LK在地鐵變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用
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4 系統(tǒng)功能設(shè)計
地鐵變電站自動化歸納起來可分為以下幾種功能組：控制、監(jiān)視功能；自動控制功能；測量表記功能；繼電保護(hù)功能；與繼電保護(hù)有關(guān)功能；接口功能；系統(tǒng)功能。綜合地鐵實際情況，具體來說，地鐵變電站綜合自動化系統(tǒng)的基本功能體現(xiàn)在下述五項功能中。
4.1 監(jiān)控功能
監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)取代常規(guī)的測量系統(tǒng)，取代指針式儀表；改變常規(guī)的操作機(jī)構(gòu)和模擬盤，取代常規(guī)的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規(guī)的遠(yuǎn)動裝置等等?？傊?，其功能應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容：
4.2 模擬量的采集
變電站需采集的模擬量有：各段母線電壓、線路電壓、電流、有功功率、無功功率，主變壓器電流、有功功率和無功功率，電容器的電流、無功功率，饋出線的電流、電壓、功率以及頻率、相位、功率因數(shù)等。此外，模擬量還有主變壓器油溫、直流電源電壓、站用變壓器電壓等。對模擬量的采集，有直流采樣和交流采樣兩種方式。
4.3 開關(guān)量的采集
變電站的開關(guān)量有：斷路器的狀態(tài)、隔離開關(guān)狀態(tài)、有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、同期檢測的狀態(tài)、繼電保護(hù)動作信號、運行告警信號等。這些信號都以開關(guān)量的形式，通過光電隔離電路輸入至計算機(jī)。
4.4 電能計量
電能計量即指對電能(包括有功電能和無功電能)的采集。有兩種測量的方法，一種電能脈沖計量法，電能表轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈便輸出一個或兩個脈沖，用輸出的脈沖數(shù)代替轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的圈數(shù)，plc可以對這個輸出脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)，將脈沖數(shù)乘以標(biāo)度系數(shù)，便得到電能量；另一種是軟件計算方法，是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用交流采樣得到的電流、電壓值，通過軟件計算出有功電能和無功電能。
4.5 事件順序記錄soe
事件順序記錄soe包括斷路器跳合閘記錄、保護(hù)動作順序記錄。微機(jī)保護(hù)或監(jiān)控系統(tǒng)采集環(huán)節(jié)必須有足夠的內(nèi)存，能存放足夠數(shù)量或足夠長時間段的事件順序記錄，確保當(dāng)后臺監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)方集中控制主站通信中斷，不丟失事件信息，并記錄事件發(fā)生的時間。
4.6 故障記錄
故障記錄是記錄繼電保護(hù)動作前后與故障有關(guān)的電流量和母線電壓。對于地鐵中、低壓變電站，沒有配備專門的故障錄波裝置，而10kv出線數(shù)量大、故障率高，在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了故障記錄功能，對分析和掌握情況、判斷保護(hù)動作是否正確很有益處。
4.7 操作控制功能
少人值班變電站自動化系統(tǒng)，操作人員都可以通過crt屏幕對斷路器和隔離開關(guān)進(jìn)行投、切控制，同時能接受遙控操作命令，進(jìn)行遠(yuǎn)方操作；為防止計算機(jī)系統(tǒng)故障時無法操作被控設(shè)備，在設(shè)計時，保留了人工直接跳、合閘手段。
4.8 安全監(jiān)視功能
監(jiān)控系統(tǒng)在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量不斷的進(jìn)行越限監(jiān)視，如發(fā)現(xiàn)越限，立刻發(fā)出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外，還監(jiān)視保護(hù)裝置是否失電，自控裝置是否正常等。
4.9 人機(jī)聯(lián)系功能
(1) 人機(jī)聯(lián)系橋梁
crt顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤。操作人員或調(diào)度員只要面對crt顯示器的屏幕，通過操作鼠標(biāo)或鍵盤，就可以對全站的運行情況和運行參數(shù)一目了然，可以對全站的斷路器和隔離開關(guān)等進(jìn)行分、合操作，徹底改變了傳統(tǒng)的依靠指針式儀表和依靠模擬屏或操作屏等手段的操作方式。
(2) crt顯示畫面的內(nèi)容
歸納起來，顯示的內(nèi)容有：采集和計算的實時運行參數(shù)；實時主接線圖；事件順序記錄；越限報警顯示；值班記錄顯示；歷史趨勢顯示；保護(hù)定值和自控裝置的設(shè)定顯示；其他(故障記錄顯示、設(shè)備運行狀況顯示)。
(3) 輸入數(shù)據(jù)
變電站投入運行后，隨著送電量的變化，保護(hù)定值、越限值等需要修改，甚至由于負(fù)荷的增長，需要更換原有的設(shè)備。因此在人機(jī)聯(lián)系中，有輸入數(shù)據(jù)的功能。
4.10 打印功能
變電站自動化系統(tǒng)配備打印機(jī)，完成下列記錄功能：定時打印報表和日志；開關(guān)操作記錄打?。皇录樞蛴涗洿蛴?；越限打??；召喚打?。怀链蛴?；事故追憶打印。
4.11 據(jù)處理與記錄功能
歷史數(shù)據(jù)的形成和存儲是數(shù)據(jù)處理的主要內(nèi)容。此外，為滿足繼電保護(hù)專業(yè)和變電站管理的需要，進(jìn)行一些數(shù)據(jù)統(tǒng)計，其內(nèi)容包括：主變和輸電線路有功功率和無功功率每天的最大值和最小值以及相應(yīng)的時間；母線電壓每天定時記錄的最高值和最低值以及相應(yīng)的時間；計算受配電電能平衡率；統(tǒng)計斷路器動作次數(shù)；斷路器切除故障電流和跳閘次數(shù)的累計數(shù)；控制操作和修改定值記錄。
