／國網(wǎng)江蘇省電力公司營銷技能培訓(xùn)中心 史利強(qiáng) 徐瑤 蘇州萬龍電氣集團(tuán)股份有限公司 陳昌紅 王超 ／

10kV典型客戶變電站智能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

／國網(wǎng)江蘇省電力公司營銷技能培訓(xùn)中心 史利強(qiáng) 徐瑤 蘇州萬龍電氣集團(tuán)股份有限公司 陳昌紅 王超 ／

介紹了10kV典型客戶變電站智能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)方案和培訓(xùn)內(nèi)容。

數(shù)字物理混合仿真；10kV典型室內(nèi)客戶變電站仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

0 引言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)朝多功能、數(shù)字化和規(guī)范化方向發(fā)展，由于其功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以學(xué)習(xí)和快速掌握。研發(fā)一種基于實(shí)時(shí)仿真技術(shù)的數(shù)字物理混合仿真的變電站綜合自動(dòng)化培訓(xùn)系統(tǒng)顯得尤為重要，能夠模擬真正變電站的各種運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)對大中專院校電氣工程專業(yè)的學(xué)生和變電站運(yùn)行人員的實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)。下面結(jié)合具體的工程案例對10kV典型客戶變電站智能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)作詳細(xì)的介紹。

1 總體技術(shù)要求

構(gòu)建10kV典型室內(nèi)客戶變電站仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，集成全面開放的統(tǒng)一管理服務(wù)平臺，建設(shè)以10kV典型室內(nèi)客戶變電站為主題的展示，實(shí)現(xiàn)10kV典型室內(nèi)客戶變電站應(yīng)用的管理等功能并用以展示。

對已有10kV變電站的高壓系統(tǒng)以及相應(yīng)0.4kV低壓系統(tǒng)變配電柜中的二次電氣終端設(shè)備進(jìn)行仿真性功能技術(shù)升級改造，改造后的仿真型智能二次設(shè)備要達(dá)到可以接收和處理仿真運(yùn)行系統(tǒng)下發(fā)的各種指令，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)系統(tǒng)所需的模擬和仿真操作功能。

2 仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的總體架構(gòu)

仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)采用三層設(shè)備兩層網(wǎng)結(jié)構(gòu)，分為站控層、通信管理層和間隔層，如下圖所示。

2.1 站控層

站控層即仿真培訓(xùn)后臺，包括一套仿真運(yùn)行數(shù)據(jù)服務(wù)器和兩套操作工作站，數(shù)據(jù)服務(wù)器主要功能是通過以太網(wǎng)與通信管理層的通信服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、進(jìn)行數(shù)據(jù)整理存儲(chǔ)，并接收操作工作站的數(shù)據(jù)下發(fā)到通信服務(wù)器；操作工作站主要實(shí)現(xiàn)仿真運(yùn)行的人機(jī)界面和功能應(yīng)用，為學(xué)員提供學(xué)習(xí)、考核的接口界面。另外配置A4激光打印機(jī)一臺作為故障報(bào)警信息以及報(bào)表的紙質(zhì)輸出設(shè)備，兩套音箱設(shè)備作為故障報(bào)警信息的聲音輸出以及用來仿真變壓器運(yùn)行時(shí)的聲音。

圖 10kV典型室內(nèi)客戶變電站智能仿真運(yùn)行系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

2.2 通信管理層

通信管理層設(shè)備主要是一套通信服務(wù)器，它的功能是實(shí)現(xiàn)站控層數(shù)據(jù)服務(wù)器與間隔層的仿真設(shè)備的通訊，實(shí)現(xiàn)各電氣回路運(yùn)行數(shù)據(jù)上傳、仿真數(shù)據(jù)下發(fā)和控制命令下發(fā)。

