1. 項目概況

唐山曹妃甸港區煤碼頭三期工程項目，建設2個10萬噸級、2個7萬噸級和1個5萬噸級專業化煤炭裝船泊位，占地1837畝，總建筑面積5.6萬平方米，南北向布置8條堆場和9條作業線，推存容量374.5萬噸。

本項目新建110kV變電站1座，110kV進線采用雙回路進線，電源引自港外市電。本工程配電電壓為10kV及0.4kV。主要用電設備裝船機、堆料機、取料機、堆取料機、翻車機、皮帶機采用10kV供電；灑水除塵系統、污水處理、堆場及皮帶機沿線照明、維修及輔建區建筑物等采用0.4kV供電。

曹妃甸港110kV變電站自動化系統是鈦能科技股份有限公司集多年電力系統自動化產品的研發與工程經驗，根據用戶需求，結合變電站自動化技術發展方向，采用最新的計算機技術、嵌入式微處理器技術、DSP數字信號處理技術、以太網技術，為曹妃甸港110kV變電站項目提供了高度集成、結構緊湊、功能強勁并充分優化的變電站自動化系統，該系統具備測量、控制、監視、保護、錄波、通信、報表、電壓無功自動補償、五防、故障分析等功能，系統具有很強的擴展性和兼容性，集成了視頻監控、消防接口聯動，并可以采用多種國際標準、行業標準的規約與調度自動化系統進行通信，實現遠方的測量、監視和控制。

2. 系統結構

依據曹妃甸港110kV變電站變配電設備分布情況，充分理解客戶的需求，減少系統建設運維的成本，采用分層、分布、開放式網絡結構，主要包括：站控管理層、網絡通訊層、現場設備層。

圖1 曹妃甸110kV變電站自動化系統結構圖

2.1 站控管理層

站控管理層監控主機提供站內運行的人機聯系界面，實現管理控制間隔層設備等功能，形成全站監控、管理中心，并可與調度中心和集控站通信。站控層設備采用基于IEC60870-5-103協議的以太網方式組網，傳輸速率不小于100Mbps，具有良好的開放性，滿足與電力專用網絡、企業管理系統連接及容量擴充的要求。站控層設備包括監控主機、五防主機、遠動通訊裝置、GPS對時系統以及其它智能裝置。

在調度數據網和二次系統網絡安全防護方面，配置2套調度數據網接入設備（含交換機、路由器）、1套二次系統網絡安全防護設施（包括專用的安全隔離防護裝置），并配置相應的IP認證加密裝置。

為了統一系統時間，配置1臺帶避雷裝置的GPS 同步時鐘，以用戶設置的周期向監控服務器及各節點機發送時鐘信息，以校正監控、各微機繼電保護裝置、故障錄波裝置及其他智能裝置時鐘。

對重點區域進行全方位的安防視頻監視，對變電站現場進行實時的視頻監控、現場的安防監控、消防系統的接口聯動，圖像可以按照多種方式進行數字錄像，保存在服務器上供調用。

2.2 網絡通信層

網絡通信層具備合理網絡架構和信息處理機制，保證在正常運行狀態及事故狀態下均不會出現因為網絡負荷過重而導致系統死機或嚴重影響系統運行速度的情況。

2.3 現場設備層

現場設備層以一次設備為對象，采用單元式配置，實現對相應的電氣間隔的測量、監視、控制、保護及其他一些輔助功能。各裝置獨立性強，維護簡單方便，配置靈活，具有高可靠性、高擴展性。該項目現場設備層包括保護測控、安全自動裝置、電能質量治理控制、多功能電度表、低壓多功能網絡儀表、故障錄波、低頻低壓減載裝置及視頻安防等設備。

l 保護測控安全自動裝置：對110kV 進線、110kV主變壓器，10kV線路、電容器、分段、接地變等配置微機繼電保護（測控）裝置，實時監控高壓供電系統的運行狀況，通過告警信號或直接切除嚴重故障點，做到對故障快速的反應，避免事故發生和已發生的事故范圍擴大。具體配置詳見表1。

序號	設備名稱	安裝位置	主要功能
1	110kV線路保護及線路測控	組屏安裝于控制室	線路保護：光纖電流差動保護、距離保護、零序方向過流、加速段保護、重合閘等。 線路測控： 測量U/I/P/Q/cos等電氣量；開關刀閘位置信號、保護故障報警信號；開關刀閘遙合、遙分。
2	主變保護	組屏安裝于控制室	差動保護：比率差動、差動速斷、諧波制動等； 高后備保護：復壓方向過流、零壓方向零流、間隙零流、零壓等； 低后備保護：復壓方向過流、零壓方向零流等； 非電量保護：輕重瓦斯、本體有載壓力釋放、溫度高等。
3	主變測控	組屏安裝于控制室	遙測：U/I/P/Q/cos等電氣量、變壓器油溫、有載開關檔位； 遙信：開關刀閘位置信號、保護故障報警信號、非電量信號； 遙控：實現開關刀閘遙合、遙分； 遙調：實現有載開關檔位的升降停。
4	公用測控、110kV母線、110kV線路測控	組屏安裝于控制室	模擬路18路，直流量6路，開關量210路
5	10kV母線測控	組屏安裝于控制室	實現10kV母線電壓監視、越限報警及刀閘開關量監測
6	10kV保護測控	分散安裝于開關柜上	10kV線路、電容器、站用變保護測控：保測一體化、帶操作回路； 10kV分段備自投：實現進線及分段的互投、自投功能，過流閉鎖備自投，TV斷線檢測； PT并列裝置：實現10kV母線PT二次電壓的并列。

