风电/光伏系统箱变监控装置

 

一、概述

针对现有电场箱变系统和配电站分散安装的事实，造成工作人员巡检时间不够和雨雪天气的影响，一旦出现故障不能立刻发现，导致影响发电，给发电企业造成经济损失。

电场箱变监控系统是通过网络和信息技术对电场分布于各点的箱变运行情况及生产运行数据实时采集、存储和监控，实现电场箱变设备的集中综合控制，通过全天24小时多方位监控，更加科学人性化的实现后台控制，节约人力成本,反应及时，集保护、测量、监控于一体，为发电企业提高效益。

二、运行环境

1、环境温度：-45℃~+70℃

2、大气压力：80~110KPa

3、海拔高度：小于4500米

4、使用地点不得有爆炸危险的介质，周围介质中不得含有腐蚀和破坏绝缘导电的介质。

三、产品选型

 

电站类型：F-风电场

          G-光伏电场

通信方式: N-以太网

         H-光纤环网

         R-RS485

四、箱变监控系统功能

    箱变监控系统具有对监控对象进行监控、数据采集与处理、运行计算和数据交换等多方面功能。

1、控制和调节权管理功能

1.1箱变监控系统控制方式包括就地控制方式、主控制方式两种。

●KQXB-9000就地控制单元设有“远方/就地”切换开关。在就地控制方式下，就地控制单元只接受通过就地控制单元级人机界面、就地操作开关、按钮等发布的控制及调节命令。主控制级只能采集、监视来自主控制级的运行信息和数据，而不能直接对被控制对象进行远方控制与操作。

●当监控系统处于“远方控制”方式 且有就地控制单元处于“远方控制”方式时，主控制级可对箱式变电站设备发布控制命令。

1.2 控制调节方式的优先级依次为就地控制级、主控制级。

2、主控制级功能

     箱式变电站监控系统能够迅速、准确有效地完成对各箱式变电站被控对象的安全监控。主控制级具有数据采集与处理、实时控制和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充（包括硬件和软件）、运行管理和操作指导等功能。

3、数据采集

3.1 自动采集各就地控制单元的有关参数，存入数据库，用于显示器画面更新、控制调节、记录检索、操作指导、事故记录和分析。

3.2 采样后期满足相关的要求。事故报警信号应优先传递，并登录事故发生的时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒）及其描述文字，自动打印，并在显示器上显示和发出报警及语音告警信号。

3.3 数据采集除自动进行外，在所有时间内，也可根据操作员或应用程序的指令，采集任何一个信息。

3.4 为提高系统的实时性，按以下原则压缩数据传送量:

●定时传送所有采集数据，各单元上送时间错开；

●未到定时传送时间，模拟量无变化时不传送，变化超过传送死区时传送；

●未到定时传送时间，状态量无变化时不传送，有变化时传送；

●根据需要读取某单元的全部测量值。

4、数据处理

4.1 数据编码、解码、校验传输误差、误码分析及数据传输差错控制。

4.2 生成数据库，供显示、刷新、打印、检索等使用。

4.3 对重要监视量进行变化趋势分析，及时发现故障征兆，提供运行指导，事故发生后进行事故追忆，提高机组运行的安全性。趋势分析采样周期可根据不同对象进行设定等。

4.4 主控制级对采集到的数据进行如下计算和处理：

●电气量：箱变低压侧的三相电流及电压；

●数字量：主控制级自动从各就地控制单元采集各数字量，掌握设备动作情况，收集越限报警信息并及时显示在报警区内。

●非电气量：主控制级自动从各就地控制单元采集箱式变电站的温度和压力等，供数据分析和定期制表打印。

5、监视和控制

5.1 监视

●运行监视：监视各设备的运行工况、位置、参数等。如箱式变电站断路器的位置、隔离开关位置、箱式变开门信号等。监视设备的启动次数和运行时间。

●监控系统异常监视：当监控系统的硬件或软件发生故障时，给出提示信息，并在操作人员显示器上显示故障位置和进行记录打印。同时给出报警信号，显示故障位置及原因。

●在电力系统事故或箱式变电站设备工作异常时，监控系统能自动启动音响报警系统，并在显示器上显示报警信息，指示事件的性质、地点、时间和异常参数值。

5.2 控制

通过操作人员工作站或监控系统自动完成对箱式变电站低压侧断路器的控制，监控系统能根据被控设备的控制条件，对整个过程提供安全保护措施和完善的闭锁。如果被控设备正处于某一控制级的控制之下，监控系统能通过软、硬件措施来保证其他控制级的命令无效。