2.3 間隔層

間隔層由變電站的各種仿真二次設(shè)備組成，包括高壓仿真型微機(jī)綜合保護(hù)裝置、高壓仿真型計(jì)量表、低壓仿真型智能框架斷路器的控制器、低壓仿真型智能塑殼斷路器、仿真型數(shù)字化儀表、仿真型電壓表、仿真型帶電顯示器。

3 具體改造方案

3.1 高壓仿真型微機(jī)綜合保護(hù)裝置更換升級

對于高壓系統(tǒng)中的進(jìn)線斷路器柜、主變柜和分段柜中使用的高壓微機(jī)綜合保護(hù)裝置更換為高壓仿真型微機(jī)綜合保護(hù)裝置，使之能夠接收仿真運(yùn)行軟件的指令，根據(jù)指令模擬展示各種電氣運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)特性和控制功能，并能實(shí)現(xiàn)故障模擬。進(jìn)線回路改造的仿真型線路綜保具有速斷、過流、失壓保護(hù)功能，變壓器回路改造的仿真型變壓器綜保具有速斷、過流、失壓、溫度保護(hù)功能。

3.2 高壓仿真型計(jì)量表更換升級

對于高壓系統(tǒng)中的計(jì)量柜中使用的計(jì)量表更換為高壓仿真型計(jì)量表，使之能夠接收仿真運(yùn)行軟件的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)模擬使用的用電量。

3.3 智能無功補(bǔ)償綜合控制裝置升級

升級已有自動(dòng)電壓無功補(bǔ)償裝置，使之能夠接收仿真運(yùn)行軟件的指令，根據(jù)指令仿真各種無功補(bǔ)償狀態(tài)，使學(xué)員能動(dòng)態(tài)直觀地了解無功補(bǔ)償?shù)脑砗鸵饬x以及實(shí)施無功補(bǔ)償過程中對電氣運(yùn)行狀態(tài)的影響。

3.4 低壓仿真型智能框架斷路器更換升級

對于低壓系統(tǒng)中的受電柜和分段柜中使用的框架斷路器升級為低壓仿真型智能框架斷路器，使之能夠接收仿真運(yùn)行軟件的指令，根據(jù)指令模擬展示各種電氣運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)特性和控制功能，并能實(shí)現(xiàn)故障模擬。

3.5 低壓仿真型智能塑殼斷路器更換升級

對于低壓系統(tǒng)中的饋線柜中使用的塑殼斷路器更換為低壓仿真型智能塑殼斷路器，使之能夠接收仿真運(yùn)行軟件的指令，根據(jù)指令模擬展示各種電氣運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)特性和控制功能，并能實(shí)現(xiàn)故障模擬。

3.6 儀表盤數(shù)值化更換升級

為了配合仿真運(yùn)行系統(tǒng)，并直觀顯示模擬的電氣回路運(yùn)行狀態(tài)和電流、電壓等電氣參數(shù)，將已有儀表盤全部更換為相應(yīng)的仿真型數(shù)字化儀表、仿真型電壓表或仿真型帶電顯示器，具有可以接收仿真運(yùn)行軟件的指令，將給定的電氣參數(shù)醒目地顯示出來，以便學(xué)員觀察和體會(huì)。

3.7 主變柜斷路器改造

改造主變柜中的斷路器，使其能夠?qū)崿F(xiàn)主變柜的斷路器分合，斷路器基本保護(hù)的功能。且能夠與仿真型微機(jī)綜保配合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)變壓器柜的數(shù)據(jù)仿真。

3.8 母設(shè)柜電壓表改造

為了配合仿真運(yùn)行系統(tǒng)，并直觀顯示母設(shè)柜的電壓數(shù)據(jù)，指針式電壓表無法實(shí)現(xiàn)仿真電壓顯示，因此將指針式電壓表改造為數(shù)字化儀表。數(shù)字化電壓儀表可以接收仿真運(yùn)行軟件的指令，將給定的電氣參數(shù)醒目地顯示出來，以便學(xué)員觀察和體會(huì)。

