35kV變電站智能供配電管理系統(tǒng)改造實踐

閆元峰

上海深源節(jié)能技術(shù)有限公司 上海 200135

引言

隨著國家對智能化的大力重視，變電站作為電網(wǎng)建設(shè)中的重要組成部分，已逐漸由常規(guī)變電站升級為智能變電站。該智能化改造過程中主要是通過增加先進的傳感器、電子、信息、通信、傳感器等技術(shù)，通過對供電站設(shè)備數(shù)據(jù)進行采集和分析并做出相應(yīng)的指令，從而能夠高效地完成電能的輸送[1]。

1 變電站智能供配電管理系統(tǒng)改造技術(shù)思路

高壓斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統(tǒng)發(fā)生故障時通過繼電器保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結(jié)構(gòu)和足夠的斷流能力。高壓斷路器技術(shù)的發(fā)展使得變電站在設(shè)計過程中已逐漸趨向于智能化的方向發(fā)展，為變電站智能化改造提供了新思路。

而對于變電站智能化改造中要考慮到改造成本，由于用到的技術(shù)不一樣，所用的設(shè)備成本就會承受很大差異，另一方面要考慮智能化設(shè)備的使用范圍和使用對象，可以選擇低成本設(shè)備來完成智能化的改造。一般變電站智能化設(shè)備考慮到成本因素都會采用高壓斷路器設(shè)備加裝在線監(jiān)測系統(tǒng)以及智能綜合組件的方式實現(xiàn)智能化的改造。

2 變電站智能供配電管理系統(tǒng)改造

2.1 改造原則

在對變電站智能化供電設(shè)備改造過程中要有一定的原則遵循，國家電網(wǎng)公司頒布了《變電站智能化改造技術(shù)規(guī)范》，在進行改造過程中應(yīng)遵循以下原則：

2.1.1 安全可靠原則。嚴格按照改造作業(yè)的操作規(guī)范進行，確保改造工人在改造過程中的安全性，嚴格保證電網(wǎng)改造的質(zhì)量。

2.1.2 經(jīng)濟實用原則。從現(xiàn)有設(shè)備和環(huán)境出發(fā)，發(fā)揮現(xiàn)有資產(chǎn)的使用效益和使用效率。

2.1.3 標準先行原則。按智能化電網(wǎng)設(shè)備改造要求統(tǒng)一部署和智能化改造標準相一致。

2.1.4 因地制宜原則。對相應(yīng)關(guān)鍵設(shè)備要具有針對性的改造，從而最大限度地使用身邊現(xiàn)有資源，提高設(shè)備的利用率。

2.2 改造內(nèi)容

某變電站基本配置：35kV開關(guān)柜12面、10kV開關(guān)柜26面、主變壓器兩臺、電容柜兩套、交直流屏及保護測控屏若干等。

當前問題的如遇到停窯爐檢修或異常生產(chǎn)狀況時需要進行停送電操作時，通過監(jiān)控系統(tǒng)雖然可以在遠方控制室完成對斷路器的分合閘遙控操作，但與之配套的斷路器小車和接地刀卻不具備遙控執(zhí)行功能。導(dǎo)致仍然需要人員到現(xiàn)場完成操作，不但增加了工作強度，操作安全風險也隨之增加。

故本次改造將提高一次設(shè)備的自動化程度，使針對一次設(shè)備的操作全部實現(xiàn)自動化。同時增設(shè)必要的在線監(jiān)測裝置，使針對一次設(shè)備的巡檢巡視通過在線監(jiān)測手段完成。補充環(huán)控及安防設(shè)備，使變電所處于全面可控狀態(tài)。其次將利用智能變電站的建模技術(shù)，對供配電系統(tǒng)進行數(shù)字化建模，打造虛擬的數(shù)字化供配電系統(tǒng)，并將設(shè)備靜態(tài)信息、運行信息、狀態(tài)信息加載在虛擬供電系統(tǒng)上，形成一套對系統(tǒng)運行安全的評估機制，以此實現(xiàn)數(shù)字化運維。

2.2.1 開關(guān)設(shè)備智能化改造。變電站的主要設(shè)備有變壓器、斷路器、隔離開關(guān)等，要實現(xiàn)變電站的智能化改造，主要是對這些設(shè)備進行智能化控制和升級。

對于開關(guān)設(shè)備智能化改造主要是通過一般的保護、監(jiān)測、計量以及智能化的一體化技術(shù)，實現(xiàn)對高壓開關(guān)的保護、監(jiān)測、控制以及跨時間的控制等。

開關(guān)設(shè)備的智能化升級主要是通過繼電器或者相應(yīng)的傳感器與開關(guān)進行連接，開關(guān)設(shè)備中的傳感器能夠接受和反饋電路中的電流信號，當檢監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到電路中出現(xiàn)某些信號異常，會將信號及時傳給中央處理器，中央處理器根據(jù)收集到的信號進行相應(yīng)的分析和判斷并做出相應(yīng)的指令，從而以動作指令的形式傳遞，使繼電器動作實現(xiàn)電路的斷開與閉合。

開關(guān)設(shè)備智能組件在集成一體化后，提高了設(shè)備的可靠性，將一次設(shè)備與智能設(shè)備結(jié)合起來，從而能夠高效實施對電路進行控制。