6、记录和报告

     风电场内所有箱变的操作、报警事件及实时参数报表等都将被记录下来，并以中文格式在显示器上显示，在打印机上打印及通过光盘刻录机以文件的方式储存在光盘上。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作模式。

记录、报告的主要内容也可以根据要求进行功能扩展。

7、屏幕显示

7.1 中控室操作人员工作站上的彩色显示器，供人机联系及对主要运行参数、事故和故障状态等以数字、文字、图形、表格的形式组织画面进行动态显示，事故报警的画面具有最高的优先权。

两台显示器具有完全相同的功能，运行中任一台显示器可由运行人员自行设定用于操作或监视。一般一台作为实时操作，另一台作为实时显示用。显示器具有多窗口功能，能分区显示时间、画面、对话、报警等。

7.2 显示的主要画面包括箱式变电站电气主接线图、监控系统配置框图、报警画面（包括事故、故障顺序记录）、监控系统自诊断（包括监控系统主控制级、单元控制级和通信通道故障等）、操作指导画面。     

对于应当显示的画面，在出现系统故障时，显示器将自动调出画面或窗口显示，按时序指示其发生时间、设备名称、事件内容、设备允许运行参数和越限参数。对于其他画面一般可采用召唤方式调出，调画面可直接由功能键或选择菜单方式实现。在进行控制操作时，选择对象后，由系统自动推出所需要控制对象的画面，并用语言提示所显示的控制对象。

7.3 在事故、故障确认后，调看相应画面，可以通过改变颜色、符号或闪烁等方式来区别越限点或故障点。

8、系统诊断

   系统设备硬件故障诊断包括对各计算机及外围设备、通讯接口、通道等的运行情况在线和离线诊断，故障点能够诊断到模块。对于冗余的系统设备，当诊断出主要设备故障时，自动发信号并切换到备用设备。当诊断出外围设备故障时，自动将其切除并发告警信号。

8.1 软件故障诊断

可在线和离线诊断各种应用软件和基本软件故障，当程序失控时，能自动启动或发出冗余切除请求，并具备自恢复功能。

本系统电源消失时，系统将保持原先的状态；当电源恢复后，系统将自动恢复，所有的信息和数据不丢失，并对设备的运行状况无任何扰动。故障诊断能自动给出故障性质及地点，发出报警信息及显示，并提供相应的软件诊断工具。

 在系统进行在线诊断时，不会影响计算机系统对电站设备的监控功能。

8.2 远程诊断

    作为远程维护，运行人员可以通过专用的笔记本电脑在远方对整个箱变监控系统进行故障诊断。

9、键盘和鼠标等操作功能

     监控系统在升压站中控室运行人员操作台设有标准键盘和鼠标，运行人员可以调用各种显示画面，查询生产过程的状况或征询操作指导意见，并能实现显示或打印记录，可发出断路器跳合闸等命令，设定和修改各项给定值和限值。

10、报警系统

在监控系统发生事故或故障时，安装在中控室的音响将发出不同的声音向值班人员告警。

11、系统扩充

监控系统的硬件和软件设计已经充分考虑用户将来扩充的需要。并留有扩充就地控制装置、外围设备等的接口。主控制级计算机的硬盘存储容量具有50%以上的裕度。

五、箱变测控单元

     KQXB-9000控制单元是安徽康乾电气科技有限公司在成熟产品的基础上，根据风电或光伏电场的具体特点和需要，自主研发的具有独立知识产权的产品。

    KQXB-9000控制单元的研发充分考虑了该设备所使用的环境等各方面因素，并且在以下几个方面具有特别突出的优点：

●采用进口全密封继电器，即使长期处在湿度90%以上的环境下，都能够确保继电器的触点不会出现异常。

●全密封特殊工艺处理，使装置内全部电气器件和金属部件与外界空气隔离，保证了装置在恶劣的盐雾、粉尘、高湿度的的环境下能够有效的工作。

   

 

 

 