3.9 低壓饋線抽屜改造

更換抽屜面板和測控版，并增加仿真型線路保護(hù)裝置，使之能夠接收仿真運(yùn)行軟件的指令，根據(jù)指令仿真各種電氣運(yùn)行參數(shù)、保護(hù)特性和控制功能，實(shí)現(xiàn)故障模擬和參數(shù)顯示。

4 故障點(diǎn)設(shè)置

故障點(diǎn)設(shè)置如下表所示。

表 故障點(diǎn)設(shè)置

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的培訓(xùn)項(xiàng)目

1）高壓10kV系統(tǒng)模擬兩路進(jìn)線同時(shí)給各自的母線段供電工況模式測試；

2）高壓10kV系統(tǒng)模擬某路進(jìn)線突然斷電，由另一路進(jìn)線獨(dú)立給兩段10kV母線段供電工況模式測試；

3）高壓10kV系統(tǒng)模擬進(jìn)出線速斷、過流、失壓保護(hù)測試；

4）高壓10kV系統(tǒng)模擬變壓器出線速斷、過流、失壓保護(hù)以及溫度保護(hù)測試；

5）高壓10kV系統(tǒng)模擬分段開關(guān)與分段隔離具有帶電強(qiáng)制閉鎖功能測試；

6）高壓10kV系統(tǒng)模擬兩進(jìn)線開關(guān)與分段開關(guān)的電氣、機(jī)械連鎖功能測試；

7）高壓10kV系統(tǒng)模擬進(jìn)線開關(guān)與計(jì)量柜連鎖功能，防止帶負(fù)荷抽出計(jì)量柜試驗(yàn)；

8）模擬變壓器正常運(yùn)行試驗(yàn)，并模擬變壓器運(yùn)行聲音；

9）模擬變壓器故障（如高溫、超高溫）試驗(yàn)；

10）低壓0.4kV系統(tǒng)模擬兩個(gè)變壓器同時(shí)給各自的進(jìn)線母線段供電工況模式測試；

11）低壓0.4kV系統(tǒng)模擬某個(gè)變壓器突然壞了，由另一個(gè)變壓器獨(dú)立給兩段0.4kV母線段供電工況模式測試；

12）低壓0.4kV系統(tǒng)正常運(yùn)行（負(fù)載在0.5、0.8、1.0倍情況下）測試；

13）低壓0.4kV系統(tǒng)進(jìn)線進(jìn)行三段保護(hù)試驗(yàn)；

14）低壓0.4kV系統(tǒng)出線進(jìn)行兩段保護(hù)試驗(yàn)；

15）低壓0.4kV系統(tǒng)兩進(jìn)線開關(guān)與分段開關(guān)的聯(lián)鎖試驗(yàn)；

16）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視試驗(yàn)；

17）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視試驗(yàn)；

18）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)遠(yuǎn)程/就地分合閘操作試驗(yàn)；19）仿真軟件系統(tǒng)對高壓系統(tǒng)開關(guān)柜的五防試驗(yàn)；

20）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)的設(shè)備的掛牌/摘牌試驗(yàn)；

21）仿真軟件系統(tǒng)對高低壓系統(tǒng)的用電管理仿真試驗(yàn)。

6 結(jié)束語

10kV典型室內(nèi)客戶變電站仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的升級改造，最終達(dá)到基于工況模擬的10kV典型客戶變電站智能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)以微機(jī)保護(hù)、測控裝置、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等為硬件核心，以電力、供配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化的組態(tài)軟件為軟件核心，集中高壓供電與低壓發(fā)配電的主要功能，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字化信息通信技術(shù)將教學(xué)系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)的各部分連接為一個(gè)有機(jī)的教學(xué)整體。

[1]朱大新. 數(shù)字化變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展[J]. 電氣應(yīng)用, 2001（4）:20-22.

[2]張曉春.變電站綜合自動(dòng)化[M]. 北京：高等教育出版社, 2006.