DSA保护监控一体化系统在煤矿35KV地面变电站的推广应用

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  摘要:本文以DSA保护监控一体化系统在煤矿35 kV地面变电站的改造应用为例,分析并讨论该系统的结构特征、功能特点及运行情况,并就煤矿系统“少人”值班变电站站内监控系统的功能、其他智能系统与DSA变电站综合自动化系统的通讯以及屏面配置等方面提出一些看法。
  关键词:DSA系统;变电站;配置;应用
  Abstract: In this paper, the integration DSA protection monitoring system in coal mine ground 35 kV Substation retrofit applications, for example, to analyze and discuss the structural features of the system, the features and operation, and to mine system, "few people" on duty inside the substation monitoring system features that other intelligent systems and DSA substation integrated automation system communications and screen configuration, etc. make some observations.
  Keywords: DSA system; substation; configuration; Application
  中圖分类号:X924.3 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
  0. 前言
  许多煤矿35KV地面变电站和农村变电站采用了南京南瑞DSA型保护监控一体化系统,该系统达到国内先进技术水平,本文以煤矿35 kV地面变电站改造应用DSA系统为例,进行一些阐述。
  1. 35KV煤矿地面变电站一般情况
  煤矿一次系统接线及运行方式
  煤矿35KV地面变电站,主变低压侧电压一般都是6KV。35KV和6KV母线一般都是单母线分段接线。35 kV配电装置有室外布置,也有室内布置。6KV配电装置一般都是室内布置。
  煤矿35KV进线一般为两路电源,一用一备, 6KV出线一般都在十几路以上,主供井下及地面负荷。
  煤矿一般为两台主变,正常一用一备。
  2. DSA保护监控一体化系统
  2.1. DSA系列装置的发展
  南瑞DSA系列装置已经发展数年,开始是Ⅰ型,后来是Ⅱ型,近几年发展为Ⅲ型。
  2.2. DSA系统的屏面组合和型号选用
  DSA系统的组屏较为节省,一般采用6-7面屏便可适应变电站需要。DSA系统元件型号由四位数字组成,其中,前面一位数字表示装置类别:“2”为Ⅱ型,“3”为Ⅲ型,“1”字省略,表示Ⅰ型。
  目前,35KV常规选型是:主变差动保护为DSA3(2)322。主变高/低压侧后备保护分别 为DSA3(2)326,主变操作及非电量保护装置 为DSA3(2)302,主变测控单元为DSA208;6 -35KV测控单元及保护单元 合一。6KV分段、馈线、电容器,分别为DSA3(2)112、DSA2113、DSA3(2)131;35KV进线为DSA3(2)I19。
  2.3. DSA系统的结构配置
  2.3.1. DSA系列保护监控一体化系统分为三个层次:
  1)间隔(基础)层,现场一次设备信息采集及控制(间隔测控、保护装置DSA****)。
  2)通信(中间)层,整个变电站智能设备互联(CAN网、RS485等)。
  3)当地(站)管理层,整个变电站信息分类、管理、存储(DSA208与后台主机)。
  2.3.2. DSA系列间隔(基础)层保护、测控装置
  2.3.2.1.DSA系列间隔层保护、测控装置属于变电站保护、监控一体化系统的底层装置,其测控、状态、信号等信息通过CAN网先传送DSA208总控装置,再经其传送到后台主机。后台主机指令通过CAN网先传送DSA208总控装置,再经其传送到隔层装置。DSA系列间隔层保护部分则有相对独立功能,以保证准确、迅速的切除故障,实现安全运行。
  2.3.2.2.DSA系列保护、监控一体化系统采用分层分布式结构布置,支持三种不同的配置方案:集中配置、分散配置、局部分散布置。一般采用局部分散布置,即35KV线路同主变保护测控一体化装置集中组屏安装在主控室内。6KV馈线、动变、接地变、电容器等保护测控一体化装置分散安装在开关柜上。
