程瑜 187 0211 2087

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文探討了園區變電站自動化系統的設計與實現。隨著電力系統智能化的快速發展，傳統變電站已無法滿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化系統，以提高供電質量和管理效率。文章詳細闡述了系統的總體架構、硬件組成、軟件功能以及關鍵技術，并通過實際案例分析驗證了系統的可行性和有效性。研究結果表明，該自動化系統能夠顯著提升園區變電站的運行效率和安全水平，為智能電網建設提供了有力支持。

關鍵詞：園區變電站；自動化系統；智能電網；電力監控；故障診斷

引言

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

國內外學者對變電站自動化系統進行了廣泛研究。國外如美國、德國等在智能電網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，針對園區這一特定場景的變電站自動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境的變電站自動化系統，以提高供電可靠性和管理效率，降低運營成本。

園區變電站自動化系統的總體設計

園區變電站自動化系統的設計目標是實現變電站的監控、智能管理和自動控制，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、間隔層和過程層組成。站控層負責全站監控和數據管理；間隔層實現保護和測控功能；過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時數據采集與監控、自動控制與調節、故障診斷與處理、電能質量分析與管理等。通過這些功能，系統能夠實現對變電站運行狀態的感知和智能管理，提高供電可靠性和效率，降低人工干預和運營成本。

二、系統硬件設計與實現

系統硬件部分主要包括數據采集單元、控制單元、通信網絡和人機界面。數據采集單元由各種傳感器和智能電表組成，負責實時采集變電站的電壓、電流、功率等參數。控制單元采用高性能工業計算機和PLC，實現數據處理、邏輯判斷和控制命令執行。

通信網絡采用工業以太網和現場總線技術，確保數據傳輸的實時性和可靠性。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、自動控制模塊和故障診斷模塊。數據采集與處理模塊負責實時采集和處理各種運行數據，為其他模塊提供基礎數據支持。監控與報警模塊實現運行狀態的實時顯示和異常情況的及時報警。

自動控制模塊根據預設邏輯和實時數據，自動執行開關操作、電壓調節等控制功能。故障診斷模塊利用人工智能算法，實現故障的快速定位和診斷。軟件系統采用開放式架構，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、系統關鍵技術分析

系統采用了多項技術，包括智能傳感技術、物聯網技術、大數據分析技術和人工智能技術。智能傳感技術提高了數據采集的精度和可靠性；物聯網技術實現了設備的互聯互通和遠程監控；大數據分析技術為運行優化和故障預測提供了支持；人工智能技術則提升了系統的自學習和自適應能力。

這些技術的綜合應用，使系統能夠實現監測、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，系統還采用了網絡安全技術，確保數據傳輸和存儲的安全性，防止網絡攻擊和數據泄露。

五、系統結構

1 實時監測

Acrel-1000變電站綜合自動化系統，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態，實時監測各回路電壓、電流、功率、功率因數等電參數信息，動態監視各配電回路斷路器、隔離開關、地刀等合、分閘狀態及有關故障、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作信號；預告報警包括一般設備變位、狀態異常信息、模擬量或溫度量越限等。

1） 事故報警。事故狀態方式時，事故報警立即發出音響報警（報警音量任意調節），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或開關拉閘次數，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。

監控系統的控制輸出。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。

4 用戶權限管理

系統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），在每個權限組里添加用戶名和密碼，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

