安科瑞 劉秋霞
摘要：本文探討了園區(qū)變電站自動化系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)智能化的快速發(fā)展，傳統(tǒng)變電站已無法滿足現(xiàn)代園區(qū)對供電可靠性、效率和安全性的要求。本研究旨在設計一套園區(qū)變電站自動化系統(tǒng)，以提高供電質量和管理效率。文章詳細闡述了系統(tǒng)的總體架構、硬件組成、軟件功能以及關鍵技術，并通過實際案例分析驗證了系統(tǒng)的可行性和有效性。研究結果表明，該自動化系統(tǒng)能夠顯著提升園區(qū)變電站的運行效率和安全水平，為智能電網(wǎng)建設提供了有力支持。
關鍵詞：園區(qū)變電站；自動化系統(tǒng)；智能電網(wǎng)；電力監(jiān)控；故障診斷
引言
隨著城市化進程的加快和工業(yè)園區(qū)的快速發(fā)展，對電力供應的可靠性、效率和質量提出了更高要求。傳統(tǒng)變電站由于自動化程度低、信息集成度差，已難以滿足現(xiàn)代園區(qū)的用電需求。園區(qū)變電站自動化系統(tǒng)的出現(xiàn)為解決這一問題提供了有效方案。該系統(tǒng)集成了計算機技術、通信技術和控制技術，能夠實現(xiàn)變電站的監(jiān)控、智能管理和自動控制。
國內外學者對變電站自動化系統(tǒng)進行了廣泛研究。國外如美國、德國等在智能電網(wǎng)和變電站自動化方面已取得顯著成果，而國內的研究和應用也正在快速推進。然而，針對園區(qū)這一特定場景的變電站自動化系統(tǒng)研究仍相對不足。本文旨在填補這一空白，設計一套適用于園區(qū)環(huán)境的變電站自動化系統(tǒng)，以提高供電可靠性和管理效率，降低運營成本。
園區(qū)變電站自動化系統(tǒng)的總體設計
園區(qū)變電站自動化系統(tǒng)的設計目標是實現(xiàn)變電站的監(jiān)控、智能管理和自動控制，提高供電可靠性和效率。系統(tǒng)采用分層分布式結構，主要由站控層、間隔層和過程層組成。站控層負責全站監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理；間隔層實現(xiàn)保護和測控功能；過程層負責數(shù)據(jù)采集和執(zhí)行控制命令。系統(tǒng)的主要功能包括實時數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控、自動控制與調節(jié)、故障診斷與處理、電能質量分析與管理等。通過這些功能，系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對變電站運行狀態(tài)的感知和智能管理，提高供電可靠性和效率，降低人工干預和運營成本。
二、系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)
系統(tǒng)硬件部分主要包括數(shù)據(jù)采集單元、控制單元、通信網(wǎng)絡和人機界面。數(shù)據(jù)采集單元由各種傳感器和智能電表組成，負責實時采集變電站的電壓、電流、功率等參數(shù)。控制單元采用高性能工業(yè)計算機和PLC，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷和控制命令執(zhí)行。
通信網(wǎng)絡采用工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性和可靠性。人機界面包括監(jiān)控大屏和操作終端，為運行人員提供直觀的操作界面和的運行信息。此外，系統(tǒng)還配備了UPS電源和防雷裝置，確保在異常情況下仍能可靠運行。
三、系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)
系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，主要包括數(shù)據(jù)采集與處理模塊、監(jiān)控與報警模塊、自動控制模塊和故障診斷模塊。數(shù)據(jù)采集與處理模塊負責實時采集和處理各種運行數(shù)據(jù)，為其他模塊提供基礎數(shù)據(jù)支持。監(jiān)控與報警模塊實現(xiàn)運行狀態(tài)的實時顯示和異常情況的及時報警。
自動控制模塊根據(jù)預設邏輯和實時數(shù)據(jù)，自動執(zhí)行開關操作、電壓調節(jié)等控制功能。故障診斷模塊利用人工智能算法，實現(xiàn)故障的快速定位和診斷。軟件系統(tǒng)采用開放式架構，支持功能擴展和三方應用集成，具有良好的可擴展性和兼容性。
四、系統(tǒng)關鍵技術分析
系統(tǒng)采用了多項技術，包括智能傳感技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)分析技術和人工智能技術。智能傳感技術提高了數(shù)據(jù)采集的精度和可靠性；物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)了設備的互聯(lián)互通和遠程監(jiān)控；大數(shù)據(jù)分析技術為運行優(yōu)化和故障預測提供了支持；人工智能技術則提升了系統(tǒng)的自學習和自適應能力。
這些技術的綜合應用，使系統(tǒng)能夠實現(xiàn)監(jiān)測、更快速的反應和更智能的決策，大大提高了變電站的運行效率和安全水平。同時，系統(tǒng)還采用了網(wǎng)絡安全技術，確保數(shù)據(jù)傳輸和存儲的安全性，防止網(wǎng)絡攻擊和數(shù)據(jù)泄露。
五、系統(tǒng)結構
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關故障、告警等信號。
監(jiān)控系統(tǒng)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(tài)異常信息、模擬量或溫度量越限等。
1） 事故報警。事故狀態(tài)方式時，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節(jié)），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(fā)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(guī)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(shù)或開關拉閘次數(shù)，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(xiàn)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(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
操作員對需要控制的電氣設備進行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護功能，允許監(jiān)護人員在操作員工作站上實施監(jiān)護，避免誤操作。
操作控制分為四級：
一控制，設備就地檢修控制。具有優(yōu)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(xiàn)場操作。
二控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
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。
四級控制，遠方控制，優(yōu)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(zhí)行，并在站級層設置操作員、監(jiān)護員口令及線路代碼，以確保操作的安全性和正確性。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。
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。
監(jiān)控系統(tǒng)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。
系統(tǒng)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(jīng)授權的操作系統(tǒng)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(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
5系統(tǒng)硬件配置
本研究設計并實現(xiàn)了一套適用于園區(qū)環(huán)境的變電站自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過硬件設計和軟件實現(xiàn)，結合多項關鍵技術，實現(xiàn)了變電站的監(jiān)控、智能管理和自動控制。實際應用表明，該系統(tǒng)能夠顯著提高園區(qū)變電站的運行效率和安全水平，降低運營成本，為智能電網(wǎng)建設提供了有力支持。變電所綜合自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代電力系統(tǒng)的重要組成部分，其應用和發(fā)展對于提高電力系統(tǒng)的運行效率和可靠性具有重要意義。
[1]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版
