浅谈微机综合自动化系统在化工企业变电站中应用

摘要：大型化工企业供配电具有的集约型特点，化工企业内35kV变电站和10kV变电所数量大、分布广，对于老的大多大型及中型化工企业而言，其变电站或变电所内高压电气设备为旧式继电保护装置，可靠性差，随着化工企业的快速发展，用电负荷快速增长，整体电网技术水平已很难满足目前的供电要求。因此，结合化工企业实际供配电设施设备及用电需求，将新一代微机综合自动化系统应用到化工企业供配电改造中。

关键词：化工企业；供配电改造；变电站；微机综合自动化系统

       变电站微机综合自动化系统在实际应用中能够将所用资源及信息相互结合，实现共享模式，其系统操作简单，减少了使用过程中的维修次数。相比传统的供电设备其供电稳定性及实用性优势明显化，因此在开展实施化工企业供配电改造中应用该自动化系统，使化工企业的发展更具效益性。

        结合目前现有的化工企业供电系统及装置设备来看，大多大型及中型化工企业主要是将电磁型继电保护装置应用到35kV或10kV的变电站中来。实际运行操作中因为种种原因导致部分变电站在改造或需要扩充的情况下不能很好地实现控制、室内增添新型设备，如控制盘、继电保护器的安装等。尤其是在供电运行中因为现有的电磁型常规继电所涉及的保护元件出现严重的腐蚀、老化等现象而导致供电障碍。有些老旧零部件已经很难保证正常供电的需求，从而使整个化工企业的供电使用安全性能及稳定性能受到了威胁，造成后期工作的延误。在化工企业供电运行中，因为10kV的变电设备配备的是少油开关，在实际运行中时间较长，这就导致部分配件及线路老化，从而达不到后期供电需求及供电改造的要求。因此结合现代化供电需求及先进化供电设备将变电站微机综合自动化系统应用到化工企业供配电改造中来，实现化工企业供电使用的稳定性及安全性。

       随着化工行业的不断发展，变电站的使用要能跟得上供电及配电需求，大多化工企业都想朝着少油、防污、节能及自动化的先进方向发展前行。这就需要相关管理部门结合化工企业实际的供电电网结构及变电站配电特点出发，从省资源、效率快、电网结构科学合理、能够满足自动化等方向出发，实施合理且针对性较强的化工企业供电改造。

       对于10kV的变电站在正常运行过程中，电动机在运作过程中主要是以馈线回路作为供电线路。在运作过程中可采用轮流制工作的措施对其进行日常维护，维护期间制定相关有针对性的措施对保护进行改造，也就是将现有的老旧电磁式继电保护装备改造为微机自动化式保护装备。化工企业停止用电进入休息阶段时，相关工作人员需对重要馈电路线及备自投、进线装置开展实施科学的有针对性的微机综合自动化系统的更新。

       大中型化工企业除了使用10kV的变电站以外，还有35kV的变电站供电系统。相比10kV而言，35kV的变电站在初步设计制造期间就相对更科学合理，并且在运作期间属于负荷中心，这就为现期的供电改造提供了有力的改造条件。35kV变电站在改造方案实施时，只需要对高压设备进行有目的局部改造就可以，剩下的可在二次保护监控系统实施维护期间采用分批分期的方法实现微机综合自动化系统的改造。由于35kV在整个化工企业供电的作用及使用范围较广，因此想要实现35kV变电站的自动化改造，可在3年之内完成所有供电改造。

        大中型化工企业在建设投入性的变电站时，可结合供电需求及现期使用原则将少油、防污、节能及自动化的先进设备一步到位地应用到本企业中来。直接朝着省资源、效率快、电网结构科学合理、满足自动化的方向出发，使供电性能安全、稳定，电网监管系统完善，将真正的变电站微机综合自动化系统应用到化工企业供电改造中来。

        化工厂供电设备在具体使用时基本采用的都是集中式组屏和分散式组屏两种，集中式大的特点在于监控及保护集中组屏，一般安装在主控室内。安装期间主要涵盖的设备有遥信插箱、遥控、遥测、相应的保护装置等，该组屏对应若干线路及设备，各大电气在实施控制直流回路、测量交流回路时都需要用电缆将其送至主控室内。结合化工企业实际用电及生产情况，馈线一般使用数量在70条以下20条以上时，为了更好地适应化工企业供配电改造的应用与发展，主要将分层分散式布置应用到实际中来，其具体分布机构与功能使用设计原则如下。

