牽引主變壓器。按主變主保護、主變后備保護、主變測控三套獨立裝置設(shè)計，每套裝置作為一個節(jié)點與Lonworks現(xiàn)場總線交換信息。3.當(dāng)?shù)乇Ｗo、測量與控制單元保護配置：配置三種保護，分別是：帶二次諧波閉鎖的比率差動保護、差動速斷保護、失壓保護。輔助功能：故障報告、故障錄波與諧波分析、事件報告、自檢報告。狀態(tài)量采集：主要采集各種保護動作信號、進線側(cè)電壓互感器斷線信號、裝置工作狀態(tài)信號。主要技術(shù)指標(biāo)：保護動作時間≤25ms；故障錄波長度：40個周波；諧波分析次數(shù)：19次。A、WBH-892Z主變主保護裝置保護配置：配置六種電量保護和六種非電量保護，分別為：高壓側(cè)三相過電流保護、低壓側(cè)單相過電流保護、零序過電流保護、零序過電壓保護、過電壓保護、反時限過電流保護、重瓦斯、輕瓦斯、壓力、溫度Ⅰ段、溫度Ⅱ段、油位。非電量保護通過接點信號引入裝置，驅(qū)動斷路器跳閘或信號回路。狀態(tài)量采集：主要采集各種保護動作信號，27.5KV側(cè)電壓互感器斷線信號，變壓器高、低壓側(cè)斷路器和電動隔離開關(guān)控制回路斷線信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報告、故障錄波與諧波分析、事件報告、自檢報告。主要技術(shù)指標(biāo)：故障錄波長度：40個周波；諧波分析次數(shù)：19次。B、WBH-892H主變后備保護裝置測量功能：包括高壓側(cè)三相電壓、高壓側(cè)三相電流、低壓側(cè)α、β相電壓、低壓側(cè)α、β相電流，地回流、軌回流、變壓器繞組溫度、油溫、系統(tǒng)頻率?？刂乒δ埽喊▊溆秒娫?主變自投功能、高、低壓側(cè)斷路器和電動隔離開關(guān)控制功能。狀態(tài)量采集：主要采集相關(guān)斷路器、隔離開關(guān)位置信號，監(jiān)視斷路器、主變工作狀態(tài)的信號，自投動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括負(fù)荷錄波與諧波分析、事件報告、自檢報告。主要技術(shù)指標(biāo)：故障錄波長度：40個周波；諧波分析次數(shù)：19次。C、WBH-892C主變測控裝置一套饋線保護測控裝置完成一臺斷路器的保護、測量與控制功能。保護配置：配置五種保護與自動重合閘，分別為：三段距離保護、電流速斷保護、電流增量保護、過電流保護、反時限過負(fù)荷保護/接觸網(wǎng)發(fā)熱保護、自動重合閘。測量功能：包括母線電壓和饋線電流?？刂乒δ埽喊伨€斷路器控制和相關(guān)電動隔離開關(guān)控制。（2）饋線保護測控裝置WKH-892狀態(tài)量采集：包括斷路器、隔離開關(guān)位置信號、斷路器、電動隔離開關(guān)控制回路斷線信號，各種保護動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報告、故障錄波與諧波分析、事件報告、自檢報告、瞬時與永久性故障自動識別。主要技術(shù)指標(biāo)：故障錄波長度：40個周波；諧波分析次數(shù)：19次。（2）饋線保護測控裝置WKH-892為防止無選擇重合閘使饋線重合于永久性故障點，使供電設(shè)備經(jīng)受多次大的短路電流的沖擊，損壞高壓設(shè)備的機械和電氣性能，縮短其使用壽命，甚至擴大事故范圍，所以需要增設(shè)故障判斷裝置。故障性質(zhì)判斷裝置能實現(xiàn)故障線路的高電壓小電流工況下的無損檢測，對故障線路進行準(zhǔn)確的故障性質(zhì)判斷，進而對線路保護自動重合閘實施選擇性閉鎖，避免盲目重復(fù)送電，提高重合閘成功率，減少短路電流對變壓器、斷路器的沖擊，延長其使用壽命。

故障性質(zhì)判斷裝置故障性質(zhì)判斷裝置由專用高壓限流器XL（將測量電流限制在5A以內(nèi)，避免短路故障對高壓設(shè)備產(chǎn)生大的電流沖擊）、高壓熔斷器（本裝置的后備保護）、電壓互感器YH（測量故障的饋線殘壓）、作為測量開關(guān)使用的負(fù)荷開關(guān)（1FH、2FH為選擇故障饋線的測量開關(guān)）、微機保護裝置、通用隔離開關(guān)1WGK、2WGK（為線路檢修方便而設(shè)）等設(shè)備配套組成，如圖所示。其中XL、RD、YH組裝在一臺手車上，方便投入、退出。

故障性質(zhì)判斷裝置工作原理：當(dāng)線路發(fā)生故障時，饋線保護動作，主斷路器跳閘，故障判斷裝置啟動，0.8~1s后，使與故障饋線相對應(yīng)的測量用負(fù)荷開關(guān)合閘，把故障判斷裝置從母線串入故障線路，母線上高壓經(jīng)過限流器送往故障線路，利用高壓小電流進行檢測，由YH測量殘壓，根據(jù)殘壓大小判斷故障性質(zhì)。低于13KV，為永久故障，閉鎖重合閘，否則，不閉鎖。測量0.6s后，F(xiàn)H自動分閘，故障判斷裝置退出，在重合閘的2~3s內(nèi)完成測量判斷。為防止FH拒分故障，高壓限流熔斷器在通過電流5A時保證2s內(nèi)不熔斷，不超過45s熔斷，并通過繼電器發(fā)出報警信號。

故障性質(zhì)判斷裝置一套并補保護測控裝置完成一相并補支路的保護、測量與控制功能。保護配置：配置八種保護，分別為：電流速斷保護、過電流保護、過電壓保護、低電壓保護、差電流保護、差電壓保護、諧波過電流保護、諧波阻抗保護。測量功能：包括母線電壓、并聯(lián)電容補償支路總電流?？刂乒δ埽和瓿蓴嗦菲骺刂?。（3）并補保護測控裝置WBB-892狀態(tài)量采集：包括斷路器、隔離開關(guān)位置信號，斷路器控制回路斷線信號，各種保護動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報告、故障錄波與諧波分析、事件報告、自檢報告。主要技術(shù)指標(biāo)：故障錄波長度：40個周波；諧波分析次數(shù)：19次。（3）并補保護測控裝置WBB-892保護配置：配置六種保護，分別為：電流速斷保護、過電流保護、失電壓保護、反時限過電流保護、瓦斯保護、溫度保護。測量功能：包括母線電壓、變壓器進線電流?？刂乒δ埽和瓿蓴嗦菲骺刂?。狀態(tài)量采集：包括斷路器位置信號，斷路器控制回路斷線信號，各種保護動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報告、故障錄波與諧波分析、事件報告、自檢報告。主要技術(shù)指標(biāo)：故障錄波長度：40個周波；諧波分析次數(shù)：19次。（4）動力變壓器保護測控裝置WDB-892