應用場合	型號	圖 片	保護功能
35kV變電站綜合自動化系統	Acrel- 1000		可顯示變電站主接線圖，模擬配電網絡運行，實現無人值班模式；根據順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協助運維人員實現快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實時采集各回路、設備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數，對配電系統和用電設備進行用能分析和能效管理
網關	ANet- 2E8S1		8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協議的數據接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協議上傳，支持斷點續傳、XML、JSON進行數據傳輸、支持標準8GB SD卡（32GB）、支持不同協議向多平臺轉發數據；每個設備的多個報警設置。輸入電源：AC/DC 220V，導軌式安裝。
35kV/10kV/6kV 進線柜電能質量 在線監測	APView500		相電壓電流＋零序電壓零序電流，電壓電流不平衡度，有功無功功率及電能、事件告警及故障錄波，諧波（電壓/電流63次諧波、63組間諧波、諧波相角、諧波含有率、諧波功率、諧波畸變率、K因子）、波動/閃變、電壓暫升、電壓暫降、電壓瞬態、電壓中斷、1024點波形采樣、觸發及定時錄波，波形實時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網接口（＋1維護網口）＋1USB接口支持U盤讀取數據，支持61850協議。
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節點測溫	ASD500		5寸大液晶彩屏動態顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠方/就地、分合閘、儲能旋鈕預分預合閃光指示、分合閘完好指示、分合閘回路電壓測量、人體感應、柜內照明控制、1路以太網、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內電氣接點無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出；
35kV/10kV/ 6kV傳感器	ATE400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米；
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量	APM830		三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實時及需量，本月和上月值，電流、電壓不平衡度，66種報警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示；
變壓器繞組 溫度檢測	ARTM-8		8路溫度巡檢，預埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出；
變壓器接頭測溫低壓進出線柜接頭測溫	ARTM-Pn-E		無線測溫采集可接入60個無線測溫傳感器；U、I、P、Q等全電參量測量；2路告警輸出；1路RS485通訊；
	ATE400		合金片固定，CT感應取電，啟動電流大于5A，測溫范圍-50-125C，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米；
柜內環境溫濕度	AHE100		無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換）
	ATC600		兩種工作模式：終端、中繼。ATC600-Z做中繼透傳，ATC600-Z到ATC600-C的傳輸距離空曠1000m，ATC600-C可接收AHE傳輸的數據，1路485,2路報警出口。

應用場合	型號	圖 片	保護功能	其他功能
35kV/10kV/ 6kV進線	AM6-L		三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護；	操作回路、 雙以太網口、 雙485口、 2路4-20mA變 送輸出、 故障錄波、 GPS對時、 全電量測量 直流量測量
35kV/10kV/ 6kV饋線	AM6-L		三段式過流保護（帶方向、低壓閉鎖）、過負荷保護、PT斷線告警、逆功率保護、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環保護、斷路器失靈保護；
35kV主變 （2000kVA以上）	AM6-D2/ AM-3		兩圈變/三圈變差動速斷保護、比例制動差動保護；
	AM6-TB		變壓器后備保護測控、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、非電量保護、啟動通風保護、PT斷線告警、遙調升檔、遙調降檔、遙調急停；
35kV/10kV/ 6kV廠用變	AM6-S		三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、零序過流、過負荷保護（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護；
35kV電機 （2000kW以上）	AM6-MD		差動速斷保護、比例差動保護、過流、過負荷、堵轉等電機綜合保護；
10kV/6kV 異步電機	AM6-M		兩段式過流/零序過流/負序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、低電壓保護、PT斷線告警、堵轉保護、啟動超時、熱過載保護、電壓不平衡；
35kV/10kV/6kV PT監測	AM6-UB		PT并列/解列、PT監測；
10kV/6kV 電容器	AM6-C		兩段式過流/零序過流保護、過負荷保護（告警/跳閘）、PT斷線告警、過電壓/欠電壓跳閘、不平衡電壓/電流保護；
35kV/10kV/ 6kV母聯	AM6-B		兩進線備投/母聯備投/自適應備投、聯切備投、三段式過流保護（帶方向、復合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負荷聯切/告警、檢同期、合環保護；

六 結語

本研究設計并實現了一套適用于園區環境的變電站自動化系統。該系統通過硬件設計和軟件實現，結合多項關鍵技術，實現了變電站的監控、智能管理和自動控制。實際應用表明，該系統能夠顯著提高園區變電站的運行效率和安全水平，降低運營成本，為智能電網建設提供了有力支持。變電所綜合自動化系統是現代電力系統的重要組成部分，其應用和發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]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版

審核編輯 黃宇