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关于电力监控系统在港口变电所的设计与应用
  • 发布日期:2020-08-27      浏览次数:45
    •  蒋超萍

         江苏安科瑞电器制造有限公司   江苏江阴   214405

      摘要随着光纤通信技术的飞yue式进步、港口功能不断完善和发展,港口生产规模不断壮大和延伸,传统的配电系统结构已经不能够满足现代化港口生产的需求。通过通讯传输手段,变电所实现无人值守成为一种可能和必然。利用通讯技术设置远方或就地监控系统,使运行值班人员不用到设备现场就能了解到电力设备运行情况,从而实现港口电力设备管理的自动化。基于此本文主要对港口变电所电力监控系统设计进行分析探讨。

       

      关键词:港口变电所 ;电力监控系统 ;设计

      1.电力监控系统的原理

      港口供电智能监控系统是采用测控现场总线连接所有分布各处装设在智能化配电开关柜、电动机、配电变压器和其他电器设备上的远程测量控制管理单元组成电能与配电设施测控网络。实时监测电力设备的状态参数、能耗参数等,对数据分析和对设备进行控制,并通过以太网或其他连接方式接入位于中央控制室的系统管理控制计算机的自动监控系统。

      2.浅谈港口变电所电力监控系统设计

      2.1电力监控系统的结构

      根据港口电力监控系统的原理和港口设备的分布特点,其电力监控管理系统的设计采用分层分布式结构,分为站控层、通讯管理层、 间隔层,这种网络结构组网方便、配置灵活,能有效降低系统中某元件故障给系统带来的影响。

      间隔层根据一次设备的性质选择智能设备(如综合继保设备、智能测控设备等)的配置,智能设备分散安装于一次设备上。

      通讯管理层配置通讯处理器(主控单元)接收间隔层智能设备采集的各种信息,经过处理后上传至站级监控层,也可将站级系统发出的遥控命令等下传至间隔级的智能设备。各变电站主控单元通过交换机组成光纤环网结构,环网内任何一处光纤故障不影响系统数据传输。

      站级监控层配置值班员工作站、显示器、打印机等。实时显示各种设备运行信息,并可对各种信息进行分析、处理。

      2.2电力监控系统的软硬件部分

      变电所电力监控系统由带有通讯接口的采集控制模块 :多功能电力综合仪表、开关量采集模块、电流量采集模块、模拟量采集模块、继电器控制输出模块、现场管理机、24V 直流电源以及中央管理机等组成。中央管理机是系统的集中管理中心。一般安置在有人值班的总值班室内,用于整个变配电系统的实时状态显示、参数统计、数据分析、历史记录、故障报警、控制、报表打印等。

      1)电力监控系统的硬件部分。对35kV 以下的高压中心配电站主进、出线、母联采用电力综合仪表来实现遥测、遥信、遥控功能。该仪表与 CT、PT 直接相连,采集高精度交流信号,经过计算,即可测量出各个回路电量参数,仪表同时带有自检功能,可与综合继电保护装置配合使用。

      ①将 CT、PT 直接接入电力综合仪表测量回路中,即可测量出该回路的电量参数。实现该回路的“遥测”。

      ②仪表的开关量输入分别采集柜中断路器的分合闸状态,手车工作位置、电机储能状态以及接地刀闸位置,同时对综合继电保护装置中的故障跳闸信号和内部故障进行采集、分析,给予报警,并显示该回路的故障类型。实现该回路的“遥信”。

      ③仪表的继电器输出分别接至断路器的分、合闸线圈上,实现断路器的远程控制,即断路器的“遥控”。在0.4kV 低压主进、母联同样采用电力综合仪表来实现三遥功能。电力综合仪表与CT、母线直接相连,测量该回路的实际电量,实现遥测, 同时对主进、母联开关的断路器合、分闸状态,框架式开关的位置以及故障报警等开关量实现遥信,并对断路器实现远程遥控。