3.1系统层次使用功能及结构

       厂站级别的设置在具体应用中主要以集中式组屏为主。而设备具有间隔时，主要是以分散式布置为主，为了减少二次电缆的使用，又将监控保护系统分开应用到各个开关柜中，该系统结构大的优点在于层次分明。其中分布主要是指：将设备组织按照间隔单元层的系统形式进行分布，通过不同站内通信互联网实现变电站的通信使用，结合功能分配的作用将对称分布式设计原则应用到其中。分层则是指单独成立并有可控性的通信分层、变电站分层及间隔单元分层。

3.2通信层与变电站层之间的联系

        为了使整个运作系统具有安全可靠性的同时还能很好地实现监控功能，在设计建设时应将双后台双机监控方式应用到现场网络总线控制实施与网络拓扑结构中来。对于馈线回路数达到70条以下20条以上的10kV变电所或是35kV变电站而言，直接可将双网双机结构应用到其中。而针对馈线回路比较少的10kV变电所而言，主要是将单网双机结构采用到其中。我国在采用人工计算机操作时，主要是将Windows系统应用到实际操作中来，该系统操作简单、内容丰富，在系统投入使用中出现特殊情况时都可与系统协商，实现特殊处理化。在网络通信系统的使用上一般都采用TCP或IP通信协议，使化工企业生产系统与变电站微机综合自动化系统地结合在一起。结合化工企业实际用电的特点得出，在进行通信层与变电站层连接设计时可将双机双网双后台系统机构与双机单网双后台系统机构应用到实际操作中，具体系统机构分布图如图1、图2所示。

3.3配置间隔及单元层结构

       变电站微机综合自动化系统中，配置间隔及单元层的保护检测单元主要有两个类型的实施方案：一是间隔层保护测控单元分开配置；二是间隔级保护单元合一配置。化工企业所使用的变电站设备在作为对外贸易阶段依据时只有进线的供电才有效，与馈线回路有关的线路只能作为本企业核算依据。在本企业与其他企业联合用电或是本企业收入效益良好的情况下才能采用配置间隔及分配置的结构；如果大型化工企业所用配电站线路较多，便可将配置间隔及合一配置的结构应用到贡献装置中来。现期所使用的监控保护装置，内部的监控及控制功能主要是由CPU1及CPU2两个的模件负责完成。在实施通信接口联系时主要是通过RS485通信接口来完成。配置间隔及合一配置的结构在实际运作中，既有性还确保了安全性及实用性，同时也为化工企业节省了用电资金的投入。

图1双机双网双后台系统机构图

图2双机单网双后台系统机构图

3.4自动化系统功能结构的改进及应用

       化工企业在进行供配电改造时，为了将变电站微机综合自动化系统的作用有效发挥出来，与实际用电需求相结合，对技术指标及功能实用性进行完善使其更具先进性。其主要要求有以下几点：

        使用功能上的要求及改进：在进行数据实际采集、遥控、遥测等操作时。按照变配电的实际需求来设定。以及数据的处理及统计、报警处理及限制监控、数据在运行期间的统计与计算等。

       操作控制的改进及应用，开关与断路器间的分合、变压器分接头在实际操作期间的特殊操作及调节。

运行记录的改进，主要在于设备线路的各种操作、运行、某种事件的发生等，将分栏记录运用到其中。

        历史数据及报表的改进，经过改造后的变电站微机综合自动化系统，报表按照要求自动生成所需数据，并且对收集到的数据有自动保存及显示的作用。同时对与信息的保护、各种运作、波形、时间等按企业相关要求进行记载，能够对事故进行追忆，可再现事故的画面。

       经过改造后具有很好的人机界面，主要是对电气的主接线图、参数、曲线等相关要求进行在线设定，并具有丰富的设定资源及友好的人机操作性能。

        在技术操作及使用指导上，所需SOE分辨率及系统时钟精度按照国家标准执行。如遥控命令传送时间、事故推移画面时间、画面在调用期间的响应时间等，快速准确。

4.1方案综述

        Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成，并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控，并与远方监控、调度通信；间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能完成间隔层设备的就地监控功能。