                         KQXB-9000箱变测控单元

1、控制单元特点参数

1.1 技术特点

①交流模拟量输入

●每个模拟量输入口都采取了有效的抗干扰措施

●额定输入：电流1A或5A

            电压100V~690V

●模数转换分辨率：直接采用16位AD，提高了数据采集的分辨率和测量精度

●测量精度：电压、电流≤±0.5%

             频率≤±0.02Hz

●冲击耐压水平可达：1~1.5MHz振荡峰值电压2.5kV，持续时间不低于2S

②直流模拟量输入

●每个模拟量输入口都采取了有效的抗干扰措施

●电信号输入：电流4~20mA

③开关量输入

●开关量输入采用空接点且输入回路由独立电源供电

●各种开关量（DI）输入接点检测电源由UTR提供

●所有的接点状态改变都有时间定标，并能打印输出

●UTR开关量输入接口采用光电隔离和浪涌吸收回路，绝缘电压有效值不小于1500V

●具有接点抖动过滤，使得状态改变要在新的状态保持相应设定延时后才反应

●非电量的接入

④温度量输入

●测温电阻（RTD）输入接口能够直接与三线引入的PT100测温电阻相连接

⑤开关量输出

●开关量信号输出接口采用继电器隔离

●开关量信号输出回路由装置电源供电

●每个开关量信号输出都有发光二极管（LED）显示

●继电器接点容量为AC/DC   220V/8A

●输出信号持续时间是可控和锁存的

●接点开断容量（感性负载）为60VA

●继电器绝缘耐压为1500V（有效值）

●继电器固有动作时间范围：吸合2~30ms，释放10~30ms

1.2 性能参数

①基本参数

②基本功能

●就地/远方切换功能

UTR都配备就地/远方转换开关，可用它将主控制级进行远控的功能切换到就地操作。所有转换开关的位置（就地/远方）都会在主控制级显示

●独立功能

UTR对主控制级具有相对独立性，能够脱离主控制级直接完成实时数据的采集及处理，单元设备状态的监视、调整和控制等功能，具有相对的自治能力

●自启动功能

UTR具有掉电保护功能和电源恢复后的自动重新启动功能

1.3 控制单元功能

1.3.1 数据采集

●能自动采集DI、AI等类型的实时数据

●自动接收来自主控制级的命令信息和数据

1.3.2 数据处理

①概述

●对自动采集数据进行可用性检查

●对采集的数据进行数据库刷新

●向上级控制层发送其所需要的信息

②模拟量数据处理

包括模拟数据的滤波、数据合理性检查、工程单位变换、模拟数据变化（死区检查）及越限检查等，并根据规定产生报警和记录。

③状态数据处理及记录

包括防抖滤波状态输入变化检查，并根据规定产生报警和记录。

④控制命令（DO）及系统故障信息

    记录UTR的控制命令（DO）及系统故障信息，并根据规定产生报警记录并上送。

⑤计算数据

进行数字量、模拟量及允许计算点计算，用于监视、控制及报警。

1.3.3 人机接口

通过装置上的接口与手持终端进行通讯，在进行现场调试或主控制级设备故障的情况下，运行人员可通过手持终端实现就地控制单元级的交互式控制功能，完成对本UTR所属设备的相关操作和处理，以便于现场调试和保证设备的安全运行。

1.3.4 通讯

●实时上送采集到的各类数据

●接收主控制级的操作控制命令

●装置之间通讯采用光纤环网，切换速度≤32ms

●装置支持RS485通讯或以太网通讯

1.3.5 自诊断

     装置提供完备的硬件和软件自诊断功能，包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。诊断内容包括：

●就地控制单元硬件故障诊断：可在线或离线自检设备的故障，故障诊断能定位到模块和通道。

●在线运行时，当诊断出故障，能自动闭锁控制出口或切换到备用系统，并将故障信息上送主控制级以便显示、打印和报警。

1.4 KQXB-9000安装尺寸图

 

1.5 出厂试验

   为了满足产品的质量，KQXB-9000系列产品实行全面严格的检验程序，其主要检验项目如下：

（1）外观质量检查；（2）功能质量检验；（3）放水试验；

（4）振动试验；   （5）高低温试验； （6）老化试验；

（7）电气性能测试；（8）安全性能测试；（9）电磁兼容试验；