龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：現在隨著計算機技術的高速發展，我國的變電站自動化也得到了提高和發展，變電站自動化模式在我國發展應用十多年，自動化水平應經達到了水平。在我國的城市及農村的電網改造及建設中，中低壓變電站已經實現無人值班，一些更新改造后的變電站，其自動化裝置的實用性、成熟性在變電站的運行方式中也越來越被依賴。變電站建設的現代化水平也在智能開關、光電式電流電壓互感器、變電站運行操作仿真技術、一次運行在線狀態的檢測、計算機高速網絡的廣泛應用中得到了提高。鑒于此，本文主要分析探討了網絡化變電站自動化系統的應用情況，以供參閱。
關鍵詞：網絡化變電站；自動化系統；應用
0引言
近幾年來，變電站的各種微機智能裝置得到了廣泛應用，例如微機保護裝置、微機測量控制裝置、微機多功能電能表、微機直流監控裝置、微機單相接地選線裝置、微機故障錄波裝置、圖像監控裝置等，這些裝置提供了大量的電網運行和控制信息。如何全面迅速地收集和處理這些種類繁多、數量龐大、實時性和準確性要求高的信息，并進行有效的管理和控制，真正達到無人值班變電所全面監控的目的，是擺在自動化人員面前的現實問題。但是，原來常規的變電站自動化系統因其技術上的限制難以完成這一艱巨的任務，因此，變電站自動化系統的網絡化成了自動化發展的必然方向。
1網絡化變電站自動化系統的優點
消除了自動化信息采集和傳送的瓶頸。原來的常規RTU和綜合自動化系統不能全面地采集所有站內的信息，只能采用串行通信的方式傳送站內少量的實時信息，大量的實時信息無法傳送，歷史信息和圖像等信息更不可想象。由于網絡化的變電站自動化系統引入了主站系統的前置技術，采用高性能計算機作為主控，用網絡技術進行信息傳送，因此解決了上述問題。
大幅度提高了處理能力和交換能力。該系統提供了一個廣闊的、開放的平臺，具有很強的信息處理能力和幾乎無限的擴展能力。
提高了自動化系統及數據信息的可靠性。該系統采用雙機雙網結構，采用主備熱備用平滑切換的運行方式；所有數據和信息均在2臺主控計算機中同時保存；所有設備及軟件模塊均實時監視、自動啟動和切換等。
方便了監控站設置和運行維護。所有主站和廠站的自動化系統均掛在統一、高速、互連的網絡平臺上，無論主站還是變電站都采用自動化主站系統的技術，因此，任何一個變電站都可以方便地瀏覽另一個站或全網的信息，這給檢修工作帶來了很大的方便，同時，任意一個變電站都可以方便地升級為監控站，通過專業人員簡單設置即可取得另外幾個站的信息和控制權；
減少了很多設備投資，節約了大量資金。由于該系統通過軟件實現大量原先需要獨立設備完成的功能，因此可節約投資。
2網絡化變電站自動化系統的運用
變電站自動化系統的聯網。變電站通過雙網雙機進行系統運行，站內網絡交換中心交換機，對系統內所有路由器、交換機以及數據信息進行管理。同時，網絡交換機與光纖直接連接，且接入變電站或主站采取就近原則，再加上網絡化變電站自動化系統中千兆以太網技術的應用，充分保障了變電站自動化系統與網絡的連接速度，進而提高了信息交換的效率。
主控機與智能電子設備間的連接。網絡化變電站自動化系統的應用，使得智能電子設備與主控機之間的連接更加便利。該系統的主控機連接終端服務器或插入多串口卡，進行數據信息流通，這其中，以太網具有聯網便捷、信息容量大、應用廣泛等優點，可以有效取代傳統的串行通信模式。各主控機與智能電子設備均使用標準的IEC-61850協議來交換信息，有效實現真正意義上的無縫電力通信體系，并有利于相關電網技術的革新與發展。網絡化變電站自動化系統中的故障錄波信息，能夠通過遠程操作，從智能電子設備中進行讀出。故障錄波裝置，還能夠直接通過網絡接口，將故障錄波信息發送給主控機進行儲存。
實時監控。系統內攝像頭、探頭設備對影像進行采集，進行實時信息的監控。影像監控的計算機等設備都需要通過網絡接口，與站內的自動化網絡交換器進行連接，進而實現各站點信息的雙向交流。
3網絡化變電站自動化系統在實施中應注意的問題
自動化系統的整體網絡應做好規劃，并與通信規劃相配套，避免網絡銜接上的脫節。并隨著通信和自動化的建設及時進行調整。
應做好信息通道的分流工作，特別是采用2M通道進行網絡連接的部分，以避免部分網段上的信息堵塞現象。
所有網絡交換機和路由器應選用質量好、功能強的同品牌設備，并都具有網管功能，以便于網絡的統一管理。同時在環網的適當地點配置三層交換設備。
主控計算機應采用高可靠性、高性能的工控機，配置足夠的內存和硬盤。
所有連接的網絡線均應帶屏蔽，在超五類線以上。與間隔層通信的電纜也應采用屏蔽的計算機測控電纜或光纜。各設備應具有良好的接地，并且具有相應的防雷隔離措施。
各間隔單元的通信規約應統 一采用標準的通信協議。對于串行總線通信方式，每條總線上的IED一般不宜超過1O個，以確保系統的實時性。
系統軟件應選用集成度高的、運行穩定的主站系統軟件進行變電站應用的壓縮和擴充。
變電站的計算機及網絡設備的運行環境應達到規定的溫度和防塵等機房環境要求。
4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統
4.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監控系統在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設備組成，并用分層、開放式網絡系統實現連接。站控層設備包括監控主機，提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控，并與遠方監控、調度通信；間隔層由若干個二次子系統組成，在站控層及站控層網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能。
針對工程具體情況，設計方案具有高可靠性，易于擴充和友好的人機界面，性能價格比優越，監控系統由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網絡結構，站控層網絡采用TCP/IP協議的以太網。站控層網絡采用單網雙機熱備配置。
4.2應用場所：
適用于公共建筑、工業建筑、居住建筑等各行業35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統運行監視和控制管理。
4.3系統結構
4.4系統功能
4.4.1 實時監測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、告警等信號。
4.4.2 報警處理
監控系統具有事故報警功能。事故報警包括非正常操作引起的斷路器跳閘和保護裝置動作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1）事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實時報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢并打印的功能。
事故報警通過手動，每次確認一次報警。報警一旦確認，聲音、閃光即停止。
次事故報警發生階段，允許下一個報警信號進入，即次報警不覆蓋上一次的報警內容。報警處理具備在主計算機上予以定義或退出的功能。
2）對每一測量值（包括計算量值），由用戶序列設置四種規定的運行限值（物理下限、告警下限、告警上限、物理上限），分別定義作為預告報警和事故報警。
