龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：現(xiàn)在隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，我國的變電站自動化也得到了提高和發(fā)展，變電站自動化模式在我國發(fā)展應(yīng)用十多年，自動化水平應(yīng)經(jīng)達(dá)到了水平。在我國的城市及農(nóng)村的電網(wǎng)改造及建設(shè)中，中低壓變電站已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無人值班，一些更新改造后的變電站，其自動化裝置的實(shí)用性、成熟性在變電站的運(yùn)行方式中也越來越被依賴。變電站建設(shè)的現(xiàn)代化水平也在智能開關(guān)、光電式電流電壓互感器、變電站運(yùn)行操作仿真技術(shù)、一次運(yùn)行在線狀態(tài)的檢測、計算機(jī)高速網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用中得到了提高。鑒于此，本文主要分析探討了網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用情況，以供參閱。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)化變電站；自動化系統(tǒng)；應(yīng)用
0引言
近幾年來，變電站的各種微機(jī)智能裝置得到了廣泛應(yīng)用，例如微機(jī)保護(hù)裝置、微機(jī)測量控制裝置、微機(jī)多功能電能表、微機(jī)直流監(jiān)控裝置、微機(jī)單相接地選線裝置、微機(jī)故障錄波裝置、圖像監(jiān)控裝置等，這些裝置提供了大量的電網(wǎng)運(yùn)行和控制信息。如何全面迅速地收集和處理這些種類繁多、數(shù)量龐大、實(shí)時性和準(zhǔn)確性要求高的信息，并進(jìn)行有效的管理和控制，真正達(dá)到無人值班變電所全面監(jiān)控的目的，是擺在自動化人員面前的現(xiàn)實(shí)問題。但是，原來常規(guī)的變電站自動化系統(tǒng)因其技術(shù)上的限制難以完成這一艱巨的任務(wù)，因此，變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化成了自動化發(fā)展的必然方向。
1網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
消除了自動化信息采集和傳送的瓶頸。原來的常規(guī)RTU和綜合自動化系統(tǒng)不能全面地采集所有站內(nèi)的信息，只能采用串行通信的方式傳送站內(nèi)少量的實(shí)時信息，大量的實(shí)時信息無法傳送，歷史信息和圖像等信息更不可想象。由于網(wǎng)絡(luò)化的變電站自動化系統(tǒng)引入了主站系統(tǒng)的前置技術(shù)，采用高性能計算機(jī)作為主控，用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行信息傳送，因此解決了上述問題。
大幅度提高了處理能力和交換能力。該系統(tǒng)提供了一個廣闊的、開放的平臺，具有很強(qiáng)的信息處理能力和幾乎無限的擴(kuò)展能力。
提高了自動化系統(tǒng)及數(shù)據(jù)信息的可靠性。該系統(tǒng)采用雙機(jī)雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用主備熱備用平滑切換的運(yùn)行方式；所有數(shù)據(jù)和信息均在2臺主控計算機(jī)中同時保存；所有設(shè)備及軟件模塊均實(shí)時監(jiān)視、自動啟動和切換等。
方便了監(jiān)控站設(shè)置和運(yùn)行維護(hù)。所有主站和廠站的自動化系統(tǒng)均掛在統(tǒng)一、高速、互連的網(wǎng)絡(luò)平臺上，無論主站還是變電站都采用自動化主站系統(tǒng)的技術(shù)，因此，任何一個變電站都可以方便地瀏覽另一個站或全網(wǎng)的信息，這給檢修工作帶來了很大的方便，同時，任意一個變電站都可以方便地升級為監(jiān)控站，通過專業(yè)人員簡單設(shè)置即可取得另外幾個站的信息和控制權(quán)；
減少了很多設(shè)備投資，節(jié)約了大量資金。由于該系統(tǒng)通過軟件實(shí)現(xiàn)大量原先需要獨(dú)立設(shè)備完成的功能，因此可節(jié)約投資。
2網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)的運(yùn)用
變電站自動化系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)。變電站通過雙網(wǎng)雙機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行，站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)交換中心交換機(jī)，對系統(tǒng)內(nèi)所有路由器、交換機(jī)以及數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理。同時，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與光纖直接連接，且接入變電站或主站采取就近原則，再加上網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)中千兆以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，充分保障了變電站自動化系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)的連接速度，進(jìn)而提高了信息交換的效率。
主控機(jī)與智能電子設(shè)備間的連接。網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，使得智能電子設(shè)備與主控機(jī)之間的連接更加便利。該系統(tǒng)的主控機(jī)連接終端服務(wù)器或插入多串口卡，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息流通，這其中，以太網(wǎng)具有聯(lián)網(wǎng)便捷、信息容量大、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，可以有效取代傳統(tǒng)的串行通信模式。各主控機(jī)與智能電子設(shè)備均使用標(biāo)準(zhǔn)的IEC-61850協(xié)議來交換信息，有效實(shí)現(xiàn)真正意義上的無縫電力通信體系，并有利于相關(guān)電網(wǎng)技術(shù)的革新與發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)中的故障錄波信息，能夠通過遠(yuǎn)程操作，從智能電子設(shè)備中進(jìn)行讀出。故障錄波裝置，還能夠直接通過網(wǎng)絡(luò)接口，將故障錄波信息發(fā)送給主控機(jī)進(jìn)行儲存。
實(shí)時監(jiān)控。系統(tǒng)內(nèi)攝像頭、探頭設(shè)備對影像進(jìn)行采集，進(jìn)行實(shí)時信息的監(jiān)控。影像監(jiān)控的計算機(jī)等設(shè)備都需要通過網(wǎng)絡(luò)接口，與站內(nèi)的自動化網(wǎng)絡(luò)交換器進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)信息的雙向交流。