      2)电力监控系统的软件部分。变配电所计算机监控系统所安装的监控软件是基于Windows 环境下的电力系统专用组态软件,能够运行在Microsoft Windows NT、2000、XP 平台上。给用户提供的是全中文界面,简洁的画面设计、灵活的组态方式,高性能DDE驱动程序,支持诸多工控产品,并遵循开放式数据库联接(0DBC) 标准。允许通过第三方,如MicrosoftAccess,SQL Server 等访问本系统数据库。

      2.3传输介质

      本系统可以采用屏蔽双绞线、单模或多模光纤、无线等数据传输介质。其中屏蔽双绞线多用于设备与设备之间、主机到交换机之间的连接,而单模或多模光纤则主要用于变电所之间或者上下控制设备之间的网络传输。

      2.4通信协议

      现场监控层设备接口多采用 RS485总线,标准 Modbus 通讯规约,多数电力设备生产厂家也预留了其他的通信接口,以实现和其他生产厂家设备之间的通信协议兼容,实现信号传输与控制。

      2.5实现的功能

      上述几部分构成了一个完整的港口电力监控管理系统。该系统能实现对港区所有具备测控操作功能电气设备的远程操作控制、模拟量(I、U、Hz、P、Q、kWh、温度等)、状态量(开/关、报警、变压器分解头位置、保护动作信号等)、数字量(频率、电能量等)、脉冲量等的采集和存储及停电分析和电气设施的其他故障信息的收集分析等。并能通过棒状图,趋势图等分析显示。并同时实现故障报警及记录、存储、查询、统计、报表打印等功能。

      3.存在的问题和制约因素

      3.1系统的兼容性

      目前,信息传输系统的兼容性已成为装备监控系统的各研发公司进一步配套和扩充系统功能的制约因素。国际IEC组织并没有为电力通信设备之间的传输协议制定统一的国际标准去遵循。虽然各种通信协议在技术上可以实现相互渗透,电力设备成产厂家为谋求 和控制各自的市场利益,执行的网络传输协议差异性很大,为实现相互之间的转换需要大量的工作。

      3.2制约因素

      在欧洲变电所监控系统中,各种现场总线技术比如Lonworks、Profibus、Can 等由于各自的突出优势,已经在各控制领域得到广泛的应用,几乎淘汰了所有的 RS485 系统。但在国内基于技术水平的制约以及 RS485 总线设备简单、低成本等优势,大多数的厂商、工程师在设计产品、工程立项时到的是应用RS485 总线系统,使得我国的变电所监控系统与欧洲变电所监控系统有较大的差距。

      4.安科瑞电力监控系统产品介绍与选型

      4.1概述

      Acrel-2000Z电力监控系统是安科瑞电气股份有限公司根据电力系统自动化及无人值守的要求,针对35kV及以下电压等级研发出的一套分层分布式变电站监控管理系统。该系

      统是应用电力自动化技术、计算机技术和信息传输技术,集保护、监测、控制、通信等多功能于一体的开放式、网络化、单元化、组态化的系统,适用于35kV及以下电压等级的城网、农网变电站和用户 变电站,可实现对变电站方位的控制和管理,满足变电站无人或少人值守的需求,为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实的保障

       

      4.2应用场所

      (1) 办公建筑(商务办公、国家机关办公建筑等)

      (2) 商业建筑(商场、金融机构建筑等)

      (3) 旅游建筑(宾馆饭店、娱乐场所等)

      (4) 科教文卫建筑(文化、教育、科研、医疗卫生、体育建筑、会展中心等)

      (5) 通信建筑(邮电、通信、广播、电视、数据中心等)

      (6) 交通运输建筑(机场、车站、码头建筑等)

      (7) 厂矿企业建筑(石油、化工、水泥、煤炭、钢铁等)

      (8) 新能源建筑(光伏发电、风能发电等)

      4.3系统结构

      Acrel-2000Z电力监控系统釆用分层分布式设计,可分为三层:站控管理层、网络通信层和现场设备层,组网方式可为标 准网络结构、光纤星型网络结构、光纤环网网络结构,根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等多方面的信息综合考虑组网方式。

       

      4.4设备选型

      应用场合

      型号

      保护功能

      35kV进/馈线

      AM6-F

      三段式(带方向、复合龟压闭锁)过流保护、小电 流接地选型保护、三相一次重合闸、低频减載

      35kV± 

      2000kVA以上)