  2.3.3.DSA系统的中间层—CAN网。
  2.3.3.1.系列装置之间的通讯采用CANBUS现场总线,即CAN网。CANBUS现场总线具有三层协议,满足电力行业DL/T60870-5-103通讯规约要求。装置通常使用的通讯介质为屏蔽双绞线,也备有光纤器件安装位置,需要时也可使用光纤媒介。
  2.3.3.2. DSA系列保护测控一体化系统中,保护和测控共用CANBUS总线传输信息。一般只有“装置故障”和“直流电源消失”需要硬接点告警或发信。装置故障继电器BSJ一对输出接点可并接在一起,作为一个独立的遥信量开入变电站管理层总控单元。任何装置发生故障,继电器BSJ接点闭合,告警信号出现。结合网上送来的其它信息,就可准确定位具体位置。
  2.3.4. DSA系统的当地(站)管理层
  2.3.4.1.变电站管理层由总控单元和后台监控组成。总控单元是整个变电站“综自”系统通讯枢纽和信息结合点,它连接不同的智能设备和主控端。智能设备包括:底层保护测控一体化装置,电压无功控制装置(VQC),智能表计系统,智能消防报警装置,GPS,远方集控中心,调度中心,SCADA/EMS(数据采集与监视/电能管理)系统及当地监控设备。
  当地监控系统主要由高档工业微机、打印机、UPS及五防闭锁系统等组成。
  2.3.4.2. DSA208组态型监控装置的典型运行方式
  DSA208组态型监控装置是DSA系统的总控单元,不仅具有测控功能,还具有丰富的通信接口和信息处理功能。DSA208通过CAN网、以太网或RSD485/RS232接口汇集终端元件的各种信息,上传后台主机或调度;同时将后台主机或调度的指令下传各终端元件。
  2.3.4.3. DSA系统后台主机
  DSA系统后台主机采用高档工业计算机,它是变电站整个监控系统的首脑和指挥机构,其使命是展示人机界面,以便集中处理DSA208传输来的各种信息,并发出各种指令。后台主机与DSA208装置共同组成监控系统的当地管理层。
  2.3.5. DSA与站内其他系统连接
  2.3.5.1.DSA系列保护测控一体化系统中,DSA装置与其它厂家设备通讯有两种方式:一种是CANBUS总线通讯;另一种是RS485串口通信(当其它设备不支持CANBUS总线通信时)。DSA支持以太网方式与调度通信。
  2.3.5.2. DSA装置与五防工作站的通讯连接: 五防系统从DSA系统获得遥信、遥测实时数据,实现智能自动/手动开票、电子智能模拟盘功能(可选)、五防闭锁等功能。
  2.3.6.3.与智能电能表通讯连接:电能计量系统通过通汛管理机与 DSA通讯管理机系统相连,实现电能的定时统计。
  2.3.6.4.与电容器自动控制器通讯连接:无功补偿系统通过通讯管理机与DSA系统相连,实现对电压无功综合调节。
  2.3.6.5. 与直流系统通讯连接: 直流监控模块通过通汛管理机与DSA系统相连,对直流系统进行综合监控。
  3. DSA系统的技术特点:
  (1)保护监控设计一体化。
  a.简化变电站二次设备及接线,特别是保护、监 控之间的接线;
  b.所有信息网络共享;
  c.去除原来保护、监控的通讯接口,减少信息转 发的环节。
  (2)模块化设计。
  a.对不同的一次设备,分别设置保护测控一体化机箱;
  b.插件模块化,可实现灵活组态;
  c.强电、弱电分隔清楚,抗干扰能力强;
  (3)面向对象设计。
  将一次设备的馈线、电容器、主变辅助机构、防 护设备各设立单独的保护测控单元,结构清晰,便于安装维护。
  (4)组态灵活。
  保护监控既可合一,也可分开;既可集中组屏, 也可分散安装。
  (5)全部信息网络共享。
  充分利用变电站综合信息,在不增加硬件的基 础上实现变电站小电流接地选线、变电站复杂逻辑 闭锁、电压无功控制等功能。
  (6)通讯容量大,支持各种规约。
  (7)单元自带蜂鸣器件,故障告警。
  (8)满足配电网自动化的要求。
  增加配电网所需要的功能,如一次设备寿命的 管理、故障隔离的故障信息的给出、故障信息的多向 转发等。
  (9)支持GPS对时。
  (10)自检信息完善并随时保存在专用芯片上, 并具有掉电保持功能。
  (11)保护原理先进灵活。
  a.差动单元可构成真正意义上的双重化设计;
  b.后备保护复合电压信息多重化;
  c.低压母线保护一体化;
  d.利用網络实现自动接地控索及跳闸功能;