4.12 微機(jī)保護(hù)的功能
微機(jī)保護(hù)包括全站主要設(shè)備和輸電線路的全套保護(hù)，具體有：高壓輸電線路的主保護(hù)和后備保護(hù)、主變壓器的主保護(hù)和后備保護(hù)、無功補償電容器組的保護(hù)、母線保護(hù)、配電線路的保護(hù)、不完全接地系統(tǒng)的單相接地選線。
4.13 電壓、無功綜合控制的功能
變電站綜合自動化系統(tǒng)具有保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化系統(tǒng)的一個重要組成部分。
在變電站中，對電壓和無功的自動控制，主要是自動調(diào)節(jié)有載變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設(shè)備的投、切或控制其運行工況。其控制方式有如下三種：
(1) 集中控制
集中控制是指在調(diào)度中心對各個變電站的主變壓器的分接頭位置和無功補償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的控制。
(2) 分散控制
這是我國目前進(jìn)行電壓、無功綜合控制的主要方式。分散控制是指在各個變電站中，自動調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置或其他調(diào)壓設(shè)備，以控制地區(qū)的電壓和無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)。
(3) 關(guān)聯(lián)分散控制
所謂關(guān)聯(lián)分散控制，是指電力系統(tǒng)正常運行時，由分散的安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進(jìn)行自動調(diào)控，調(diào)控范圍和定值是從整個系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行出發(fā)，事先由電壓、無功優(yōu)化程序計算好的，而在系統(tǒng)變化較大或緊急情況或系統(tǒng)運行方式發(fā)生大的變動時，可由調(diào)度中心直接操作控制，或由調(diào)度中心修改下屬變電站所維持的母線電壓和無功功率的定值，以滿足系統(tǒng)運行方式變化后新的要求。
本變電站綜合自動化系統(tǒng)采用分散控制的方式。
4.14 頻減負(fù)荷的功能
電力系統(tǒng)的頻率是電能質(zhì)量重要的指標(biāo)之一。電力系統(tǒng)正常運行時，必須維持頻率在50±(0.1～0.2)hz的范圍內(nèi)。系統(tǒng)頻率偏移過大時，發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備都會受到不良的影響。因而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生有功功率缺額的事故時，必須迅速地切斷部分負(fù)荷，減小系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)頻率維持在正常水平或允許的范圍內(nèi)。
4.15 備用電源自投控制的功能
在具有兩路電源供電的變電站中，電源進(jìn)線可分為工作電源進(jìn)線和備用電源進(jìn)線兩種。備用電源自投裝置就是當(dāng)工作電源因故障被斷開后，能自動而迅速地將備用電源投入工作的裝置。
5 系統(tǒng)特點
變電站自動化實現(xiàn)對變電站各種設(shè)備進(jìn)行實時控制和數(shù)據(jù)采集，對各種設(shè)備的微機(jī)控制、監(jiān)視、邏輯閉鎖、微機(jī)測量以及所有開關(guān)聯(lián)跳功能?；诤屠麜r公司lk系列plc的地鐵變電站自動化系統(tǒng)的特點：
lk具有完善的自檢功能，除通過通信對各單元進(jìn)行監(jiān)控外，各單元中保護(hù)和監(jiān)控模塊都具有極強(qiáng)的自檢功能，同時二者相互監(jiān)視，一旦發(fā)生異常，及時報警，提高系統(tǒng)運行可靠性。
采用lk冗余系統(tǒng)，實現(xiàn)了電源冗余、cpu冗余、以太網(wǎng)冗余、總線冗余。
具有冗余以太網(wǎng)接口、冗余profibus-dp總線接口、rs485及rs232接口等多種通信接口。
soe記錄分辨率可達(dá)100us。
開關(guān)、刀閘狀態(tài)信息采用常開及常閉雙位置接點，通過軟件判斷其合法性。
監(jiān)控系統(tǒng)采用plc代替?zhèn)鹘y(tǒng)的rtu，各智能模塊采集的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線上傳到通訊控制器。
取消了常規(guī)光字牌，采用計算機(jī)模擬光字牌，并按不同電壓等級的分層模式來顯示。
簡化防誤閉鎖設(shè)計，重要設(shè)備之間用硬接線實現(xiàn)閉鎖功能，綜合自動化軟件具備軟件邏輯判別功能，但考慮到已有運行和檢修經(jīng)驗，一般不在后臺軟件中進(jìn)行閉鎖。
對暫態(tài)變位信號，經(jīng)軟件處理，采用自保持方式，未經(jīng)人工確認(rèn)信號不會消失。
6 結(jié)束語
和利時公司lk大型plc已經(jīng)在城鐵變電站自動化系統(tǒng)中成功實施了多個項目，如北京地鐵10號線scada系統(tǒng)變電站自動化系統(tǒng)、武漢輕軌scada系統(tǒng)變電站系統(tǒng)、天津快軌中山門西段工程變電站自動化系統(tǒng)等。lk plc的雙網(wǎng)冗余、控制器與工作站冗余熱備、模塊智能自檢、預(yù)置輸出功能、i/o通道隔離等措施，構(gòu)建了一個高可靠性、高穩(wěn)定性、高容錯性的應(yīng)用系統(tǒng)。很好的滿足了供電監(jiān)控系統(tǒng)的要求。lk plc符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有很好的開放性和易用性，可實現(xiàn)與各個子系統(tǒng)的接口。人機(jī)接口操作簡單，功能強(qiáng)大，進(jìn)一步提高了變電站自動化系統(tǒng)的管理水平。
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