3）開關事故跳閘到次數或開關拉閘到次數，推出報警信息，提示用戶檢修。
4）報警方式。
報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫面閃爍、聲光報警器、語音、短信、電話等但不限于以上幾種方式，用戶根據自己的需要添加或修改報警信息。
4.4.3 調節與控制
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監控系統具有操作監護功能，允許監護人員在操作員工作站上實施監護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
第控制，設備就地檢修控制。具有優先級的控制權。當操作人員將就地設備的遠方/就地切換開關放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進行現場操作。
級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠方/站控層的切換。
第四級控制，遠方控制，優先級。
原則上間隔層控制和設備就地控制作為后備操作或檢修操作手段。為防止誤操作，在任何控制方式下都需采用分步操作，即選擇、返校、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。對任何操作方式，保證只有在上一次操作步驟完成后，才進行下一步操作。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關及帶電動機構的接地開關；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護裝置的遠方復歸及遠方投退連接片。
3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設備進行定時控制操作，設定啟動和關閉時間，完成定時控制。
4）監控系統的控制輸出。控制輸出的接點為無源接點，接點的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
4.4.4 用戶權限管理
系統設置了用戶權限管理功能，通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作系統可以定義不同操作權限的權限組（如管理員、維護員、值班員組等），在每個權限組里添加用戶名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的保障。
5 系統硬件配置
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應用場合 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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35kV變電站綜合自動化系統 |
Acrel- 1000 |
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可顯示變電站主接線圖，模擬配電網絡運行，實現無人值班模式；根據順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協助運維人員實現快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數，對配電系統和用電設備進行用能分析和能效管理 |
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網關 |
ANet- 2E8S1 |
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8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協議的數據接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協議上傳，支持斷點續傳、XML、JSON進行數據傳輸、支持標準8GB SD卡（32GB）、支持不同協議向多平臺轉發數據；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC 220V，導軌式安裝。 |
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35kV/10kV/6kV 弧光保護 |
ARB5-M |
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主控單元，可接20路弧光信號或4個擴展單元，配置弧光保護（8組）、失靈保護（4組）、TA斷線監測（4組）、11個跳閘出口； |
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ARB5-E |
擴展單元，多可以插接6塊擴展插件，每個擴展插件可以采集5路弧光信號： |
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ARB5-S |
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弧光探頭，可安裝于中壓開關柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜。弧光探頭的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區域； |
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35kV/10kV/6kV 進線柜電能質量 在線監測 |
APView500 |
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相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。 |
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35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節點測溫 |
ASD500 |
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5寸大液晶彩屏動態顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
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35kV/10kV/ 6kV傳感器 |
ATE400 |
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合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
