殷培峰, 馬莉

(蘭州石化職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730060)

基于供配電系統(tǒng)多級保護的組態(tài)仿真構建

殷培峰, 馬莉

(蘭州石化職業(yè)技術學院，甘肅 蘭州 730060)

企業(yè)供配電系統(tǒng)是由總降壓變電所、高壓供電線路、車間變電所、低壓配電線路以及用電設備組成。由于投入大、成本高，要想建立供配電系統(tǒng)實訓基地十分困難。但采用組態(tài)技術仿真企業(yè)供配電系統(tǒng)的多級保護，并通過計算機技術和通信技術，實現(xiàn)對供電系統(tǒng)模擬量、數(shù)字量、狀態(tài)量和電能量的實時采集，不僅有效降低教學投入的成本，而且具有操作監(jiān)視屏幕化、系統(tǒng)構成模塊化、設備動作直觀化等優(yōu)點，提升了教學手段和教學效果。

供配電系統(tǒng);組態(tài)仿真;變電所;高壓電氣設備;運行監(jiān)視;報警系統(tǒng)

0 引 言

企業(yè)供配電系統(tǒng)一般由總降壓變電所、高壓供電線路、車間變電所、低壓配電線路以及用電設備組成。由于供配電系統(tǒng)所需的設備多，且價格昂貴。對學校來講要建立一個供配電系統(tǒng)實訓基地是十分困難。但采用組態(tài)王仿真企業(yè)供配電系統(tǒng)，建立110 kV供配電系統(tǒng)的主接線、自動化保護系統(tǒng)、主變壓器、高壓斷路器、輸電線路和電網(wǎng)的接地保護與監(jiān)控的網(wǎng)絡控制平臺。引入計算機技術和通信技術，實現(xiàn)對供電系統(tǒng)模擬量、數(shù)字量、狀態(tài)量和電能量的實時采集，不僅有效降低教學投入成本，而且具有操作監(jiān)視屏幕化、系統(tǒng)構成模塊化、設備動作直觀化等優(yōu)點，提升了教學手段和教學效果。

1 供配電系統(tǒng)多級保護仿真控制平臺構建

1.1 供配電系統(tǒng)多級保護控制平臺的基本配置

供配電系統(tǒng)多級保護控制平臺分成三層，分別為變電站層、網(wǎng)絡層和間隔層。間隔層由110 kV高壓線路監(jiān)控裝置、主變主保護裝置、主變高壓側裝置、主變中壓側裝置、主變低壓側裝置、35 kV線路監(jiān)控裝置、10 kV線路監(jiān)控裝置、10 kV電容器裝置。在間隔層中配置的保護由變壓器保護、斷路器保護、線路保護、母線保護、電容器保護等。網(wǎng)絡層由網(wǎng)絡通信裝置和前置機系統(tǒng)裝置構成。變電站層由后臺計算機控制系統(tǒng)、防誤閉鎖裝置、工程師站和操作員工作站等組成[1]。如圖1所示，為110 kV供配電系統(tǒng)多級保護控制平臺的基本配置。

圖1 110 kV供配電系統(tǒng)多級保護控制平臺的基本配置

1.2 供配電系統(tǒng)多級保護監(jiān)控平臺的基本結構

圖2 供配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)平臺的基本結構

在供配電監(jiān)控系統(tǒng)中，自動化監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控機、網(wǎng)絡管理單元、測控單元、遠動接口、打印機等部分組成，由實時數(shù)據(jù)庫采集、計算數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、事件庫、事故追憶庫、錄波數(shù)據(jù)庫、畫面庫、遠方通信和時鐘同步等環(huán)節(jié)組成，實現(xiàn)變電站的實時監(jiān)控功能。通過狀態(tài)量變位監(jiān)視，可監(jiān)視供電系統(tǒng)各種斷路器、隔離開關、接地開關、變壓器分接頭的位置和動作情況、繼電保護和自動裝置的動作情況以及它們的動作順序，完成分析、處理、顯示、報警、記錄、控制等功能，以及遠方數(shù)據(jù)通信以及各種自動、手動智能控制等任務。圖2為供配電自動化監(jiān)控系統(tǒng)平臺的基本結構。1.3 供配電系統(tǒng)的主接線結構設置

如圖3所示，為供配電系統(tǒng)的一次接線圖仿真。設置兩個電壓等級，分別是110 kV和10 kV。其中110 kV采用內(nèi)橋接線，通過主變壓器降為10 kV后，供變電站周圍負荷用電。在系統(tǒng)配置上采用分層分布式結構，設置一次設備配置，滿足不同電壓等級間隔層的測量、監(jiān)視、控制、通信功能。