3網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)在實(shí)施中應(yīng)注意的問題
自動化系統(tǒng)的整體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)做好規(guī)劃，并與通信規(guī)劃相配套，避免網(wǎng)絡(luò)銜接上的脫節(jié)。并隨著通信和自動化的建設(shè)及時進(jìn)行調(diào)整。
應(yīng)做好信息通道的分流工作，特別是采用2M通道進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接的部分，以避免部分網(wǎng)段上的信息堵塞現(xiàn)象。
所有網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器應(yīng)選用質(zhì)量好、功能強(qiáng)的同品牌設(shè)備，并都具有網(wǎng)管功能，以便于網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理。同時在環(huán)網(wǎng)的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)配置三層交換設(shè)備。
主控計算機(jī)應(yīng)采用高可靠性、高性能的工控機(jī)，配置足夠的內(nèi)存和硬盤。
所有連接的網(wǎng)絡(luò)線均應(yīng)帶屏蔽，在超五類線以上。與間隔層通信的電纜也應(yīng)采用屏蔽的計算機(jī)測控電纜或光纜。各設(shè)備應(yīng)具有良好的接地，并且具有相應(yīng)的防雷隔離措施。
各間隔單元的通信規(guī)約應(yīng)統(tǒng) 一采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議。對于串行總線通信方式，每條總線上的IED一般不宜超過1O個，以確保系統(tǒng)的實(shí)時性。
系統(tǒng)軟件應(yīng)選用集成度高的、運(yùn)行穩(wěn)定的主站系統(tǒng)軟件進(jìn)行變電站應(yīng)用的壓縮和擴(kuò)充。
變電站的計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境應(yīng)達(dá)到規(guī)定的溫度和防塵等機(jī)房環(huán)境要求。
4 安科瑞Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)
4.1方案綜述
Acrel-1000變電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)在邏輯功能上由站控層、間隔層二層設(shè)備組成，并用分層、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接。站控層設(shè)備包括監(jiān)控主機(jī)，提供站內(nèi)運(yùn)行的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)管理控制間隔層設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控，并與遠(yuǎn)方監(jiān)控、調(diào)度通信；間隔層由若干個二次子系統(tǒng)組成，在站控層及站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。
針對工程具體情況，設(shè)計方案具有高可靠性，易于擴(kuò)充和友好的人機(jī)界面，性能價格比優(yōu)越，監(jiān)控系統(tǒng)由站控層和間隔層兩部分組成，采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站控層網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用單網(wǎng)雙機(jī)熱備配置。
4.2應(yīng)用場所：
適用于公共建筑、工業(yè)建筑、居住建筑等各行業(yè)35kV以下電壓等級的用戶端配、用電系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)視和控制管理。
4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1 實(shí)時監(jiān)測
Acrel-1000變電站綜合自動化系統(tǒng)，以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)及有關(guān)故障、告警等信號。
4.4.2 報警處理
監(jiān)控系統(tǒng)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(hù)裝置動作信號；預(yù)告報警包括一般設(shè)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，事故報警立即發(fā)出音響報警（報警音量任意調(diào)節(jié)），操作員工作站的顯示畫面上用顏色改變并閃爍表示該設(shè)備變位，同時彈窗顯示紅色報警條文，報警分為實(shí)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(rèn)一次報警。報警一旦確認(rèn)，聲音、閃光即停止。
次事故報警發(fā)生階段，允許下一個報警信號進(jìn)入，即次報警不覆蓋上一次的報警內(nèi)容。報警處理具備在主計算機(jī)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(shè)置四種規(guī)定的運(yùn)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(yù)告報警和事故報警。
3）開關(guān)事故跳閘到次數(shù)或開關(guān)拉閘到次數(shù)，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(xiàn)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(jù)自己的需要添加或修改報警信息。
4.4.3 調(diào)節(jié)與控制
操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行控制操作。監(jiān)控系統(tǒng)具有操作監(jiān)護(hù)功能，允許監(jiān)護(hù)人員在操作員工作站上實(shí)施監(jiān)護(hù)，避免誤操作。
操作控制分為四級：
第控制，設(shè)備就地檢修控制。具有優(yōu)先級的控制權(quán)。當(dāng)操作人員將就地設(shè)備的遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)放在就地位置時，將閉鎖所有其他控制功能，只進(jìn)行現(xiàn)場操作。
級控制，間隔層后備控制。其與第三級控制的切換在間隔層完成。
第三級控制，站控層控制。該級控制在操作員工作站上完成，具有遠(yuǎn)方/站控層的切換。
第四級控制，遠(yuǎn)方控制，優(yōu)先級。