表1 保護測控、安全自動裝置配置

l 電能質量綜合控制裝置：組屏安裝于控制室。監視用電設備電能質量指標，及時補償無功和濾除諧波，抑制電壓跌落和三相不平衡。

l 低頻低壓減載裝置：能夠同時測量兩段母線電壓，配置低頻8輪、低壓8輪，可直接切除24回負荷線路，低頻減載和低壓減載的每一輪都可以自定義出口，能夠選切不同的線路。當系統中有功功率缺額引起頻率、電壓下降時，根據頻率、電壓下降的程度，自動斷開一部分用戶，阻止頻率、電壓進一步下降。

l 故障錄波裝置：組屏安裝于控制室。當電力系統正常運行時，它進行正常運行（動態）錄波，同時可進行各種運行參數和電氣量的實時監測和分析；當電力系統發生故障或運行參數超過設定值時，自動起動錄波器進行故障暫態錄波。

l 多功能電度表、低壓多功能網絡儀表：配置多功能電度表、低壓多功能網絡儀表若干臺，主要采集各用電回路電壓、電流、功率因數、有功電度、無功電度等數據，實現用電數據的實時監測、數據存儲、數據挖掘功能，為用戶用電管理提供數據支撐。

l 視頻安防設備：主要包括彩色攝像機、煙感報警器、紅外防盜報警器、戶外照明燈及當地監控主機等，對變電站現場進行實時的視頻監控、現場的安防監控、消防系統的接口聯動，重點監視區域包括：開關室、控制室、電纜室、變壓器、變電站圍墻及周邊，能對預設的監視對象進行快速定位、拍攝，對選定對象進行多角度、多視距平滑掃描，同時能將圖像進行壓縮處理。變電站的進出采用聯網門禁系統，要想進出變電站，必須具有相應的身份權限。

3.  系統功能

3.1 人機交互

系統提供簡單、易用、良好的用戶使用界面，顯示全站電氣主接線圖、分系統潮流及運行狀態圖、按單元劃分的單元接線圖、負荷曲線、操作說明等多種廠站圖表，顯示變配電系統設備狀態及相應實時運行參數，畫面定時輪巡切換，畫面實時動態刷新，模擬量顯示，開關量顯示，連續記錄顯示等。

圖2 曹妃甸港110kV變電站主接線圖

3.2 事件管理

當系統任何節點出現故障或異常，在處理系統實時或歷史數據過程中發現異常、故障時，系統自動給出各種報警提示，包含音響報警、報警簡報窗口顯示、報警總表顯示。

3.3 報表生成與編輯

生成電力系統的歷史數據及實時數據報表，并可以嵌入曲線及各種圖形等。用戶可以使用報表生成工具方便地生成各種表格，定義各種表格方式，方便運行人員調閱報表，支持以Excel電子表格導出。

3.4 模擬量限值監視

模擬量主要有：母線電壓、頻率、主變及輸電線路電流、有功及無功功率、母線功率因素等。可以設置上限、下限、上上限、下下限，系統根據當前測量值的大小來判斷是否越限。同時還設置報警死區，以避免測量值在限值附近振蕩而出現反復報警。越限作為系統事件記錄入事件庫，以備查詢并可以生成各種各樣的統計報表。

3.5 控制調節

遠方控制輸出主要有：斷路器、隔離開關、接地刀閘的遙控，變壓器有載開關檔位的調節，保護軟壓板的投退，信號復歸等。操作員可對需要控制的電氣設備進行控制操作，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、執行，并在站級層設置操作員、監護員口令，以確保操作的安全性和正確性。

3.6 視頻監控、消防接口聯動

對變電站進行實時的視頻監控、現場的安防監控、消防系統的接口聯動，重點監視區域包括：開關柜室、控制室、繼保室、通信機房、電纜室、變壓器室、變電所圍墻及周邊，對選定對象進行多角度、多視距平滑掃描，同時能將圖像進行壓縮處理。變電站的進出采用聯網門禁系統，要想進出變電站，必須具有相應的身份權限。

3.7 同期操作

對于能夠按照電壓相等、頻率相同、相角相同的并網條件自動跟蹤兩側的相關量待符合同期條件時完成同期操作。

3.8 防誤操作

除了防止誤分、合斷路器，防止帶負荷分、合隔離開關，防止帶電掛（合）接地線（接地開關），防止帶地線送電、防止誤入帶電間隔之外，還要防止誤觸、誤碰、誤整定、誤接線、誤投退等，必須從全站系統層面予以考慮解決。系統能根據采集的各種信息，按規程要求定義遙控操作的防誤邏輯，并在操作時作實時防誤判斷。

3.9 用戶權限管理

針對不同級別的用戶，設置不同的權限，防止因人為誤操作給生產帶來的損失，實現供配電系統的安全可靠運行。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。

4.客戶價值

1）在貨運港口場所設置變電站電力自動化系統，能夠實時顯示站內各個配電回路的運行狀態，對異常情況能夠迅速報警，發出語音提示，另外，還能夠生成報表、曲線等統計信息，便于有關人員分析站內各部分的用電狀況。

2）系統可靠性高、技術先進、擴展性強、升級方便，具有四遙功能，實現變電站綜合自動化的全部保護、監控及遠方通訊控制功能，達到無人值班站所規范要求，并且易于變電站規模的擴展及功能的擴充。

3）對用電設備電能質量指標實行監視，及時補償無功和濾除諧波，抑制電壓跌落和三相不平衡，幫助用戶解決運行過程中出現的電能質量問題。

4）對重點區域進行全方位的視頻安防監視預警，使值班人員和相關領導能及時準確地了解無人值班變電站的現場情況，保障變電站空間范圍內的建筑、設備的安全，大大減少了無人值班變電站的日常巡檢。