LK在地铁变电站自动化系统中的应用
4 系统功能设计
地铁变电站自动化归纳起来可分为以下几种功能组：控制、监视功能；自动控制功能；测量表记功能；继电保护功能；与继电保护有关功能；接口功能；系统功能。综合地铁实际情况，具体来说，地铁变电站综合自动化系统的基本功能体现在下述五项功能中。
4.1 监控功能
监控系统应取代常规的测量系统，取代指针式仪表；改变常规的操作机构和模拟盘，取代常规的告警、报警、中央信号、光字牌等；取代常规的远动装置等等。总之，其功能应包括以下几部分内容：
4.2 模拟量的采集
变电站需采集的模拟量有：各段母线电压、线路电压、电流、有功功率、无功功率，主变压器电流、有功功率和无功功率，电容器的电流、无功功率，馈出线的电流、电压、功率以及频率、相位、功率因数等。此外，模拟量还有主变压器油温、直流电源电压、站用变压器电压等。对模拟量的采集，有直流采样和交流采样两种方式。
4.3 开关量的采集
变电站的开关量有：断路器的状态、隔离开关状态、有载调压变压器分接头的位置、同期检测的状态、继电保护动作信号、运行告警信号等。这些信号都以开关量的形式，通过光电隔离电路输入至计算机。
4.4 电能计量
电能计量即指对电能(包括有功电能和无功电能)的采集。有两种测量的方法，一种电能脉冲计量法，电能表转盘每转一圈便输出一个或两个脉冲，用输出的脉冲数代替转盘转动的圈数，plc可以对这个输出脉冲数进行计数，将脉冲数乘以标度系数，便得到电能量；另一种是软件计算方法，是数据采集系统利用交流采样得到的电流、电压值，通过软件计算出有功电能和无功电能。
4.5 事件顺序记录soe
事件顺序记录soe包括断路器跳合闸记录、保护动作顺序记录。微机保护或监控系统采集环节必须有足够的内存，能存放足够数量或足够长时间段的事件顺序记录，确保当后台监控系统或远方集中控制主站通信中断，不丢失事件信息，并记录事件发生的时间。
4.6 故障记录
故障记录是记录继电保护动作前后与故障有关的电流量和母线电压。对于地铁中、低压变电站，没有配备专门的故障录波装置，而10kv出线数量大、故障率高，在监控系统中设置了故障记录功能，对分析和掌握情况、判断保护动作是否正确很有益处。
4.7 操作控制功能
少人值班变电站自动化系统，操作人员都可以通过crt屏幕对断路器和隔离开关进行投、切控制，同时能接受遥控操作命令，进行远方操作；为防止计算机系统故障时无法操作被控设备，在设计时，保留了人工直接跳、合闸手段。
4.8 安全监视功能
监控系统在运行过程中，对采集的电流、电压、主变压器温度、频率等量不断的进行越限监视，如发现越限，立刻发出告警信号，同时记录和显示越限时间和越限值，另外，还监视保护装置是否失电，自控装置是否正常等。
4.9 人机联系功能
(1) 人机联系桥梁
crt显示器、鼠标和键盘。操作人员或调度员只要面对crt显示器的屏幕，通过操作鼠标或键盘，就可以对全站的运行情况和运行参数一目了然，可以对全站的断路器和隔离开关等进行分、合操作，彻底改变了传统的依靠指针式仪表和依靠模拟屏或操作屏等手段的操作方式。
(2) crt显示画面的内容
归纳起来，显示的内容有：采集和计算的实时运行参数；实时主接线图；事件顺序记录；越限报警显示；值班记录显示；历史趋势显示；保护定值和自控装置的设定显示；其他(故障记录显示、设备运行状况显示)。
(3) 输入数据
变电站投入运行后，随着送电量的变化，保护定值、越限值等需要修改，甚至由于负荷的增长，需要更换原有的设备。因此在人机联系中，有输入数据的功能。
4.10 打印功能
变电站自动化系统配备打印机，完成下列记录功能：定时打印报表和日志；开关操作记录打印；事件顺序记录打印；越限打印；召唤打印；抄屏打印；事故追忆打印。
4.11 据处理与记录功能
历史数据的形成和存储是数据处理的主要内容。此外，为满足继电保护专业和变电站管理的需要，进行一些数据统计，其内容包括：主变和输电线路有功功率和无功功率每天的最大值和最小值以及相应的时间；母线电压每天定时记录的最高值和最低值以及相应的时间；计算受配电电能平衡率；统计断路器动作次数；断路器切除故障电流和跳闸次数的累计数；控制操作和修改定值记录。
4.12 微机保护的功能