原則上間隔層控制和設(shè)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(zhí)行，并在站級層設(shè)置操作員、監(jiān)護(hù)員口令及線路代碼，以確保操作的性和正確性。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。同一時間只允許一種控制方式。
納入控制的設(shè)備有：35kV及以下斷路器；35kV及以下隔離開關(guān)及帶電動機(jī)構(gòu)的接地開關(guān)；站用電380V斷路器；主變壓器分接頭；繼電保護(hù)裝置的遠(yuǎn)方復(fù)歸及遠(yuǎn)方投退連接片。
3）定時控制。操作員對需要控制的電氣設(shè)備進(jìn)行定時控制操作，設(shè)定啟動和關(guān)閉時間，完成定時控制。
4）監(jiān)控系統(tǒng)的控制輸出。控制輸出的接點(diǎn)為無源接點(diǎn)，接點(diǎn)的容量對直流為110V（220V）、5A，對交流為220V、5A。
4.4.4 用戶權(quán)限管理
系統(tǒng)設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員、維護(hù)員、值班員組等），在每個權(quán)限組里添加用戶名和密碼，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
5 系統(tǒng)硬件配置
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應(yīng)用場合 |
型號 |
圖 片 |
保護(hù)功能 |
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35kV變電站綜合自動化系統(tǒng) |
Acrel- 1000 |
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可顯示變電站主接線圖，模擬配電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無人值班模式；根據(jù)順序事件記錄、歷史曲線、故障錄波，協(xié)助運(yùn)維人員實(shí)現(xiàn)快速故障分析、定位和排除問題，盡量縮短停電時間；實(shí)時采集各回路、設(shè)備的電流、電壓、功率、電能以及諧波、電壓波動等參數(shù)，對配電系統(tǒng)和用電設(shè)備進(jìn)行用能分析和能效管理 |
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網(wǎng)關(guān) |
ANet- 2E8S1 |
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8路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA等協(xié)議的數(shù)據(jù)接入，ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT 等協(xié)議上傳，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳、XML、JSON進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、支持標(biāo)準(zhǔn)8GB SD卡（32GB）、支持不同協(xié)議向多平臺轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)；每個設(shè)備的多個報警設(shè)置。輸入電源：AC/DC 220V，導(dǎo)軌式安裝。 |
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35kV/10kV/6kV 弧光保護(hù) |
ARB5-M |
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主控單元，可接20路弧光信號或4個擴(kuò)展單元，配置弧光保護(hù)（8組）、失靈保護(hù)（4組）、TA斷線監(jiān)測（4組）、11個跳閘出口； |
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ARB5-E |
擴(kuò)展單元，多可以插接6塊擴(kuò)展插件，每個擴(kuò)展插件可以采集5路弧光信號： |
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ARB5-S |
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弧光探頭，可安裝于中壓開關(guān)柜的母線室、斷路器室或電纜室，也可于低壓柜?；」馓筋^的檢測范圍為180°，半徑0.5m的扇形區(qū)域； |
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35kV/10kV/6kV 進(jìn)線柜電能質(zhì)量 在線監(jiān)測 |
APView500 |
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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(tài)、電壓中斷、1024點(diǎn)波形采樣、觸發(fā)及定時錄波，波形實(shí)時顯示及故障波形查看，PQDIF格式文件存儲，內(nèi)存32G，16D0＋22D1，通訊2RS485＋1RS232＋1GPS，3以太網(wǎng)接口（＋1維護(hù)網(wǎng)口）＋1USB接口支持U盤讀取數(shù)據(jù)，支持61850協(xié)議。 |
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35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 節(jié)點(diǎn)測溫 |
ASD500 |
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5寸大液晶彩屏動態(tài)顯示一次模擬圖及彈簧儲能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、3路溫溫度控制及顯示、遠(yuǎn)方/就地、分合閘、儲能旋鈕預(yù)分預(yù)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(yīng)、柜內(nèi)照明控制、1路以太網(wǎng)、2路RS485、1路USB接口、GPS對時、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫、全電參量測溫、脈沖輸出、4～20mA輸出； |
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35kV/10kV/ 6kV傳感器 |
ATE400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)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； |
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35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量 |
APM830 |
