变电站综合自动化系统在化工厂中的应用结构分析

温丽 王美燕 杨维东 娄春刚 孟亚强

摘 要：分析大型工厂中变电站综合电力系统的应用，对变电站进行集中监控，尽量做到无人监督，全面实现变电站综合自动化，将运营的成本降低到最大，保证电力系统的安全稳定运行。

关键词：变电站;自动化系统;大型工厂

0 引言

在大型化工厂，提高供电质量、降低施工成本，可以设置多个变电站，传统模式对于整个工厂供配电系统来说，纯手工操作、人工抄表，已无法满足高效快速的生产需要，难以做到集中控制，系统无法进行自动报警，也无法实现自动抄表等功能。在变电站中实现自动化主要是利用现有的计算机技术、先进的电子技术以及便捷的通信技术，对电力系统运行所需的全部数据和信息进行采集、传输，然后利用计算机对电力系统进行全方位的监控。另外实现变电站的综合自动化还需要借助微电子技术和背景控制系统，使用电子装置对整个变电站进行远动控制。集成自动化系统由多个LED组成，可以描述为在特定通信接口下由一个或多个处理器组成的任何设备，这些处理器能够接收和传输来自外部源数据或控制外部源。

1 变电站综合自动化系统的结构

1.1 分层结构

变电站值班员轮班值守总变电站，其余的子变电站不需要留人值守。可以在总变电站内安装一套监控整个工厂电力系统的调度后台，作为监控的终端。任何一个变电站中都有其完善的监控系统，保证独立运行。变电站的总系统包括以下几部分，设备层、间隔层、分站控制层、通信管理层以及终端控制层等等。在分站控制层、通信管理层、终端站控制层和网络故障的情况下，变电站中的间隔层可以单独完成系统中的监控工作以及实现断路器的控制功能。设备层包括一次高压设备的TV、TA、断路器、隔离刀等。间隔层包括综合保护装置、测控装置、不间断电源（UPS）装置、EPS装置以及所有具有通信接口的智能电子装置，间隔层各类装置及设备直接在现场采集和处理原始数据。分站控制层包括智能通信管理机、远程通信管理机、分站交换机等。间隔层数据采集完成后，负责协议转换、处理、转发到站控层，同时发出站控层的下行控制命令。通信管理层包括环网交换机、光纤网络等，负责形成系统光纤自愈双环网。终端站控制层包括系统（数据库）服务器、Fe服务器、高级历史服务器、Web服务器、应用服务器、操作员工作站、五个工作站（包括操作指令专家系统）、维护工程师工作站、报表工作站、综合操作画面、远程通信设备、视频工作站及相关设备。终端站的站控层是各分站控制层功能合并后的集中控制中心，通过各分站控制层上传的数据，完成分析、处理、显示、报警、记录、控制等功能，完成远程数据通信，发出控制指令。数据处理功能包括：

1.1.1 遥信处理

可对每个遥信量进行逐个定义，用汉字表示开关、刀闸名称。根据事故总信号是否动作（或系统提供的其他事故判据），区分开关事故跳闸或正常变位。可人工设置开关、刀闸状态，并有相应的设置标志。当现场开关检修、试验时，可在调度员工作站上设挂牌标志。标牌用不同的形式、颜色来表示不同的状态。可在线统计开关跳、合闸次数。遥信的状态锁定/解除。可设置质量标志（遥控封锁/解除，检修）。对小车开关用不同的显示方式直观地区分不同的状态，如检修位置、备用位置、运行位置等。具有双遥信处理功能。慢遥信处理功能防遥信抖动。根据开关位置信号及操作记录实现对设备的分析。

1.1.2 遥测处理

遥测值工程量变换，变换系数在线修改。数据的物理性检查、合理性检查。遥测量两级越限报警（限值可整定）。旁路替代处理。变送器残差处理：在设定的残差值范围内用0取代。遥测值归零处理。遥测越限时间可自动统计，包括越上限、越下限、合格时间等。在CRT上可人工设定遥测值并加入相应标志，人工设置的遥测值自动加入相应的计算中。最大值、最小值、平均值自动计算。遥测遥信相关性检查，当遥信状态和相关的遥测值矛盾时，进行报警记录。遥测值跳变滤波处理。平均值/积分值的计算。数据更新处理。

1.1.3电度量处理

实测电度脉冲计数及工程量变换。用户定义的数学公式进行各种统计计算。电度量能分时段统计。按周期采集电量，周期在5～60min内可调。可周期性对RTU的脉冲计数器进行清零。电度底数可人工设置。可定义功率值积分电度，积分时间可设置。数字电度量采集。

1.2 网络结构

将整个网络通信模式进行串联的是RS-485串行总线，使用屏蔽双绞线将所有的通信管理机在同一控制层分配，将系统中的设备用总线进行拦截，确保通信速度。每个变电站的综合自动化系统可以把相关的参数直接传输给DCS系统，进而将DCS系统中的参数优化完善。

分站之间采用光纤和光纤以太网环网交换机，形成光纤自修复双环网，通过分站控制层的远程通信管理，将光纤自修复双环网上传到主站。光纤传输方式具有传输距离远、传输速率高、抗干扰能力强等优点。使用自愈环网络将每个子站通过两个光纤连接，每个站接受信息之后传递到下一个接收站，实现过程是两个光路出发最后汇集到一处，即使其中一路或者是总端出现问题收集不到信息，其余的变电站仍然可以进行正常的工作，不会出现通讯中断问题。故障排除后，继续接受子站在上面发送的信息，在这个结构下实现整个网络的自诊断、自修复循环。

在与DCS通讯的过程中，没有模拟输出AO，其中的交流采样是模拟输入量，互感器会提供相应的交流电流信号以及交流电压信号;开关输入信号主要是断路器位置、隔离刀位置、接地刀位置、弹簧储能和永磁操作机构、气体和变压器的温度信号，以及高低压电动机的运行和事故信号等等。开关量输出DO（合闸、开闸、报警）可靠性要求高，报警需要自维护。

2 变电站综合自动化系统总体设计原则

变电站综合自动化系统还需要具有可靠性这一特点，功能装置在进行安装的过程中需要按照分级分布的形式，尽量满足系统分布过程时较为完整，并且配置完整。运行时确保主要函数的正确性，即使它们被分成了几个部分;每个保护、测控装置是完全独立的，可以不依赖于监控系统独立运作;监测系统设计与多个检查手段和锁定措施错误;之间的所有连接系统采用完全独立的系统（电源隔离），以提高抗干扰。保护的测控装置配置的过程中需要依靠对象单元进行安装，要保证装置的体积小，安装时将其结构紧凑安装，还需要对其中的模块进行设计，方便扩展、易于更换和升级;监测系统的应用软件需要对范围呢的用户进行开放应用，并且可以允许用户自行将监控功能进行修改;工厂中的部门所使用的接口通信，允许用户增加或减少接触;后台系统功能易于扩展，增加构件，保证用户对应用软件的日益增长的需求。

3 总结

化工厂对于电力系统的可靠性要求非常高，厂区面积大，变电站分布广，变电站综合自动化系统首选电子监控，结构简单，易于操作的自动化系统，最大程度的保护电力系统安全稳定的运行，并且保证经济的可行性。变电站实现无人监控，可以减低经济的运行成本，扩大监控范围，提供电源质量保障。

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