浅谈数字化变电站综合自动化系统的发展

陈怡锦

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：随着时代的进步和发展，在当前的变电站设计上，数字化变电站设计成为一种趋势。其也成为未来我国变电站设计的核心研究方向和趋势。当前来说，我国在数字化变电站的设计上，综合自动化系统的应用，在整个变电站设计上也有作用发挥。为此在进行观点分析上，本文围绕当前我国数字化变电站综合自动化系统发展问题进行了观点的阐释和分析，并对其发展趋势进行了展望和分析。

关键词：数字化变电站；综合自动化系统；发展

0 引言

结合目前来说，随着技术的不断升级和发展，数字化变电站综合自动化系统成为我国在变电站设计上的主流趋势。相较于传统的变电站来说，数字化变电站能够有技术优势，是我国变电站设 计未来的主要发展趋势和方向。对于数字化以及自动化的研究来说，基于高新技术的引入，合理实现技术问题的解决，能够基于本质角度出发，促使我国数字化变电站自动化系统有较为出色的应用效果，推动我国数字化变电站自动化综合系统研发水平的不断升级。

1 数字化变电站综合自动化系统的优势

数字化变电站综合自动化系统在应用上，其不仅有较为出色的可扩展性，而且整个系统应用相对简单，有较为出色的兼容性，所以在当前国内很多变电站中，其都有较为出色的应用价值。而且从目前的 应用现状来说，数字化变电站综合自动化系统不仅有较为稳定的运行表现，且有较为出色的运行效率，而且可以降低人工资源的耗费，确保实现无人值守。可以说，数字化变电站综合自动化系统的出现，能 够促使我国在电网运行和管理上取得更为出色的运行效益，同时也可以更好的满足当前我国在变电站系统设计方面的需求。同时企业是我国未来实现变电站建设的核心方向和趋势。

2 数字化变电站综合自动化系统的特点解读

图1展示的是当前数字化变电站综合自动化系统的布局结构。

图1数字化变电站综合自动化系统架构

通过引入数字化变电站综合自动化系统，促使在变电站的管理上，有更为出色的管理效益，充分实现自动化管理目标。数字化变电站综合自动化系统的突出特点是：

2.1数字化的数据采集

对于数字化变电站综合自动化系统而言，其在工作开展上，采取的是全自动数据采集方式，为此也致使其在进行相应的数据获取上，有较为出色的自动化表现，可以基本满足自动化系统管理需求。结合 图2展示内容，通过测控装置的搭载，可以实现数据的自动测控，并借助通信处理完成数据信号传输。

图2 数字化变电站综合自动化系统数据采集

2.2 系统分层分布化

对于数字化变电站综合自动化系统而言，其从初诞生，采取的是集中式管理模式，而今开始采取分布式系统。基于分布式系统的引入，促使在进行数字化变电站综合自动化系统设计上，其可以充分契 合当前网络通信技术发展需求，同时实现开放式的管理，针对系统在运行过程中的设备运行情况做出精准的记录，同时也可以确保系统在运行过程中，能够实现响应速度的进一步提升。

2.3 信息交互网络化依旧信息应用集成化

在当前的数字化变电站综合自动化系统设计上，其引入了更多先进的技术以及设备，促使在进行系统研发上，有更为出色的运作效率。比如当前在进行数字化变电站综合自动化系统设计上，其在互感器的使用上，选择的是新型互感器，这些互感器在工作过程中不仅有较低的工作效率，同时也有较为出色的数字化应用表现，能够更好的了满足系统工作需求，可以实现一些大电流以及高电压到相应数字信号的转换需求。

3 数字化变电站综合自动化系统的发展

随着时代的进步和发展，越来越多新技术引入也促使数字化变电站综合自动化系统成为未来发展的必然趋势。在当前时代背景下，随着更多优势技术的引入，也必然会促使数字化变电站综合自动化系统 在应用上，实现更多优势技术的引入，提升数字化变电站综合自动化系统的运作效果，促使其能够为更好提升我国变电站系统的运作提供切实的技术支撑和保障。

3.1新型高压断路器二次系统的引入

在实现数字化变电站综合自动化系统设计上，新型高压断路器二次系统是采用微机、电力电子技术和新型传感器建立起来的，断路器系统的智能性由微机控制的二次系统、IED和相应的智能软件来实现， 保护和控制命令可以通过光纤网络到达非常规变电站的二次回路系统，从而实现与断路器操作机构的数字化接口。通过该系统的引入，实际上为达成数字化控制提供了必要的基础支撑和保障。该系统在使用上，有较为出色的线性度，在实现上，也可以实现输出信号和IEC的直接接口。该系统的引入，简化了系统的设计，却使系统的应用价值得以提升。未来，随着越来越多新技术的引入，也必然促使我国在数字化变电站综合自动化系统的研发上，取得更为出色的成绩，促使其能为改善我国变电站的日常运营和管理，提供更为出色的管理效益支撑。