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三相（1、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In，四象限電能，實(shí)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(kuò)展記錄，2-63次諧波，2D1＋2D0，RS485/Modbus，LCD顯示； |
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變壓器繞組 溫度檢測 |
ARTM-8 |
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8路溫度巡檢，預(yù)埋PT100，RS485接口，2路繼電器輸出； |
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變壓器接頭測溫低壓進(jìn)出線柜接頭測溫 |
ARTM-Pn-E |
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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； |
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ATE400 |
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合金片固定，CT感應(yīng)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； |
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柜內(nèi)環(huán)境溫濕度 |
AHE100 |
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無線溫濕度傳感器，溫度精度：±1℃，濕度精度：±3％RH，發(fā)射頻率：5min，傳輸距離：200m，電池壽命：≥3年（可更換） |
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ATC600 |
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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?shù)臄?shù)據(jù)，1路485,2路報警出口。 |
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應(yīng)用場合 |
型號 |
圖 片 |
保護(hù)功能 |
其他功能 |
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35kV/10kV/ 6kV進(jìn)線 |
AM6-L |
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三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)； |
操作回路、 雙以太網(wǎng)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
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35kV/10kV/ 6kV饋線 |
AM6-L |
三段式過流保護(hù)（帶方向、低壓閉鎖）、過負(fù)荷保護(hù)、PT斷線告警、逆功率保護(hù)、三相一次重合閘、低頻減載、檢同期、合環(huán)保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)； |
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35kV主變 （2000kVA以上） |
AM6-D2/ AM-3 |
兩圈變/三圈變差動速斷保護(hù)、比例制動差動保護(hù)； |
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AM6-TB |
變壓器后備保護(hù)測控、三段式過流保護(hù)（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、非電量保護(hù)、啟動通風(fēng)保護(hù)、PT斷線告警、遙調(diào)升檔、遙調(diào)降檔、遙調(diào)急停； |
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35kV/10kV/ 6kV廠用變 |
AM6-S |
三段式過流保護(hù)（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、零序過流、過負(fù)荷保護(hù)（告警/跳閘）、控故障告警、PT斷線告警、非電量保護(hù)； |
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35kV電機(jī) （2000kW以上） |
AM6-MD |
差動速斷保護(hù)、比例差動保護(hù)、過流、過負(fù)荷、堵轉(zhuǎn)等電機(jī)綜合保護(hù)； |
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10kV/6kV 異步電機(jī) |
AM6-M |
兩段式過流/零序過流/負(fù)序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)（告警/跳閘）、低電壓保護(hù)、PT斷線告警、堵轉(zhuǎn)保護(hù)、啟動超時、熱過載保護(hù)、電壓不平衡； |
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35kV/10kV/6kV PT監(jiān)測 |
AM6-UB |
PT并列/解列、PT監(jiān)測； |
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10kV/6kV 電容器 |
AM6-C |
兩段式過流/零序過流保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)（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(hù)； |
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35kV/10kV/ 6kV母聯(lián) |
AM6-B |
兩進(jìn)線備投/母聯(lián)備投/自適應(yīng)備投、聯(lián)切備投、三段式過流保護(hù)（帶方向、復(fù)合電壓閉鎖）、PT斷線告警、過負(fù)荷聯(lián)切/告警、檢同期、合環(huán)保護(hù)； |
6 結(jié)語
總而言之，作為電網(wǎng)自動化發(fā)展過程中的重要成果，網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)用效能與可靠性的大幅。網(wǎng)絡(luò)化變電站自動化系統(tǒng)有利于優(yōu)化變電站的管理水平，通過系統(tǒng)主站與網(wǎng)絡(luò)的高速連接，實(shí)現(xiàn)變電站的高效自動化系統(tǒng)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)供配電，Email: 28801392115@qq.com手機(jī)：18702101301 QQ:2881392115