2.2.2 低壓配電室改造。在對低壓配電室改造前對現(xiàn)場進行了勘察發(fā)現(xiàn)低壓室設(shè)備數(shù)量多，密度大，且處于監(jiān)控的盲點，并且低壓配電室設(shè)備故障率高，對低壓配電室的改造迫在眉睫。

經(jīng)過分析知低壓保護裝置運行環(huán)境惡劣，自身控制體積較小，因此，其使用壽命比高壓短了許多，決定將低壓保護進行全部更換并搭建通信網(wǎng)絡(luò)，使其接入到SCADA系統(tǒng)的監(jiān)控范圍內(nèi)，從而能夠起到啟動超時、不平衡保護、相序保護、漏電流保護等。

如上圖1所示，采用低壓回路監(jiān)控系統(tǒng)，采用與中高壓一致的綜合監(jiān)控的專業(yè)化SCADA系統(tǒng)，Linux平臺開放式結(jié)構(gòu)，實時多任務(wù)系統(tǒng)，適應(yīng)各種大中型變配電系統(tǒng)（無限點）。 實時采集全站生產(chǎn)過程輸入、輸出信號，實時地更新數(shù)據(jù)庫，為監(jiān)控系統(tǒng)提供運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

2.2.3 電纜改造。對于電纜的改造，由于電纜絕緣層較厚，在使用過程中出現(xiàn)電纜線破壞的情況較少。經(jīng)過現(xiàn)場勘查和實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)電纜容易發(fā)生故障的位置主要出現(xiàn)在電纜頭部，可在進線電纜頭處增設(shè)無線測溫點，從而反映電纜的過負荷狀態(tài)和接觸不良。當三相電纜頭溫度有明顯差異，且高溫相超出閾值，可判斷為此相接觸不良。當溫度過高情況，則判斷為回路過負荷。

具體采用的裝置為無線測溫裝置，適用的范圍為動觸頭、電纜頭，采用綁帶式、磁座式的安裝方式，無線測溫在常溫時的發(fā)射時間為240秒/次，高溫時為實時發(fā)送1秒/次（可調(diào)），中央處理器能夠?qū)崟r監(jiān)測電纜溫度異常情況，從而實現(xiàn)電纜的改造升級。

2.2.4 變壓器改造。針對35Kv變壓器在改造過程中主要采用溫度檢測手段。根據(jù)設(shè)備的現(xiàn)有功能，通過溫度采集裝置進行測溫，并通過管理機接入服務(wù)器，能夠?qū)⒈O(jiān)測的數(shù)據(jù)進行實時反饋至中央處理器。由于變壓器設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在工作過程中發(fā)熱點較多，這個給溫度測量提出了新的挑戰(zhàn)，并且本體溫度在進行測量過程中最好能夠進行面狀觀察，而并非點狀數(shù)據(jù)，同時針對本體之外也可以對電纜、接頭等部位進行關(guān)注[2]。

綜合考慮以上的情況，決定采用低分辨率的紅外熱成像設(shè)備（可選）加強對變壓器溫度的監(jiān)測。成像機芯采用美國FLIR非制冷微熱量型320x240像素機芯，溫度識別率能夠達到40米以上，主要實現(xiàn)監(jiān)測變壓器、變壓器進線柱、斷路器等14個預(yù)置點溫度及高清畫面捕捉，并能根據(jù)與環(huán)境溫度的對比判斷出預(yù)置點的溫升值，達到參考定值時輸出報警信息。高清畫面捕捉與綜合自動化系統(tǒng)聯(lián)動完成對斷路器設(shè)備操作。

3 智能化運維軟件平臺構(gòu)建

為了能夠?qū)收锨闆r能夠進行及時處理，配置智能化運維軟件平臺，具體可實現(xiàn)信息數(shù)字化、集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化，能夠直觀地看出整個系統(tǒng)的運行情況。

該智能化變電站系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)控制、監(jiān)視和繼電保護三大功能，包含三大體系，過程層設(shè)備、間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備。

過程層設(shè)備主要實現(xiàn)的一次設(shè)備狀態(tài)信息的自動采集、測量、就地數(shù)字化（如信號調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換）及對一次設(shè)備的控制等功能。

間隔層設(shè)備實現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，實現(xiàn)被監(jiān)測設(shè)備相關(guān)的監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)加工處理、標準化數(shù)據(jù)通信、監(jiān)測預(yù)警等功能。在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能[3]。

站控層設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理、與遠方監(jiān)控/調(diào)度中心通信等相關(guān)功能。

智能化運維軟件平臺構(gòu)建使得整個變電站系統(tǒng)更智能化、可讀化、操作簡便化、人性化。

4 結(jié)束語

本文以某變電站智能化系統(tǒng)改造項目為例，就整個系統(tǒng)改造技術(shù)思路展開探討；詳細介紹了開關(guān)設(shè)備智能化改造、低壓配電室改造、電纜改造、變壓器改造過程，具體還實現(xiàn)了智能化運維軟件平臺構(gòu)建，使的針對一次設(shè)備的操作全部實現(xiàn)自動化、數(shù)字化運維，同時還為智能工廠的建設(shè)目標，使供配電系統(tǒng)符合未來發(fā)展的方向。