35kV变配电所的自控系统设计与应用

孙平

摘 要：35kV变配电所的自动控制系统是电力系统的重要组成部分。本文基于针对现行自动控制系统中存在的一些问题，对自动系统的功能设计进行研究，对部分硬件及关键控制电路的设计与选型，最终对应用效果进行了分析。

关键词：35kV；功能设计；硬件选型；电路设计；应用分析

中图分类号：TM63 文献标志码：A

0 引言

城市配电系统是现代化建设的重要基础设施。目前，我国在电力配电管理方面取得了很大的进步。系统自动化在实施过程中，应根据当地实际情况，设计最优的实施方案，以保证电网质量水平；本文从分析一些实际问题开始，将改善方面的措施融于实际设计中，为其他设计者提供了可参考的设计素材。

1 改善现行自动化系统存在的一些问题

目前，提高频繁停电现象检测的效率已成为配电自动化系统设计的主要发展方向。电力设备配置新老之间、不一致的通信和信息传输的失败，使得系统无法实现兼容，从而影响电力系统的正常运行，无法很好的实现智能分工与紧密合作。我国拥有大量的供电企业，需要进行资源整合，协调共享资源，使信息交互通畅，确保配电网管理水平，保证电网数据的准确性和可靠性。

在配电自动化系统的设计中，不应只注重表面形式，应考虑电力用户的实际需要，进一步提高配电网自动化系统的实施效果，相应提高电力企业的技术和管理水平，确保系统能够实现更完善的发展自动分配。

2 自动化系统的设计主体要求

本工程以35kV变电所为中心，实现对35kV变电所、配电间、1#箱式变电站、2#箱式变电站和综合楼的供配电系统监控；在35kV变电所设置控制设备，在35kV变电所向各分站实现遥信、遥信、部分设备的远程控制，主要电动机的保护及整体通信功能，其中配电间实现当地监控功能。在35kV变电站通过通信管理分别与其他系统（供电公司、工厂主站等）连接，完成实时传输与远控。

设计要求系统的总体性能的主要指标：系统响应时间≤3s，双服务器自动切换时间≤10s，实时数据刷新最大延迟≤0.5s，遥测量越死区传送时间≤3s，遥控命令响应时间≤3s，遥信变位传送时间≤3s，画面刷新周期≥1～10s可调，控制输出动作正确率为100%，遥测合格率≥99%，系统MTBF（平均无故障时间）>25000h，通道误码率（信噪比≤16dB时）≤0.25%，问答式≤1×10-5s，循环式≤1×10-4s，计算机双机月平均运行率≥99.9%。

3 系统功能设计

对35kV变配电所的自动控制系统的功能进行如下分析：

3.1 监控系统主要功能

（1）数据采集功能

对该站生产过程的输入和输出信号进行实时采集（包括开关模拟脉冲，如电流、电压、电流、负载电压调节开关、断路器、开关的位置和信号），通过数据处理、变化检测、故障状态、事故信号和模拟信号的参数，实时更新数据库，为运行状态监测系统提供的数据。

（2）控制功能：集中控制和分散控制

集中控制：通过键盘或鼠标操作对断路器、隔离开关、负荷开关、总传输/控制执行传输线/母线切换、停电、风冷和其他冷却器操作顺序进行控制。在控制上，微机综合自动化系统为软硬件提供必要的操作步骤和充分的检查功能，保证操作的合法性、合理性、安全性和正确性。

分散控制：当停电变电站微机系统，它可以手动控制到当地单位。计算机上的操作为远程操作，而本地手动控制的切换取决于间隔层上的现场/远程选择开关。当切换到手动控制，计算机没有在控制水平的任何影响，当切换到电脑操作，该区间水平手动控制单元不产生在同一时间（在一个计算机设备）的任何效果、只能执行命令，当接收控制指令和预操作在同一时间不一致，并拒绝执行时，在人机界面报错误消息。每个控制对象只允许以一种方式控制。