圖3 供配電系統(tǒng)的主接線結構

2 供配電系統(tǒng)多級保護的組屏仿真

以某企業(yè)110 kV降壓變電站為例，描述110 kV供配電自動化系統(tǒng)多級保護的組屏仿真。

2.1 110 kV間隔層的仿真

該層為供配電系統(tǒng)的總降壓變電站，在繼電保護功能方面，由于110 kV采用的是內(nèi)橋接線方式，進線不需配置保護，由上一級線路保護完成或主變壓器后備保護承擔。配置一臺三相操作箱分別對應于兩條進線和橋斷路器，用于對進線和橋斷路器的控制，并且要具有防跳、壓力閉鎖等功能。測控功能方面，針對2回110 kV進線和橋開關分別設置數(shù)字式斷路器測控裝置，可用于本間隔的斷路器、隔離開關的參數(shù)和信息的測量和控制等。自動控制功能方面，可配置數(shù)字式備用電源自投裝置，實現(xiàn)橋備投或進線備投功能、變壓器備自投功能或用戶需求的多種備自投方案[2]。圖4為 110 kV間隔層的監(jiān)控系統(tǒng)仿真。

圖4 110 kV間隔層的監(jiān)控系統(tǒng)仿真

2.2 主變壓器間隔層的仿真

由于變壓器測控的重要性，可以采用集中組屏，設置兩面屏，分別對應于2臺主變壓器間隔層。主變壓器保護功能方面，可配置數(shù)字式變壓器主保護裝置和后備保護裝置[3]。完成主變壓器高壓側和低壓側的電壓、電流、有功功率、無功功率和功率因數(shù)的檢測，變壓器和變壓器室的溫度遙測量、遙信量、遙控量。采用RCS-9671C實現(xiàn)變壓器差動保護，RCS-9661C實現(xiàn)變壓器非電量保護，并配有以太網(wǎng)通信接口，提供10路非電量保護，其中六路可直接跳閘。采用RCS-9603測控系統(tǒng)檢測主變壓器分接頭的調(diào)節(jié)、變壓器溫度和事件記錄。采用RCS-9681實現(xiàn)變壓器后備保護，完成電壓閉鎖過流保護、接地零序保護、不接地零序保護和過負荷保護。圖5為主變壓器運行狀態(tài)監(jiān)控仿真。

圖5 主變壓器運行狀態(tài)監(jiān)控仿真

2.3 10 kV間隔層的仿真

采用分散安裝方式，配置測量、監(jiān)視、保護一體化裝置，分別安裝在10 kV開關柜上。完成對斷路器合閘、跳閘的保護；母線單相接地測控功能、零序電流保護、絕緣監(jiān)察自動控制功能、監(jiān)視斷路器、隔離開關、接地開關、變壓器分接頭的位置和動作情況。10 kV母線分段間隔可配置數(shù)字式母分保護及備投裝置?？刹捎肅SL-160C型數(shù)字式線路保護系統(tǒng)，配置交流插件(AC)、模數(shù)變換插件(VFC)、故障錄波插件、繼電保護CPU插件、繼電器插件和電源插件來實現(xiàn)斷路器合閘、跳閘、報警和復位監(jiān)控[4]。圖6為10 kV間隔層的仿真。

圖6 10 kV間隔層的仿真

2.4 公用間隔層的仿真

針對110 kV、10 kV兩段母線TV分別配置數(shù)字式電壓測控裝置，實現(xiàn)110 kV、10 kV兩段母線自動并列功能或手動、遠方并列功能的仿真。針對全站公用信息配置數(shù)字式綜合測控裝置[5]，主要采集變電站如直流系統(tǒng)故障信號、直流屏交流失壓、所用電切換信號、所用電Ⅰ段失壓、所用電Ⅱ段失壓、控制電源故障、合閘電源故障、控制母線故障、合閘母線故障、通信故障信號、通信電源故障、火災報警動作信號、保安報警信號等。通過其通信接口RS—232與通信服務器進行通信，進行網(wǎng)絡層對時廣播命令，以保證全系統(tǒng)時鐘統(tǒng)一。運動功能，可配置通信服務器，將網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)進行篩選排序，并按調(diào)度方規(guī)約進行轉發(fā)，完成調(diào)度通信。電源源方面，配置一臺逆變電源，將直流電源逆變成交流220 V，以供給后臺監(jiān)控主機用電。

2.5 后臺監(jiān)控系統(tǒng)

