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(diǎn)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(jì)劃項(xiàng)目。一、研制背景保護(hù)、測量與控制單元采用32位CPU硬件平臺，支撐完善的保護(hù)、測量與控制功能。保護(hù)、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(yàn)仿真工具軟件，保護(hù)、測量與控制單元對調(diào)度端、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控單元和試驗(yàn)仿真工具軟件采用全透明設(shè)計(jì)，便于實(shí)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(hù)動作行為和負(fù)荷狀況分析。完善的事件記錄，便于保護(hù)動作行為分析和監(jiān)視保護(hù)、測量與控制單元的工作情況。各種保護(hù)、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(diǎn)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(hù)、測量與控制設(shè)計(jì)模式。饋線保護(hù)、測量與控制單元能進(jìn)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(hù)、測量與控制單元具有最大負(fù)荷統(tǒng)計(jì)功能?？刂苹芈窋嗑€定位到每個對象，便于維修與維護(hù)。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(yàn)仿真工具軟件鏈接；也可以采用以太網(wǎng)，CAN網(wǎng)、PROFIBUS等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。系統(tǒng)功能與特點(diǎn)保護(hù)、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(hù)、測量與控制單元可存儲5套保護(hù)整定值，40次故障報(bào)告和故障錄波。保護(hù)、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(yàn)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(diǎn)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(hù)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(diǎn)說明：各保護(hù)測控單元完成變電所的繼電保護(hù)、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(shí)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(hù)測控單元通信，實(shí)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(jī)備用。通信單元在以太網(wǎng)和LON網(wǎng)之間實(shí)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(shí)現(xiàn)遙視。為保證圖像傳輸?shù)膶?shí)時性，要求為視頻提供單獨(dú)的2MB的光纖口。三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主保護(hù)固有動作時間≤25ms，后備保護(hù)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(hù)、測量與控制單元牽引主變壓器保護(hù)與測控單元饋線保護(hù)測控裝置并補(bǔ)保護(hù)測控裝置動力變壓器保護(hù)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(jī)、報(bào)表打印機(jī)、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(shí)現(xiàn)牽引變電所內(nèi)的測控、保護(hù)單元的各種測量、保護(hù)信息，實(shí)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(hù)裝置的復(fù)歸與定值整定，并實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)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(diǎn)：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(hù)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(shí)時庫與商用庫無縫連接，以實(shí)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(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對實(shí)時性的要求。實(shí)現(xiàn)多機(jī)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(jī)輸出的視頻信號；控制信號包括對攝像機(jī)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(jī)、智能解碼器、智能控制矩陣、多媒體前端監(jiān)控主機(jī)、可控鏡頭、可控云臺、各種報(bào)警探頭、多畫面分割器、報(bào)警音響、防護(hù)罩等。視頻監(jiān)控單元（1）牽引主變壓器保護(hù)與測控單元牽引主變壓器保護(hù)與測控單元完成一臺牽引主變壓器的保護(hù)、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(hù)、主變后備保護(hù)、主變測控三套獨(dú)立裝置設(shè)計(jì)，每套裝置作為一個節(jié)點(diǎn)與Lonworks現(xiàn)場總線交換信息。3.當(dāng)?shù)乇Ｗo(hù)、測量與控制單元保護(hù)配置：配置三種保護(hù)，分別是：帶二次諧波閉鎖的比率差動保護(hù)、差動速斷保護(hù)、失壓保護(hù)。輔助功能：故障報(bào)告、故障錄波與諧波分析、事件報(bào)告、自檢報(bào)告。狀態(tài)量采集：主要采集各種保護(hù)動作信號、進(jìn)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(hù)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(hù)裝置保護(hù)配置：配置六種電量保護(hù)和六種非電量保護(hù)，分別為：高壓側(cè)三相過電流保護(hù)、低壓側(cè)單相過電流保護(hù)、零序過電流保護(hù)、零序過電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)、反時限過電流保護(hù)、重瓦斯、輕瓦斯、壓力、溫度Ⅰ段、溫度Ⅱ段、油位。非電量保護(hù)通過接點(diǎn)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(hù)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(bào)告、故障錄波與諧波分析、事件報(bào)告、自檢報(bào)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(hù)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(bào)告、自檢報(bào)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(hù)測控裝置完成一臺斷路器的保護(hù)、測量與控制功能。保護(hù)配置：配置五種保護(hù)與自動重合閘，分別為：三段距離保護(hù)、電流速斷保護(hù)、電流增量保護(hù)、過電流保護(hù)、反時限過負(fù)荷保護(hù)/接觸網(wǎng)發(fā)熱保護(hù)、自動重合閘。測量功能：包括母線電壓和饋線電流。控制功能：包括饋線斷路器控制和相關(guān)電動隔離開關(guān)控制。（2）饋線保護(hù)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(hù)動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報(bào)告、故障錄波與諧波分析、事件報(bào)告、自檢報(bào)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(hù)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(diǎn)，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(jī)械和電氣性能，縮短其使用壽命，甚至擴(kuò)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(shí)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(jìn)行準(zhǔn)確的故障性質(zhì)判斷，進(jìn)而對線路保護(hù)自動重合閘實(shí)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(hù)）、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(jī)保護(hù)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(hù)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(jìn)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(bào)警信號。

故障性質(zhì)判斷裝置一套并補(bǔ)保護(hù)測控裝置完成一相并補(bǔ)支路的保護(hù)、測量與控制功能。保護(hù)配置：配置八種保護(hù)，分別為：電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、過電壓保護(hù)、低電壓保護(hù)、差電流保護(hù)、差電壓保護(hù)、諧波過電流保護(hù)、諧波阻抗保護(hù)。測量功能：包括母線電壓、并聯(lián)電容補(bǔ)償支路總電流?？刂乒δ埽和瓿蓴嗦菲骺刂啤＃?）并補(bǔ)保護(hù)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(hù)動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報(bào)告、故障錄波與諧波分析、事件報(bào)告、自檢報(bào)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(bǔ)保護(hù)測控裝置WBB-892保護(hù)配置：配置六種保護(hù)，分別為：電流速斷保護(hù)、過電流保護(hù)、失電壓保護(hù)、反時限過電流保護(hù)、瓦斯保護(hù)、溫度保護(hù)。測量功能：包括母線電壓、變壓器進(jìn)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(hù)動作信號，裝置工作狀態(tài)信號。輔助功能：包括故障報(bào)告、故障錄波與諧波分析、事件報(bào)告、自檢報(bào)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(hù)測控裝置WDB-892