  e.保护定值多处存放,相互校验,自动修复,一 次整定完毕后,完全避免了定值的丢失情况,具有保 护黑匣子功能,利于事故分析。
  (12)大屏幕液晶汉字显示方式。
  具有大屏幕液晶显示实时电流、电压、频率、 cosφ和功率,调试、显示方便。汉字显示事故报告、 告警信息、遥信信息。汉字树形菜单,提示明显的文 字和符号标注,供保护人员投、退保护,设定保护整 定值,不需要配合其它技术资料,可直接在装置面板 上操作。在满足装置各种功能要求及保证功能完整 的条件下,尽量做到定值设置简单、易理解、易整定。
  (13)方便实用功能强大的监控系统。
  a.可根据需要配置当地监控系统或集控中心;
  b.可采用windows98/Nrr/2000/xP操作系统;
  c.具有强大的数据处理能力和监控能力,实时 性强,人机界面友好,能监视所有保护装置的工作情 况和全站其他设备工作情况,并根据设备信号,做出 相应的语音提示,使值班人员能第一时间发现处理问题。
  (14)一体化的视频监控。
  (15)通信接口技术指标。
  a.与各种智能设备连接时,可选择RS232、 RS422、RS485、光纤、以太网、CANBUS等不同的接口 形式,配置灵活。
  b.RS422/RS485由MAX489 片组成,其电 气 特性可参照有关的该芯片技术资料,通过跳线可选 择四线/二线工作方式、全双工/半双工通信方式。
  c.通讯网针对煤炭系统的特点采用双网结构, 一主一备的互为备用的运行方式。
  4.运行情况
  DSA系统在正式投运前,通过绝缘耐压、电气干 扰、高频电气干扰、静电放电、辐射电磁场干扰、快速 瞬变干扰、耐湿热性能、振动响应及振动耐久、冲击、 碰撞等一系列试验,在现场进行伞面的试验验讧F,确 认功能正常。自2004年各站装置陆续投运以来,保护测控装 置正确动作,各种信息完整;遥信、遥测、遥控及遥调 正确。五防系统能正确闭锁操作,其他设备信息通 讯正常。I/O单元、保护单元和保护测控单元没有 发生元器件损坏和单元故障,基本实现免维护。
  5.问题的研究与讨论
  (1)备用电源自投装置(简称“备投”)方案有待研究。
  作为煤矿变电站系统,安全可靠非常重要。 两条电源进线,正常一条供电,一条充电备用,当供电线路出现问题时,进线“备投”装置跳开 供电线路的开关,然后合上备用线路的开关,确保在短时间内恢复供电电源。电源线路,路径旷野,雷击、外破或其它瞬时故障相对主变为多,进线“备投”有着较大的优越性,但进线“备投”要求线路侧装设电压电压互感器和避雷器。
  目前运行变电站中,多装设了高、低压分段开关“备投”(或桥开关“备投”)有的装设了主变“备投”, 却皆未装设进线“备投”。实际上,目前主变运行可靠,“备投”作用不大。分段“备投”要求分段开关正常断开,不利于正常的变压器切换和双回路电缆出线切换。高压侧分段“备投”对煤矿不太适合,因为煤矿电机颇多,瞬时停电就会造成大批电机无压释放,一台一台再恢复运行,时间较长,影响安全生产。低压分段“备投”则只适合两台主变同时运行方式。
  (2)小电流接地选线功能的选择性欠佳。
  DSA系列基层间隔装置都具备小电流接地选线功能,按理说6KV系统可以不另配备专门的小电流接地选线装置。但实际运行中发现其报告不准确,6KV系统甲线接地后报成乙线,或笼统报成母线接地时而有之。到底是装置性缺陷还是调试不到位尚待研究。虽然6KV 接地功能可由消弧控制装置取而代之,但作为DSA装置的一项功能当应改进。
  6.结束语
  南瑞集团微机保护理论研究和应用在国内同行业中相对比较成熟,对应这样可靠的设备,站内正常的操 作可以在远方调度通过遥控操作,站内所有信号都 可以送到上级调度或监控中心,这样在调度或监控中心就可知道站内的设备运行状况或动作情况。如果再配置室内外的远方视频设备,站内外的运行安全情况都可清晰了解,对一般35KV工农业变电站完全可以 实现变电站无人值守或少人值守,这样就可以节省大 量的人力。但煤矿站不同于一般系统站, 6KV、400V出线繁多,随时都有可能处理停送电事宜,大量的400V出线,实现远方操作的可能性和必要性不大;特别是煤矿井下有成百上千的人在工作,水淹、瓦斯时刻威胁着人员生命。因此,“安全第一”在煤矿具有更特别的意义。对煤矿变电站来说,不宜强求无人值守,但对减轻劳动、保障安全,DSA系统起到了非常重要的作用。
  
  
  作者简介:
  武晓飞(1976-),女,大学本科,工程师,多年从事电气设备试验、绝缘技术监督实施工作,现从事配电网设计和技术管理工作。
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