3.2 通信管理机主要功能

用户可以配置不同的通信接口卡，根据网络的实际使用，形成不同的网络结构，并匹配用户的需要，如RS232全双工的星型网络，RS485半双工总线结构，和RS422总线全双工总线结构。通信管理器具有灵活配置串口的功能。它可以根据用户的需要配置串口，其配置范围1-23，有不同的接口卡不同的串行端口。对各种各样的内部通信协议达成一致，如DL/T 643—1997和DL/T 667—1999，通過各种国际和国内通信设备，可由制造商根据当地法规进行设置。主机和通信接口卡具有热插拔功能。当发现主板故障时，可将卡取出并插入同一类型的备用卡中，从而实现系统的实时维护和系统故障的零恢复。该功能对于双机热备冗余系统尤其重要，因为它在更换主机时不会影响系统操作。

3.3 综合测控装置功能

（1）模拟量测量，每块测量板可以实现12/24路模拟量的测量，并可以根据接入量的实际分组情况进行组态，可适应单母单回线、双母单回线、单母双回线、变压器多侧及配网开关站多条线路等多种应用场合。实现U、I、P、Q、KWh、KVAh、KVARh及13次以下谐波的测量、计算。并根据设置提供告警、录波等高级功能。多功能模拟量测量模块，代入性强，组建方便。

（2）遥信量监视：实现N×20路单点遥信输入监视，N=1～11。遥信量可以整定为单点或双点输入，每路遥信量具有可以整定的防抖时间，所有遥信量输入为220V/110V光电隔离输入。

（3）直流输入：可以实现N×11个对象的直流量输入，N=1～11。输入类型：压力电阻：30～350Ω；热电阻包括了如PT100、Pt50、Cu50、Cu100等。热电偶如B、S、R、K、N、E、T等；经变送器输出的直流信号，包括0～5VDC、-5V～5VDC、0～10VDC、-10V～10VDC、0～75mV、0～10mA、4mA～20mA、0～1mA、-1mA～1mA等量程，根据不同的装设及定值设置，换算出温度或其他实际量值。

3.4 微机监控系统网络

在35kV通信屏上将遥信量通过以太网络通道引入监控系统的数据库中，并传送至调度端，大大提高了调度对装置的监控能力。

图1为35kV变配电所的监控系统网络图。

4 部分硬件选型

GIS柜等为35kV变电所的基本设计内容，不在本文内阐述；本文仅以直流电源柜为例，选用智能型元器件，以契合自动控制系统设计的发展趋势。

4.1 直流电源柜系统

本系统采用GZDW-K-2×30Ah/220-M智能型高频开关直流电源柜。智能高频开关直流电源系统由交流配电单元、整流单元、监控单元、直流馈电单元、降压单元、电池单元以及绝缘监测单元等组成。

该直流电源柜系统采用高频开关技术与计算机技术相结合。电源输出单元采用高频开关模块设计，监控单元由高性能PLC单元包括多功能扩展端口和触摸屏组成。蓄电池选用高品质的进口阀控式免维护铅酸电池。

设计采用绝缘检测继电器和绝缘监测仪，能够监视馈线接地情况，产生告警信号并上报数据到监控单元，当系统发生绝缘故障时投入低频交流信号，计算支路的对地电阻和分布电容，并通过RS485通信口与监控模块通信，使本变电站自动控制系统能够分项检测一段独立的直流母线或单母线分段等情况。

设计要求直流电源柜系统对三相交流输入电压，蓄电池组端口电压，蓄电池组充放电电流，负载总电流等关键参数进行了综合监测；并实现对空气开关跳闸，防雷器损坏、电网停电，蓄电池组电压过/欠壓，蓄电池组充电过流，控制母线过/欠压等故障告警，并通过柜上的智能显示屏显示各故障信号。

直流电源柜系统选用了RS485等开放式接口设计，具有强大的通信功能，以无源接点形式引至本站监控系统，方便与变电站自动控制系统、计算机监控系统相连，实现了实时全方位监视、测量和控制。并可在现场或远方手动复归，提供对电源系统 “遥测、遥控、遥信、遥调”的支持，实现无人值守。

结语

本文针对35kV变电站自动控制系统存在的一些问题，进行了设计与应用分析。主要功能模块包括通信管理机、监控系统以及综合测控装置3部分，可完成数据采集、通信以及控制动作，目前该系统已在35kV变电站成功运行，效果良好；在充分利用能源的基础上，降低了劳动强度，提高了管理效率。

参考文献

[1]张尊义.变电站自动控制的嵌入式交互系统设计[D].东南大学，2015.

[2]孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[D].天津大学，2010.

[3]翁安生.变电站综合自动控制系统设计与应用[J].通信电源技术，2010，27（5）：79-80.