      AM6-D2

      8B变/三圏变差动速断保护、比例制动差动保护

      AM6-D3

      AM6-T

      变压器后备保护测控、配用变压器保护

      AM6-FD

      变压樓非电量保护(独立)、独立的操作回路

      35kV电机

      2000kW以上)

      AM6-MD

      电机差动保护、电机综合保护

      35kV PT监测

      AM6-U

      PT监测

      35kVr用变

      AM6-TR

      三段式过流、过负荷保护、变压器非电量保护

       

      10kV/6kV进馈线

      AM5-F

      三段式过流/零序过流、过负荷保护(告警/跳闸)、 PT断线告警、三相一次重合闸、低频减栽、后加速过流、逆功率保护

      10kV/6kV厂用变

      AM5-T

      三段式过流/零序过流、过负荷保护(吿警償闸)、 控故障告警、PT断线告警、非电参量保护

      10kV/6kV异步电机

      AM5-M

      两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护 (告警演制)、低电压保护、PT断线告警、堵转例护、启动超时、热过載保护

      10kV/6kV电容器

      AM5-C

      两段式过流/零序过流保护、过负荷保护(告警演闸)、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护;

      10kV/6kV 母联

      AM5-B

      进线备投/母联备投、两段式过流保护、PT断线告警;

      10KV/6RV PT 监测

      AM5-U

      低电压警吿、PT断线吿警、过龟压吿警、零序过压吿警;

      10kV/6kV PT

      AM5-BL

      单母线分段系统的PT二次并列/解列控制

       

       

      进/馈线

      AM5SE-F

      三段式过流保护(带方向、带低压闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、三相一次 重合闸、低频减载、失压保护、逆功率保护、断路器遥控分合闸、故障录波、全电参量 测量、独立操作回路

      35kV

       

      AM5SE-D2

      两圈变差动速断保护、比例制动差动保护

      变电站

      35kV主变

      AM5SE-TB

      三段式过流保护(带复合电压、带方向闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、间隙 零序电流保护、零序电压保护、过负荷保护、启动通风、闭锁有载调压、断路器遥控分 合闸、故障录波、全电量测量、独立操作回路

       

      PT监测并列

      AM5SE-UB

      PT并列、低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

       

      进/馈线

      AM5-F

      三段式过流保护(带方向、带低压闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、三相一次 重合闸、低频减载、失压保护、逆功率保护、断路器遥控分合闸、故障录波

       

      厂用变

      AM5-T

      三段式过流保护(带复合电压闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、过负荷保护、 变压器非电量保护、断路器遥控分合闸、故障录波

       

      大功率异步电 机(2000kW 以上)

      AM5SE-MD

      电机差动速断保护、比例差动保护、启动中过流一段保护、已运行定时限过流保护、过 负荷保护、零序过流保护、过热保护、堵转保护、低电压保护、断路器遥控分合闸、独 立操作回路、故障录波、全电量测量

      10(6)kV

      开闭所

      异步电机

      AM5-M

      启动中过流一段保护、已运行两段式过流保护、反时限过流保护、过负荷保护、零序过 流保护、启动时间过长、堵转保护、过热保护、相序保护、低电压保护、断路器遥控分 合闸、故障录波

       

      电容器

      AM5-C

      两段式过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、欠电压保护、过电压保护、不平衡 电压/电流保护、非电量保护、断路器遥控分合闸、故障录波

       

      母联

      AM5-B

      两段式过流保护、反时限过流保护、后加速过流保护、进线备自投、母联备自投、断路 器遥控分合闸、故障录波

       

      PT监测

      AM5-U

      低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

       

      PT并列

      AM5-BL

      不同母线段上PT二次信号的并列/解列控制

       

       

       

       

       

