一度电的数字化之旅：从发电到变电的控制系统如何工作？

程瑜 187 0211 2087

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：随着电力系统的快速发展，发电厂和变电站的自动化水平已成为衡量电力系统现代化程度的重要指标。本文以发电厂变电站综合自动化系统为研究对象，探讨了其系统架构、功能设计、关键技术以及实际应用。通过对某发电厂变电站的综合自动化系统进行案例分析，验证了该系统在提高运行效率、保障供电可靠性和降低运维成本方面的显著效果。*后，本文展望了综合自动化系统在智能化、网络化和绿色化方面的未来发展趋势。

关键词：发电厂；变电站；综合自动化系统；SCADA；继电保护；通信网络

1 引言

电力系统是现代社会的重要基础设施，发电厂和变电站作为电力系统的核*组成部分，其运行效率、可靠性和安全性直接影响整个电力系统的稳定性。传统的人工操作和分散控制系统已无法满足现代电力系统的运行需求，综合自动化系统应运而生。综合自动化系统通过集成计算机技术、通信技术和自动控制技术，实现了发电厂和变电站的智能化管理，显著提高了电力系统的运行水平。

2发电厂变电站综合自动化系统概述

发电厂变电站综合自动化系统是一种集数据采集、监控、保护、控制和管理于一体的智能化系统。它通过实时监测电力设备的运行状态，自动完成故障诊断、保护动作和运行优化，从而实现对电力系统的管理。

2.1. 监控系统（SCADA）

2.1.1数据采集：实时采集变电所内各种设备的运行数据。

2.1.2监控：通过人机界面（HMI）实时监控设备状态和运行参数。

2.1.3报警：在设备异常或故障时发出报警。

2.2保护系统

2.2.1继电保护：通过继电器和微机保护装置，快速检测并隔离故障。

2.2.2故障录波：记录故障发生前后的电气量，便于分析。

2.3控制系统

2.3.1自动控制：实现设备的自动操作，如断路器分合闸、变压器调压等。

2.3.2远程控制：支持远程操作设备。

2.4 通信系统

2.4.1内部通信：连接变电所内各设备，实现数据交换。

2.4.2外部通信：与上级调度中*和其他变电所进行数据交互。

2.5 辅助系统

2.5.1电能质量监测：监测电能质量参数，如电压、频率和谐波。

2.5.2 环境监控：监测变电所环境参数，如温度、湿度和烟雾

3 安科瑞Acrel-1000变电站综合自动化系统

3.1方案综述

Acrel-1000变电站综合自动化监控系统在逻辑功能上由站控层、间隔层二层设备组成，并用分层、开放式网络系统实现连接。站控层设备包括监控主机，提供站内运行的人机联系界面，实现管理控制间隔层设备等功能，形成全站监控，并与远方监控、调度通信；间隔层由若干个二次子系统组成，在站控层及站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地监控功能。

针对工程具体情况，设计方案具有高可靠性，易于扩充和友好的人机界面，性能价格比优越，监控系统由站控层和间隔层两部分组成，采用分层分布式网络结构，站控层网络采用TCP/IP协议的以太网。站控层网络采用单网双机热备配置。