3.2 综合自动化软件系统的搭载

在数字化变电站综合自动化系统建设的过程中，其中综合自动化软件系统是其中的关键技术。通过该技术的引入，确保在自动化系统的构建上，能够借助自动化软件系统的应用，更好的达成自动化系统 控制目的。目前我国在综合自动化软件系统的应用上，相应的技术不断发展，技术水平也得到了不断的提升。在这种背景下，也为更好推动数字化变电站综合自动化系统构建提供了切实的软件系统和智能化技术支持。通过这种方式，对于改善系统应用效益，出色提升系统的智能化管理效果起到了帮助和支撑。在综合自动化软件系统的建设上，其过程中的技术主要是智能化技术，诸如遥控闭锁装置、自动事件以及数据记录、相应数据自动分析、智能报、智能开关等。通过这些自动化技术的引入，确保系统能够实现更为出色的自动化操作，更好改善系统性能，确保系统的应用能够出色达成智能管理目的。

4 安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统

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，仍能独立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，性能价格比优越，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。

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、管理提供可靠的保障。

5 系统硬件配置

 

应用场合	型号	图 片	保护功能
35kV变电站综合自动化系统	Acrel- 1000

	可显示变电站主接线图，模拟配电网络运行，实现无人值班模式；根据顺序事件记录、历史曲线、故障录波，协助运维人员实现快速故障分析、定位和排除问题，尽量缩短停电时间；实时采集各回路、设备的电流、电压、功率、电能以及谐波、电压波动等参数，对配电系统和用电设备进行用能分析和能效管理
网关	ANet- 2E8S1

	8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传，支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡（32GB）、支持不同协议向多平台转发数据；每个设备的多个报警设置。输入电源：AC/DC 220V，导轨式安装。
35kV/10kV/6kV 弧光保护	ARB5-M

	主控单元，可接20路弧光信号或4个扩展单元，配置弧光保护（8组）、失灵保护（4组）、TA断线监测（4组）、11个跳闸出口；
ARB5-E	扩展单元，多可以插接6块扩展插件，每个扩展插件可以采集5路弧光信号：
ARB5-S

	弧光探头，可安装于中压开关柜的母线室、断路器室或电缆室，也可于低压柜。弧光探头的检测范围为180°，半径0.5m的扇形区域；
35kV/10kV/6kV 进线柜电能质量 在线监测	APView500

	相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G，16D0＋22D1，通讯2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口支持U盘读取数据，支持61850协议。
35kV/100kV/6kV 间隔智能操控、 节点测温	ASD500

	5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4～20mA输出；
35kV/10kV/ 6kV传感器	ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米；
35kV/10kV/6kV 间隔电参量测量	APM830

	三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD显示；
变压器绕组 温度检测	ARTM-8

	8路温度巡检，预埋PT100，RS485接口，2路继电器输出；
变压器接头测温低压进出线柜接头测温	ARTM-Pn-E

	无线测温采集可接入60个无线测温传感器；U、I、P、Q等全电参量测量；2路告警输出；1路RS485通讯；
ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125C，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米；
柜内环境温湿度	AHE100

	无线温湿度传感器，温度精度：±1℃，湿度精度：±3％RH，发射频率：5min，传输距离：200m，电池寿命：≥3年（可更换）
ATC600

两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m，ATC600-C可接收AHE传输的数据，1路485,2路报警出口。

应用场合	型号	图 片	保护功能	其他功能
35kV/10kV/ 6kV进线	AM6-L

	三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护；	操作回路、 双以太网口、 双485口、 2路4-20mA变 送输出、 故障录波、 GPS对时、 全电量测量 直流量测量
35kV/10kV/ 6kV馈线	AM6-L	三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护；
35kV主变 （2000kVA以上）	AM6-D2/ AM-3	两圈变/三圈变差动速断保护、比例制动差动保护；
AM6-TB	变压器后备保护测控、三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、非电量保护、启动通风保护、PT断线告警、遥调升档、遥调降档、遥调急停；
35kV/10kV/ 6kV厂用变	AM6-S	三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、零序过流、过负荷保护（告警/跳闸）、控故障告警、PT断线告警、非电量保护；
35kV电机 （2000kW以上）	AM6-MD	差动速断保护、比例差动保护、过流、过负荷、堵转等电机综合保护；
10kV/6kV 异步电机	AM6-M	两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护（告警/跳闸）、低电压保护、PT断线告警、堵转保护、启动超时、热过载保护、电压不平衡；
35kV/10kV/6kV PT监测	AM6-UB	PT并列/解列、PT监测；
10kV/6kV 电容器	AM6-C	两段式过流/零序过流保护、过负荷保护（告警/跳闸）、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护；
35kV/10kV/ 6kV母联	AM6-B	两进线备投/母联备投/自适应备投、联切备投、三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、PT断线告警、过负荷联切/告警、检同期、合环保护；

 

6 结论

随着时代的进步和发展，在变电站系统开发上，数字化变电站综合自动化系统成为一种全新的系统设计方案。通过数字化变电站综合自动化系统的引入，可以减少变电站工作人员的管理压力，释放人工， 在实现管理效率改善的同时，也提升了管理的精准性。为此，数字化变电站综合自动化系统必然是我国未来变电站设计的核心主流趋势。我国在该领域要充分重视相应自动化以及智能技术的深入研发，促使我国在数字化变电站自动化系统设计上，取得研发效果。

参考文献

[1]徐焕忠.变电站综合自动化系统的相关问题研究与应用[J].工程技术 研究，2017(10)：128-129.

[2]司欣茹.数字化变电站综合自动化系统的发展.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版．

作者介绍：

作者简介：陈怡锦，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电气火灾监控系统的研发和应用。Acrel295（+V）

审核编辑 黄宇