微机保护包括全站主要设备和输电线路的全套保护，具体有：高压输电线路的主保护和后备保护、主变压器的主保护和后备保护、无功补偿电容器组的保护、母线保护、配电线路的保护、不完全接地系统的单相接地选线。
4.13 电压、无功综合控制的功能
变电站综合自动化系统具有保证安全、可靠供电和提高电能质量的自动控制功能。电压和频率是电能质量的重要指标，因此电压、无功综合控制也是变电站综合自动化系统的一个重要组成部分。
在变电站中，对电压和无功的自动控制，主要是自动调节有载变压器的分接头位置和自动控制无功补偿设备的投、切或控制其运行工况。其控制方式有如下三种：
(1) 集中控制
集中控制是指在调度中心对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。
(2) 分散控制
这是我国目前进行电压、无功综合控制的主要方式。分散控制是指在各个变电站中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。
(3) 关联分散控制
所谓关联分散控制，是指电力系统正常运行时，由分散的安装在各厂、站的分散控制装置或控制软件进行自动调控，调控范围和定值是从整个系统的安全、稳定和经济运行出发，事先由电压、无功优化程序计算好的，而在系统变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心直接操作控制，或由调度中心修改下属变电站所维持的母线电压和无功功率的定值，以满足系统运行方式变化后新的要求。
本变电站综合自动化系统采用分散控制的方式。
4.14 频减负荷的功能
电力系统的频率是电能质量重要的指标之一。电力系统正常运行时，必须维持频率在50±(0.1～0.2)hz的范围内。系统频率偏移过大时，发电设备和用电设备都会受到不良的影响。因而当系统发生有功功率缺额的事故时，必须迅速地切断部分负荷，减小系统的有功缺额，使系统频率维持在正常水平或允许的范围内。
4.15 备用电源自投控制的功能
在具有两路电源供电的变电站中，电源进线可分为工作电源进线和备用电源进线两种。备用电源自投装置就是当工作电源因故障被断开后，能自动而迅速地将备用电源投入工作的装置。
5 系统特点
变电站自动化实现对变电站各种设备进行实时控制和数据采集，对各种设备的微机控制、监视、逻辑闭锁、微机测量以及所有开关联跳功能。基于和利时公司lk系列plc的地铁变电站自动化系统的特点：
lk具有完善的自检功能，除通过通信对各单元进行监控外，各单元中保护和监控模块都具有极强的自检功能，同时二者相互监视，一旦发生异常，及时报警，提高系统运行可靠性。
采用lk冗余系统，实现了电源冗余、cpu冗余、以太网冗余、总线冗余。
具有冗余以太网接口、冗余profibus-dp总线接口、rs485及rs232接口等多种通信接口。
soe记录分辨率可达100us。
开关、刀闸状态信息采用常开及常闭双位置接点，通过软件判断其合法性。
监控系统采用plc代替传统的rtu，各智能模块采集的数据通过现场总线上传到通讯控制器。
取消了常规光字牌，采用计算机模拟光字牌，并按不同电压等级的分层模式来显示。
简化防误闭锁设计，重要设备之间用硬接线实现闭锁功能，综合自动化软件具备软件逻辑判别功能，但考虑到已有运行和检修经验，一般不在后台软件中进行闭锁。
对暂态变位信号，经软件处理，采用自保持方式，未经人工确认信号不会消失。
6 结束语
和利时公司lk大型plc已经在城铁变电站自动化系统中成功实施了多个项目，如北京地铁10号线scada系统变电站自动化系统、武汉轻轨scada系统变电站系统、天津快轨中山门西段工程变电站自动化系统等。lk plc的双网冗余、控制器与工作站冗余热备、模块智能自检、预置输出功能、i/o通道隔离等措施，构建了一个高可靠性、高稳定性、高容错性的应用系统。很好的满足了供电监控系统的要求。lk plc符合工业标准，具有很好的开放性和易用性，可实现与各个子系统的接口。人机接口操作简单，功能强大，进一步提高了变电站自动化系统的管理水平。
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