3.2应用场所：

适用于公共建筑、工业建筑、居住建筑等各行业35kV以下电压等级的用户端配、用电系统运行监视和控制管理。

3.3系统应用场景：

3.3.1火力发电厂

监控和控制发电机、变压器和开关设备。

3.3.2水力发电厂

监控水轮机、发电机和变压器等设备。

3.3.3 核电站

监控核反应堆、发电机和变压器等关键设备。

3.3.4风力发电场

监控风力发电机、变压器和开关设备。

3.3.5 太阳能发电站

监控光伏组件、逆变器和变压器等设备。

3.4系统结构

3.5系统优势

3.5.1提高可靠性

通过实时监控和自动控制，减少故障和停机时间。

3.5.2提升效率

自动化操作减少人工干预，提高运行效率。

3.5.3增强安全性

快速故障检测和隔离，防止事故扩大。

3.5.4降低成本

减少人工和维护成本，优化资源利用。

4 系统硬件配置

应用场合	型号	图 片	保护功能
35kV变电站综合自动化系统	Acrel- 1000		可显示变电站主接线图，模拟配电网络运行，实现无人值班模式；根据顺序事件记录、历史曲线、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
网关	ANet- 2E8S1		8路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等协议的数据接入，ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等协议上传，支持断点续传、XML、JSON进行数据传输、支持标准8GB SD卡（32GB）、支持不同协议向多平台转发数据；每个设备的多个报警设置。输入电源：AC/DC 220V，导轨式安装。
35kV/10kV/6kV 弧光保护	ARB6-A6		动作时间： 弧光单判据≤3.8ms 弧光电流双判据≤7.8ms	0.4kV~35kV：每段母线配置1台主机。
	ARB6-A12
	ARB6-A18
	ARB6-A24
	ARB6-A30
	选配	2、3路以太网接口
	ARB-S0		无源型广角宽光谱探头 （不含电池、免维护） 自带滤光功能 全绝缘、不含金属成分 （没有电气安全隐患） 配套双股阻燃光纤（20米）	高压柜：母线室配置1个弧光探头，手车室和电缆室可按需各配置1个弧光探头。 低压柜：正对主母排处配置1个弧光探头。
	ARB-S1		无源型广角紫外光探头 （不含电池、免维护） 自带滤光功能 ST标准接口 （国网应用） 配套双股阻燃光纤（20米）
35kV/10kV/6kV 进线柜电能质量 在线监测	APView500		相电压电流＋零序电压零序电流，电压电流不平衡度，有功无功功率及电能、事件告警及故障录波，谐波（电压/电流63次谐波、63组间谐波、谐波相角、谐波含有率、谐波功率、谐波畸变率、K因子）、波动/闪变、电压暂升、电压暂降、电压瞬态、电压中断、1024点波形采样、触发及定时录波，波形实时显示及故障波形查看，PQDIF格式文件存储，内存32G，16D0＋22D1，通讯2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太网接口（＋1维护网口）＋1USB接口支持U盘读取数据，支持61850协议。
35kV/100kV/6kV 间隔智能操控、 节点测温	ASD500		5寸大液晶彩屏动态显示一次模拟图及弹簧储能指示、高压带电显示及闭锁、验电、核相、3路温温度控制及显示、远方/就地、分合闸、储能旋钮预分预合闪光指示、分合闸完好指示、分合闸回路电压测量、人体感应、柜内照明控制、1路以太网、2路RS485、1路USB接口、GPS对时、高压柜内电气接点无线测温、全电参量测温、脉冲输出、4～20mA输出；
35kV/10kV/ 6kV传感器	ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125℃，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米；
35kV/10kV/6kV 间隔电参量测量	APM830		三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序电流In，四象限电能，实时及需量，本月和上月值，电流、电压不平衡度，66种报警类型及外部事件（SOE）各16条事件记录，支持SD卡扩展记录，2-63次谐波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD显示；
变压器绕组 温度检测	ARTM-8		8路温度巡检，预埋PT100，RS485接口，2路继电器输出；
变压器接头测温低压进出线柜接头测温	ARTM-Pn-E		无线测温采集可接入60个无线测温传感器；U、I、P、Q等全电参量测量；2路告警输出；1路RS485通讯；
	ATE400		合金片固定，CT感应取电，启动电流大于5A，测温范围-50-125C，测量精度±1℃；无线传输距离空旷150米；
柜内环境温湿度	AHE100		无线温湿度传感器，温度精度：±1℃，湿度精度：±3％RH，发射频率：5min，传输距离：200m，电池寿命：≥3年（可更换）
	ATC600		两种工作模式：终端、中继。ATC600-Z做中继透传，ATC600-Z到ATC600-C的传输距离空旷1000m，ATC600-C可接收AHE传输的数据，1路485,2路报警出口。

应用场合	型号	图 片	保护功能	其他功能
35kV/10kV/ 6kV进线	AM6-L		三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护；	操作回路、 双以太网口、 双485口、 2路4-20mA变 送输出、 故障录波、 GPS对时、 全电量测量 直流量测量
35kV/10kV/ 6kV馈线	AM6-L		三段式过流保护（带方向、低压闭锁）、过负荷保护、PT断线告警、逆功率保护、三相一次重合闸、低频减载、检同期、合环保护、断路器失灵保护；
35kV主变 （2000kVA以上）	AM6-D2/ AM-3		两圈变/三圈变差动速断保护、比例制动差动保护；
	AM6-TB		变压器后备保护测控、三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、非电量保护、启动通风保护、PT断线告警、遥调升档、遥调降档、遥调急停；
35kV/10kV/ 6kV厂用变	AM6-S		三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、零序过流、过负荷保护（告警/跳闸）、控故障告警、PT断线告警、非电量保护；
35kV电机 （2000kW以上）	AM6-MD		差动速断保护、比例差动保护、过流、过负荷、堵转等电机综合保护；
10kV/6kV 异步电机	AM6-M		两段式过流/零序过流/负序过流保护、过负荷保护（告警/跳闸）、低电压保护、PT断线告警、堵转保护、启动超时、热过载保护、电压不平衡；
35kV/10kV/6kV PT监测	AM6-UB		PT并列/解列、PT监测；
10kV/6kV 电容器	AM6-C		两段式过流/零序过流保护、过负荷保护（告警/跳闸）、PT断线告警、过电压/欠电压跳闸、不平衡电压/电流保护；
35kV/10kV/ 6kV母联	AM6-B		两进线备投/母联备投/自适应备投、联切备投、三段式过流保护（带方向、复合电压闭锁）、PT断线告警、过负荷联切/告警、检同期、合环保护；

5 结语

发电厂变电站综合自动化系统的应用，不仅提高了电力系统的运行效率和可靠性，还降低了运行成本和维护工作量。随着技术的不断进步，自动化系统将在电力系统中发挥越来越重要的作用。

参考文献

[1]安可企业微电网设计与应用手册 2022.05版

审核编辑 黄宇