      应用场合

      型号

      保护功能

      系统解决方案

      10kV

      分配电所

      进馈线/厂用变

      PT监测

      AM4-I

      AM4-U

      三段式定时限过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、零序过压保护、非电量保

      护、低电压保护、过电压保护、过负荷保护、断路器遥控分合闸、故障录波

      低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

      3 ~ 35kV 智能操装置

      ASD200

      一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度 控制及显示(带强制加热)、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、语音 防误提示、语音已带电提示、柜内照明控制、断路器分合次数统计、RS485通信

      3 ~ 35kV 智能操控装置

      ASD300

      一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度 控制及显示(带强制加热)、远方僦地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、语音 防误提示、语音已带电提示、柜内照明控制、断路器分合次数统计、全电参量测量、柜内电气接点无线测温、RS485通信

      3 ~ 35kV 智能操控无线 测温一体化装置

      ASD320

      一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度 控制及显示(带强制加热)、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、语音 防误提示、语音已带电提示、柜内照明控制、断路器分合次数统计、柜内电气接点无线测温、RS485通信

      0.4kV-35kV

      断路器触头、铜排、 电缆接头无线测温传感器

      ATE100

      ATE200

      表带式固定,电池供电,电池寿命不小于5年,测温范围-40^-125^,采集周期

      25s,发射周期4min,测量精度±2P,传输距离空旷10米

      ATE300

      扎带捆绑固定,CT感应取电,启动电流5A,测温范围采集周期15s, 发射周期15s,测量精度±2P,传输距萬空旷100米

      3 ~ 35kV

      无线测温收发器

      ATC200

      导轨式/螺丝固定,工作电源DC24V,可接收12个ATE200 ( ATE100 )数据,带RS485 通信接口可将数据上传到监控中心

      无线测温收发器

      ATC400

      导轨式/螺丝固定,工作电源DC24V,可接收240个ATE300数据,带RS485通信接 口可将数据上传到监控中心

      无线测温装置

      ARTM-Pn

      嵌入式安装,工作电源AC/DC 1100/220V,可与ATE100. ATE200、ATE30。配合 使用,安装在高压柜、低压柜内测量多18点温度;两路无源温度告警输出;一路 RS485通信接口可将数据上传到监控中心

      无线测温集中釆集触摸屏

      ARTM-7062HT-HI)

      嵌入式安装,工作电源DC 24V,可与ATE100、ATE200. ATE300传感器配合使用 ,安装在高压柜、低压柜内测量多240点温度;一路RS485通信接口可将数据上 传到监控中心

      电参量测量

      AEM96

      三相所有电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率)、开关量、报警输RS485

      MODBUS 或 DL/T645-2007协议)量测量

      电力监控系统

       

      Acrel-2000Z

       

      可建立配电网络一次系统图,模拟配电网络运行,实现无人值班模式;根据顺序 事件记录、波形记录、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。

       

       

       

       

      进/馈线

      AM5SE-F

      三段式过流保护(带方向、带低压闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、三相一次 重合闸、低频减载、失压保护、逆功率保护、断路器遥控分合闸、故障录波、全电参量 测量、独立操作回路

      35kV

       

      AM5SE-D2

      两圈变差动速断保护、比例制动差动保护

      变电站

      35kV主变

      AM5SE-TB

      三段式过流保护(带复合电压、带方向闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、间隙 零序电流保护、零序电压保护、过负荷保护、启动通风、闭锁有载调压、断路器遥控分 合闸、故障录波、全电量测量、独立操作回路

       

      PT监测并列

      AM5SE-UB

      PT并列、低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

       

      进/馈线

      AM5-F

      三段式过流保护(带方向、带低压闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、三相一次 重合闸、低频减载、失压保护、逆功率保护、断路器遥控分合闸、故障录波

       

      厂用变

      AM5-T

      三段式过流保护(带复合电压闭锁)、反时限过流保护、零序过流保护、过负荷保护、 变压器非电量保护、断路器遥控分合闸、故障录波

       

      大功率异步电 机(2000kW 以上)

      AM5SE-MD

      电机差动速断保护、比例差动保护、启动中过流一段保护、已运行定时限过流保护、过 负荷保护、零序过流保护、过热保护、堵转保护、低电压保护、断路器遥控分合闸、独 立操作回路、故障录波、全电量测量