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35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 |
APM830 |
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三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
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變壓器繞組 溫度檢測 |
ARTM-8 |
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8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
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變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫 |
ARTM-Pn-E |
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無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊； |
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ATE400 |
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合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米； |
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柜內環境溫濕度 |
AHE100 |
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無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
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ATC600 |
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兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸的數據，1路485,2路報警出口。 |
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應用場合 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
其他功能 |
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35kV/10kV/ 6kV進線 |
AM6-L |
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三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護； |
操作回路、 雙以太網口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量
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35kV/10kV/ 6kV饋線 |
AM6-L |
三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護； |
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35kV主變 （2000kVA以上） |
AM6-D2/ AM-3 |
兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護； |
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AM6-TB |
變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調升檔、遙調降檔、遙調急停； |
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35kV/10kV/ 6kV廠用變 |
AM6-S |
三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護； |
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35kV電機 （2000kW以上） |
AM6-MD |
差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉等電機綜合保護； |
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10kV/6kV 異步電機 |
AM6-M |
兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡； |
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35kV/10kV/6kV PT監測 |
AM6-UB |
PT并列/解列、PT監測； |
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10kV/6kV 電容器 |
AM6-C |
兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護； |
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35kV/10kV/ 6kV母聯 |
AM6-B |
兩進線備投/母聯備投/自適應備投、聯切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯切/告警、檢同期、合環保護； |
6 結語
總而言之，作為電網自動化發展過程中的重要成果，網絡化變電站自動化系統實現了運用效能與可靠性的大幅。網絡化變電站自動化系統有利于優化變電站的管理水平，通過系統主站與網絡的高速連接，實現變電站的高效自動化系統。
參考文獻
[1]史繼芳，劉建戈.變電站自動化系統的應用和發展研究[J].中國電力教育.2013（05）.
[2]薛波.網絡化變電站自動化系統的應用[J].數字通信世界.2015（09）.
[3]張少江，秦勤.淺析變電站自動化系統[J].電子制作.2012（02）.
[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版．
[5]魏萍.網絡化變電站自動化系統的應用
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
