安科瑞 陳聰

摘要：本文探討了園區變電站自動(dòng)化系統的設計與實(shí)現。隨著(zhù)電力系統智能化的快速發(fā)展，傳統變電站已無(wú)法滿(mǎn)足現代園區對供電可靠性、效率和安全性的要求。本研究旨在設計一套園區變電站自動(dòng)化系統，以提高供電質(zhì)量和管理效率。文章詳細闡述了系統的總體架構、硬件組成、軟件功能以及關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)實(shí)際案例分析驗證了系統的可行性和有效性。研究結果表明，該自動(dòng)化系統能夠顯著(zhù)提升園區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(guān)鍵詞：園區變電站；自動(dòng)化系統；智能電網(wǎng)；電力監控；故障診斷

引言

隨著(zhù)城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)園區的快速發(fā)展，對電力供應的可靠性、效率和質(zhì)量提出了更高要求。傳統變電站由于自動(dòng)化程度低、信息集成度差，已難以滿(mǎn)足現代園區的用電需求。園區變電站自動(dòng)化系統的出現為解決這一問(wèn)題提供了有效方案。該系統集成了計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)，能夠實(shí)現變電站的監控、智能管理和自動(dòng)控制。

國內外學(xué)者對變電站自動(dòng)化系統進(jìn)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(dòng)化方面已取得顯著(zhù)成果，而國內的研究和應用也正在快速推進(jìn)。然而，針對園區這一特定場(chǎng)景的變電站自動(dòng)化系統研究仍相對不足。本文旨在填補這一空白，設計一套適用于園區環(huán)境的變電站自動(dòng)化系統，以提高供電可靠性和管理效率，降低運營(yíng)成本。

園區變電站自動(dòng)化系統的總體設計

園區變電站自動(dòng)化系統的設計目標是實(shí)現變電站的監控、智能管理和自動(dòng)控制，提高供電可靠性和效率。系統采用分層分布式結構，主要由站控層、間隔層和過(guò)程層組成。站控層負責全站監控和數據管理；間隔層實(shí)現保護和測控功能；過(guò)程層負責數據采集和執行控制命令。系統的主要功能包括實(shí)時(shí)數據采集與監控、自動(dòng)控制與調節、故障診斷與處理、電能質(zhì)量分析與管理等。通過(guò)這些功能，系統能夠實(shí)現對變電站運行狀態(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(yíng)成本。

二、系統硬件設計與實(shí)現

系統硬件部分主要包括數據采集單元、控制單元、通信網(wǎng)絡(luò )和人機界面。數據采集單元由各種傳感器和智能電表組成，負責實(shí)時(shí)采集變電站的電壓、電流、功率等參數?？刂茊卧捎酶咝阅芄I(yè)計算機和PLC，實(shí)現數據處理、邏輯判斷和控制命令執行。

通信網(wǎng)絡(luò )采用工業(yè)以太網(wǎng)和現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，確保數據傳輸的實(shí)時(shí)性和可靠性。人機界面包括監控大屏和操作終端，為運行人員提供直觀(guān)的操作界面和的運行信息。此外，系統還配備了UPS電源和防雷裝置，確保在異常情況下仍能可靠運行。

三、系統軟件設計與實(shí)現

系統軟件采用模塊化設計，主要包括數據采集與處理模塊、監控與報警模塊、自動(dòng)控制模塊和故障診斷模塊。數據采集與處理模塊負責實(shí)時(shí)采集和處理各種運行數據，為其他模塊提供基礎數據支持。監控與報警模塊實(shí)現運行狀態(tài)的實(shí)時(shí)顯示和異常情況的及時(shí)報警。

自動(dòng)控制模塊根據預設邏輯和實(shí)時(shí)數據，自動(dòng)執行開(kāi)關(guān)操作、電壓調節等控制功能。故障診斷模塊利用人工智能算法，實(shí)現故障的快速定位和診斷。軟件系統采用開(kāi)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、系統關(guān)鍵技術(shù)分析

系統采用了多項技術(shù)，包括智能傳感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數據分析技術(shù)和人工智能技術(shù)。智能傳感技術(shù)提高了數據采集的精度和可靠性；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現了設備的互聯(lián)互通和遠程監控；大數據分析技術(shù)為運行優(yōu)化和故障預測提供了支持；人工智能技術(shù)則提升了系統的自學(xué)習和自適應能力。

這些技術(shù)的綜合應用，使系統能夠實(shí)現監測、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(shí)，系統還采用了網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)，確保數據傳輸和存儲的安全性，防止網(wǎng)絡(luò )攻擊和數據泄露。

五、系統結構

1 實(shí)時(shí)監測

Acrel-1000變電站綜合自動(dòng)化系統，以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示配電線(xiàn)路的運行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動(dòng)態(tài)監視各配電回路斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。

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(dòng)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(shí)，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調節），操作員工作站的顯示畫(huà)面上用顏色改變并閃爍表示該設備變位，同時(shí)彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)時(shí)報警和歷史報警，歷史報警條文具備選擇查詢(xún)并打印的功能。

事故報警通過(guò)手動(dòng)，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(gè)報警信號進(jìn)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(hù)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(kāi)關(guān)事故跳閘到次數或開(kāi)關(guān)拉閘次數，推出報警信息，提示用戶(hù)檢修。

4）報警方式。

報警方式具有多種表現形式，包括彈窗、畫(huà)面閃爍、聲光報警器、語(yǔ)音、短信、電話(huà)等但不限于以上幾種方式，用戶(hù)根據自己的需要添加或修改報警信息。

3 調節與控制

操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)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(shí)施監護，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(kāi)關(guān)放在就地位置時(shí)，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現場(chǎng)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、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令及線(xiàn)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(jìn)行下一步操作。同一時(shí)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(kāi)關(guān)及帶電動(dòng)機構的接地開(kāi)關(guān)；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(shí)控制。操作員對需要控制的電氣設備進(jìn)行定時(shí)控制操作，設定啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間，完成定時(shí)控制。

監控系統的控制輸出?？刂戚敵龅慕狱c(diǎn)為無(wú)源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。

4 用戶(hù)權限管理

系統設置了用戶(hù)權限管理功能，通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)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(gè)權限組里添加用戶(hù)名和密碼，為系統運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

5系統硬件配置

六 結語(yǔ)

本研究設計并實(shí)現了一套適用于園區環(huán)境的變電站自動(dòng)化系統。該系統通過(guò)硬件設計和軟件實(shí)現，結合多項關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現了變電站的監控、智能管理和自動(dòng)控制。實(shí)際應用表明，該系統能夠顯著(zhù)提高園區變電站的運行效率和安全水平，降低運營(yíng)成本，為智能電網(wǎng)建設提供了有力支持。變電所綜合自動(dòng)化系統是現代電力系統的重要組成部分，其應用和發(fā)展對于提高電力系統的運行效率和可靠性具有重要意義。

參考文獻

[1]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊2022.05版