LK在地鐵變電站自動化系統中的應用
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4 系統功能設計
地鐵變電站自動化歸納起來可分為以下幾種功能組：控制、監視功能；自動控制功能；測量表記功能；繼電保護功能；與繼電保護有關功能；接口功能；系統功能。綜合地鐵實際情況，具體來說，地鐵變電站綜合自動化系統的基本功能體現在下述五項功能中。
4.1 監控功能
監控系統應取代常規的測量系統，取代指針式儀表；改變常規的操作機構和模擬盤，取代常規的告警、報警、中央信號、光字牌等；取代常規的遠動裝置等等。總之，其功能應包括以下幾部分內容：
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 開關量的采集
變電站的開關量有：斷路器的狀態、隔離開關狀態、有載調壓變壓器分接頭的位置、同期檢測的狀態、繼電保護動作信號、運行告警信號等。這些信號都以開關量的形式，通過光電隔離電路輸入至計算機。
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，電能表轉盤每轉一圈便輸出一個或兩個脈沖，用輸出的脈沖數代替轉盤轉動的圈數，plc可以對這個輸出脈沖數進行計數，將脈沖數乘以標度系數，便得到電能量；另一種是軟件計算方法，是數據采集系統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、保護動作順序記錄。微機保護或監控系統采集環節必須有足夠的內存，能存放足夠數量或足夠長時間段的事件順序記錄，確保當后臺監控系統或遠方集中控制主站通信中斷，不丟失事件信息，并記錄事件發生的時間。
4.6 故障記錄
故障記錄是記錄繼電保護動作前后與故障有關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出線數量大、故障率高，在監控系統中設置了故障記錄功能，對分析和掌握情況、判斷保護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，操作人員都可以通過crt屏幕對斷路器和隔離開關進行投、切控制，同時能接受遙控操作命令，進行遠方操作；為防止計算機系統故障時無法操作被控設備，在設計時，保留了人工直接跳、合閘手段。
4.8 安全監視功能
監控系統在運行過程中，對采集的電流、電壓、主變壓器溫度、頻率等量不斷的進行越限監視，如發現越限，立刻發出告警信號，同時記錄和顯示越限時間和越限值，另外，還監視保護裝置是否失電，自控裝置是否正常等。
4.9 人機聯系功能
(1) 人機聯系橋梁
crt顯示器、鼠標和鍵盤。操作人員或調度員只要面對crt顯示器的屏幕，通過操作鼠標或鍵盤，就可以對全站的運行情況和運行參數一目了然，可以對全站的斷路器和隔離開關等進行分、合操作，徹底改變了傳統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顯示畫面的內容
歸納起來，顯示的內容有：采集和計算的實時運行參數；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；保護定值和自控裝置的設定顯示；其他(故障記錄顯示、設備運行狀況顯示)。
(3) 輸入數據
變電站投入運行后，隨著送電量的變化，保護定值、越限值等需要修改，甚至由于負荷的增長，需要更換原有的設備。因此在人機聯系中，有輸入數據的功能。
4.10 打印功能
變電站自動化系統配備打印機，完成下列記錄功能：定時打印報表和日志；開關操作記錄打印；事件順序記錄打印；越限打印；召喚打印；抄屏打印；事故追憶打印。
4.11 據處理與記錄功能
歷史數據的形成和存儲是數據處理的主要內容。此外，為滿足繼電保護專業和變電站管理的需要，進行一些數據統計，其內容包括：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的時間；計算受配電電能平衡率；統計斷路器動作次數；斷路器切除故障電流和跳閘次數的累計數；控制操作和修改定值記錄。
4.12 微機保護的功能
微機保護包括全站主要設備和輸電線路的全套保護，具體有：高壓輸電線路的主保護和后備保護、主變壓器的主保護和后備保護、無功補償電容器組的保護、母線保護、配電線路的保護、不完全接地系統的單相接地選線。
4.13 電壓、無功綜合控制的功能
變電站綜合自動化系統具有保證安全、可靠供電和提高電能質量的自動控制功能。電壓和頻率是電能質量的重要指標，因此電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化系統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，主要是自動調節有載變壓器的分接頭位置和自動控制無功補償設備的投、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備進行統一的控制。
(2) 分散控制
這是我國目前進行電壓、無功綜合控制的主要方式。分散控制是指在各個變電站中，自動調節有載調壓變壓器的分接頭位置或其他調壓設備，以控制地區的電壓和無功功率在規定的范圍內。
(3) 關聯分散控制
所謂關聯分散控制，是指電力系統正常運行時，由分散的安裝在各廠、站的分散控制裝置或控制軟件進行自動調控，調控范圍和定值是從整個系統的安全、穩定和經濟運行出發，事先由電壓、無功優化程序計算好的，而在系統變化較大或緊急情況或系統運行方式發生大的變動時，可由調度中心直接操作控制，或由調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，以滿足系統運行方式變化后新的要求。
本變電站綜合自動化系統采用分散控制的方式。
4.14 頻減負荷的功能
電力系統的頻率是電能質量重要的指標之一。電力系統正常運行時，必須維持頻率在50±(0.1～0.2)hz的范圍內。系統頻率偏移過大時，發電設備和用電設備都會受到不良的影響。因而當系統發生有功功率缺額的事故時，必須迅速地切斷部分負荷，減小系統的有功缺額，使系統頻率維持在正常水平或允許的范圍內。
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，電源進線可分為工作電源進線和備用電源進線兩種。備用電源自投裝置就是當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 系統特點
變電站自動化實現對變電站各種設備進行實時控制和數據采集，對各種設備的微機控制、監視、邏輯閉鎖、微機測量以及所有開關聯跳功能。基于和利時公司lk系列plc的地鐵變電站自動化系統的特點：
lk具有完善的自檢功能，除通過通信對各單元進行監控外，各單元中保護和監控模塊都具有極強的自檢功能，同時二者相互監視，一旦發生異常，及時報警，提高系統運行可靠性。
采用lk冗余系統，實現了電源冗余、cpu冗余、以太網冗余、總線冗余。
具有冗余以太網接口、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100us。
開關、刀閘狀態信息采用常開及常閉雙位置接點，通過軟件判斷其合法性。
監控系統采用plc代替傳統的rtu，各智能模塊采集的數據通過現場總線上傳到通訊控制器。
取消了常規光字牌，采用計算機模擬光字牌，并按不同電壓等級的分層模式來顯示。
簡化防誤閉鎖設計，重要設備之間用硬接線實現閉鎖功能，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驗，一般不在后臺軟件中進行閉鎖。
對暫態變位信號，經軟件處理，采用自保持方式，未經人工確認信號不會消失。
6 結束語
和利時公司lk大型plc已經在城鐵變電站自動化系統中成功實施了多個項目，如北京地鐵10號線scada系統變電站自動化系統、武漢輕軌scada系統變電站系統、天津快軌中山門西段工程變電站自動化系統等。lk plc的雙網冗余、控制器與工作站冗余熱備、模塊智能自檢、預置輸出功能、i/o通道隔離等措施，構建了一個高可靠性、高穩定性、高容錯性的應用系統。很好的滿足了供電監控系統的要求。lk plc符合工業標準，具有很好的開放性和易用性，可實現與各個子系統的接口。人機接口操作簡單，功能強大，進一步提高了變電站自動化系統的管理水平。
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