在供配電系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)是由監(jiān)控機、網(wǎng)絡管理單元、測控單元、遠動接口、打印機等部分組成[6]。負責完成收集站內(nèi)各間隔層裝置采集的信息，完成分析、處理、顯示、報警、記錄、控制等功能，完成遠方數(shù)據(jù)通信以及各種自動、手動智能控制等任務。其主要由數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理、人機聯(lián)系、遠方通信和時鐘同步等環(huán)節(jié)組成，實現(xiàn)變電站的實時監(jiān)控功能。圖7為監(jiān)控系統(tǒng)對高壓斷路器運行狀態(tài)實時監(jiān)控仿真。

監(jiān)控系統(tǒng)在硬件方面，需要監(jiān)控主機[7]，設置兩臺計算機互為備用(也可僅設置一臺)，監(jiān)控主機需要有源音箱實現(xiàn)音響報警，需要打印機進行變電站技術數(shù)據(jù)管理，軟件方面需要后臺監(jiān)

控軟件和網(wǎng)絡附件等，在微機保護、自動裝置與監(jiān)控系統(tǒng)相互通信時，采用串行通信。串行通信在數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約“開放系統(tǒng)互聯(lián)(OSI)參考模型”物理層，廣泛應用RS—485串行接口，在多站互聯(lián)中非常方便。通信協(xié)議選用POLLING規(guī)約，以滿足廣義數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上兩點之間進行對等通信的需要。

圖7 監(jiān)控系統(tǒng)對高壓斷路器運行狀態(tài)實時監(jiān)控仿真

3 結束語

針對企業(yè)供配電技術的理論與實踐教學，通過組態(tài)技術仿真企業(yè)供配電系統(tǒng)的多級保護，建立110 kV供配電系統(tǒng)的主接線、不同電壓等級的間隔層仿真，應用計算機技術和通信技術，實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的模擬量、數(shù)字量、狀態(tài)量等實時采集和數(shù)據(jù)處理。熟悉變電站自動化系統(tǒng)流行的分層分布式結構，,加深對供電系統(tǒng)自動化監(jiān)控的理解，不僅有效降低教學投入成本，而且具有操作監(jiān)視屏幕化、系統(tǒng)構成模塊化、設備動作直觀化等優(yōu)點，有助于激發(fā)學員的學習興趣，提升了教學手段和教學效果。

[1] 高翔.數(shù)字化變電站應用技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 覃貴禮.組態(tài)軟件控制技術[M].北京：北京理工大學出版社，2007.

[3] 丁書文.變電站綜合自動化現(xiàn)場技術[M].北京：中國電力出版社，2008.

[4] DING HUI，HAN MINXIAO.User-defined HYDC reactive power control modeling for system stability studies in PSASP[C]. Proceedings of IEE APSC0M2006 .Hongkong，2006.

[5] DING HUI，HAN MINXIAO.Detailed modeling of China-Russia Heihe back-to-back HVDC project using PSCAD/EMTDC[C]. The Proceedings of 3rd International Conference on DRPT NanJlng,2008.

[6] 袁秀英.計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與調(diào)試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[7] 高翔,張沛超.數(shù)字化變電站的主要特征和關鍵技術[J]. 電網(wǎng)技術,2006, 30(23)：47-51.

Establishing Configuration Simulation Based on the Multilevel Protection of the Power Supply and Distribution System

YIN Pei-feng, MA Li

(Lanzhou Petrochemical Vocational and Technical Institute，Lanzhou Gansu 730060, China)

The power supply and distribution system of the enterprise is composed of the general step-down transformer substation, high-voltage power supply line, workshop substation, low-voltage distribution line and electric equipment. To set up a training base for the power supply and distribution system is quite difficult because of its high investment and cost. However, if configuration technology is used to simulate the multilevel protection of the power supply and distribution system of the enterprise, and real-time collection of the analog quantity, digital quantity, quantity of state and electric energy of the power supply system is realized by means of computer technology and communication technology, that will not only effectively reduce the input cost for the teaching, but also realize operational monitoring on the screen, modular system composition and visualization of equipment operation, thus upgrading teaching means and improving teaching effect.

power supply and distribution system;configuration simulation; power substation;high-voltage electrical equipment;operation monitoring;alarm system

蘭州石化職業(yè)技術學院教育教學研究基金項目(JY2014-21)

10.3969/j·issn.1000-3886.2015.02.025

TM72

A

1000-3886(2015)02-0076-03

殷培峰 (1967- )，男，甘肅臨洮人，副教授，專業(yè)：電氣自動化。 馬莉(1982- )，女，甘肅張掖人，研究生，專業(yè)：過程自動化。

定稿日期: 2014-07-14