      10(6)kV

      开闭所

      异步电机

      AM5-M

      启动中过流一段保护、已运行两段式过流保护、反时限过流保护、过负荷保护、零序过 流保护、启动时间过长、堵转保护、过热保护、相序保护、低电压保护、断路器遥控分 合闸、故障录波

       

      电容器

      AM5-C

      两段式过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、欠电压保护、过电压保护、不平衡 电压/电流保护、非电量保护、断路器遥控分合闸、故障录波

       

      母联

      AM5-B

      两段式过流保护、反时限过流保护、后加速过流保护、进线备自投、母联备自投、断路 器遥控分合闸、故障录波

       

      PT监测

      AM5-U

      低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

       

      PT并列

      AM5-BL

      不同母线段上PT二次信号的并列/解列控制

       

       

       

       

       

      应用场合

      型号

      保护功能

      系统解决方案

      10kV

      分配电所

      进馈线/厂用变

      PT监测

      AM4-I

      AM4-U

      三段式定时限过流保护、反时限过流保护、零序过流保护、零序过压保护、非电量保

      护、低电压保护、过电压保护、过负荷保护、断路器遥控分合闸、故障录波

      低电压警告、PT断线告警、过电压告警、零序过压告警

      3 ~ 35kV 智能操装置

      ASD200

      一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度 控制及显示(带强制加热)、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、语音 防误提示、语音已带电提示、柜内照明控制、断路器分合次数统计、RS485通信

      3 ~ 35kV 智能操控装置

      ASD300

      一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度 控制及显示(带强制加热)、远方僦地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、语音 防误提示、语音已带电提示、柜内照明控制、断路器分合次数统计、全电参量测量、柜内电气接点无线测温、RS485通信

      3 ~ 35kV 智能操控无线 测温一体化装置

      ASD320

      一次回路动态模拟图、弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、自动温湿度 控制及显示(带强制加热)、远方/就地旋钮、分合闸旋钮、储能旋钮、人体感应、语音 防误提示、语音已带电提示、柜内照明控制、断路器分合次数统计、柜内电气接点无线测温、RS485通信

      0.4kV-35kV

      断路器触头、铜排、 电缆接头无线测温传感器

      ATE100

      ATE200

      表带式固定,电池供电,电池寿命不小于5年,测温范围-40^-125^,采集周期

      25s,发射周期4min,测量精度±2P,传输距离空旷10米

      ATE300

      扎带捆绑固定,CT感应取电,启动电流5A,测温范围采集周期15s, 发射周期15s,测量精度±2P,传输距萬空旷100米

      3 ~ 35kV

      无线测温收发器

      ATC200

      导轨式/螺丝固定,工作电源DC24V,可接收12个ATE200 ( ATE100 )数据,带RS485 通信接口可将数据上传到监控中心

      无线测温收发器

      ATC400

      导轨式/螺丝固定,工作电源DC24V,可接收240个ATE300数据,带RS485通信接 口可将数据上传到监控中心

      无线测温装置

      ARTM-Pn

      嵌入式安装,工作电源AC/DC 1100/220V,可与ATE100. ATE200、ATE30。配合 使用,安装在高压柜、低压柜内测量多18点温度;两路无源温度告警输出;一路 RS485通信接口可将数据上传到监控中心

      无线测温集中釆集触摸屏

      ARTM-7062HT-HI)

      嵌入式安装,工作电源DC 24V,可与ATE100、ATE200. ATE300传感器配合使用 ,安装在高压柜、低压柜内测量多240点温度;一路RS485通信接口可将数据上 传到监控中心

      电参量测量

      AEM96

      三相所有电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、大需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量(电压、电流、功率)、开关量、报警输RS485

      MODBUS 或 DL/T645-2007协议)量测量

      电力监控系统

       

      Acrel-2000Z

       

      可建立配电网络一次系统图,模拟配电网络运行,实现无人值班模式;根据顺序 事件记录、波形记录、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。

      5.结束语

      总之电力监控系统,促进无人值班变电所的实现,并可以利用远动技术使电网调度迅速而可靠,是值得大规模运用的现代能源管理方式。

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