        针对工程具体情况，设计方案具有高可靠性，易于扩充和友好的人机界面，性能价格比*，监控系统由站控层和间隔层两部分组成，采用分层分布式网络结构，站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。

4.2应用场所：

     适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。

4.3系统结构

 

4.4系统功能

4.4.1实时监测

        Acrel-1000变电站综合自动化系统，以配电一次图的形式直观显示配电线路的运行状态，实时监测各回路电压、电流、功率、功率因数等电参数信息，动态监视各配电回路断路器、隔离开关、地刀等合、分闸状态及有关故障、告警等信号。

4.4.2报警处理

        监控系统具有事故报警功能。事故报警包括非正常操作引起的断路器跳闸和保护装置动作信号；预告报警包括一般设备变位、状态异常信息、模拟量或温度量越限等。

      1）事故报警。事故状态方式时，事故报警立即发出音响报警（报警音量任意调节），操作员工作站的显示画面上用颜色改变并闪烁表示该设备变位，同时弹窗显示红色报警条文，报警分为实时报警和历史报警，历史报警条文具备选择查询并打印的功能。

       事故报警通过手动，每次确认一次报警。报警一旦确认，声音、闪光即停止。

次事故报警发生阶段，允许下一个报警信号进入，即次报警不覆盖上一次的报警内容。报警处理具备在主计算机上予以定义或退出的功能。

         2）对每一测量值（包括计算量值），由用户序列设置四种规定的运行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分别定义作为预告报警和事故报警。

       3）开关事故跳闸到次数或开关拉闸到次数，推出报警信息，提示用户检修。

       4）报警方式。

报警方式具有多种表现形式，包括弹窗、画面闪烁、声光报警器、语音、短信、电话等但不限于以上几种方式，用户根据自己的需要添加或修改报警信息。

4.4.3调节与控制

        操作员对需要控制的电气设备进行控制操作。监控系统具有操作监护功能，允许监护人员在操作员工作站上实施监护，避免误操作。

       操作控制分为四级：

       第一级控制，设备就地检修控制。具有优先级的控制权。当操作人员将就地设备的远方/就地切换开关放在就地位置时，将闭锁所有其他控制功能，只进行现场操作。

      第二级控制，间隔层后备控制。其与第三级控制的切换在间隔层完成。

      第三级控制，站控层控制。该级控制在操作员工作站上完成，具有远方/站控层的切换。

      第四级控制，远方控制，优先级。

      原则上间隔层控制和设备就地控制作为后备操作或检修操作手段。为防止误操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即选择、返校、执行，并在站级层设置操作员、监护员口令及线路代码，以确保操作的安全性和正确性。对任何操作方式，保证只有在上一次操作步骤完成后，才进行下一步操作。同一时间只允许一种控制方式。

纳入控制的设备有：35kV及以下断路器；35kV及以下隔离开关及带电动机构的接地开关；站用电380V断路器；主变压器分接头；继电保护装置的远方复归及远方投退连接片。

       3）定时控制。操作员对需要控制的电气设备进行定时控制操作，设定启动和关闭时间，完成定时控制。

       4）监控系统的控制输出。控制输出的接点为无源接点，接点的容量对直流为110V（220V）、5A，对交流为220V、5A。

4.4.4用户权限管理

        系统设置了用户权限管理功能，通过用户权限管理能够防止未经授权的操作系统可以定义不同操作权限的权限组（如管理员、维护员、值班员组等），在每个权限组里添加用户名和密码，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

 

 

 

 

       在进行化工企业供配电改造中将变电站微机综合自动化系统应用到其中，凭借自身优势使化工企业供电系统得到安全稳定的发展，减少了维护的次数，而且提高了供电的可靠性。因此与现期供电现状相结合，对其进行有针对性的改造，提高化工企业用电质量及生产质量，更好地贡献于我国经济发展。

参考文献

[1]程江涛.变电站微机综合自动化系统在化工企业供配电改造中的应用[J].

[2]刘黎晓.供电综合自动化技术应用[J].通讯世界,2016（8）:165-168.

[3]樊赛．变电站综合自动化系统技术改造及新技术应用[J].科技风，2017（14）：213.

[4]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

 

作者介绍：

柏为为，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要研究变电站综合自动化系统、电力监控系统解决方案