西安石油大學 劉 暢

結(jié)合石油行業(yè)特色的電氣自動化實驗室構(gòu)建

西安石油大學 劉 暢

面對高校技術(shù)人才培養(yǎng)的工程化、創(chuàng)新性要求,新建的電氣自動化實驗室既應(yīng)該體現(xiàn)電氣自動化專業(yè)微機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展技術(shù),還應(yīng)該與行業(yè)的實際應(yīng)用接軌,充分體現(xiàn)本行業(yè)的特色,并實現(xiàn)本專業(yè)課程內(nèi)容的融合和相互覆蓋.本文闡述了西安石油大學電氣自動化實驗室的構(gòu)建方案,介紹了實驗室所具有的實驗設(shè)備和可承擔的實驗項目,說明了實驗室所具備的石油行業(yè)特色及先進性與創(chuàng)新性.

電氣自動化;實驗室構(gòu)建;電力系統(tǒng);石油特色

一、我校電力綜合實驗室模擬系統(tǒng)簡介

西安石油大學電氣工程及其自動化實驗室自2011年建成以來建設(shè)了一套電氣自動化實驗仿真系統(tǒng),該系統(tǒng)主要模擬了實際電力系統(tǒng)從發(fā)電、輸電、變電到配電的整個動態(tài)過程,系統(tǒng)主接線的設(shè)計思路參考了實際油田電網(wǎng)的供配電系統(tǒng)的設(shè)計.

該實驗室的建設(shè)既體現(xiàn)了當前電力系統(tǒng)自動化的微機化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展技術(shù),又與行業(yè)的實際應(yīng)用接軌,充分體現(xiàn)了石油行業(yè)的特色和特點,能夠為面向石油行業(yè)和更廣泛范圍的創(chuàng)新性的電力人才培養(yǎng)提供完善、先進、與實際系統(tǒng)高度符合的實驗條件[1].

我校電力綜合實驗室模擬系統(tǒng)的一次系統(tǒng)由一座發(fā)電廠、一個變電站、一個虛擬電網(wǎng)、輸電線路和配電網(wǎng)組成.其中,發(fā)電廠與虛擬電網(wǎng)之間有兩條輸電線路,變電站與發(fā)電廠和虛擬電網(wǎng)之間分別各有一條輸電線路,這四條輸電線路構(gòu)成了110KV環(huán)形輸電網(wǎng).變電站由兩條互相之間有聯(lián)絡(luò)點的三分段線路組成,配電網(wǎng)由兩條三分段三聯(lián)絡(luò)的饋線線路組成.我校電力系統(tǒng)自動化實驗室電氣主接線圖如圖1所示.

我校電力系統(tǒng)自動化實驗室仿真實驗系統(tǒng)的功能設(shè)計目標是:不僅能模擬實際電網(wǎng)并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài),而且能仿真多種具有沖擊性和危險性的電氣暫態(tài)實驗[2].

1.電力系統(tǒng)綜合實驗室供電系統(tǒng)

在110kV送電線路路徑選擇中,經(jīng)認真的方案比對,最終確定接入地方電網(wǎng)(即校園網(wǎng)供電系統(tǒng))的供電方案.由1#調(diào)壓器、2#調(diào)壓器模擬無窮大系統(tǒng)給發(fā)電廠Ⅰ母、虛擬電網(wǎng)Ⅱ母送電,經(jīng)輸電線路分別給Ⅲ母、Ⅳ母送電,形成雙端供電系統(tǒng).發(fā)電廠Ⅰ母作為變電站主送電源,虛擬電網(wǎng)Ⅱ母作為變電站備用電源,實現(xiàn)了變電站雙電源供電,增強了供電可靠性.從10KV發(fā)電廠發(fā)電經(jīng)升壓變壓器升壓后與110KV輸電線路并網(wǎng),形成單機并網(wǎng)系統(tǒng).具體接線形式如圖1發(fā)電廠部分.

2.電力系統(tǒng)綜合實驗室110/10KV變電站系統(tǒng)

變電站主變的選擇不但要考慮現(xiàn)有負荷情況,同時要考慮預(yù)期新增用電負荷情況,及變電站的經(jīng)濟運行,盡量做到經(jīng)濟合理[3].該110/10KV變電站系統(tǒng)由2#調(diào)壓器模擬的無窮大系統(tǒng)給發(fā)電廠Ⅰ母送電,經(jīng)輸電線路到Ⅴ母后由降壓變壓器降壓至10KV,Ⅶ母帶電輸出兩條饋線,一個去往配電網(wǎng),一個作為備用回路.由1#調(diào)壓器模擬的無窮大系統(tǒng)給發(fā)電廠Ⅱ母送電,經(jīng)輸電線路到Ⅵ母后由降壓變壓器降壓至10KV,Ⅷ母帶電輸出兩條饋線,一個去往配電網(wǎng),一個作為備用回路.同時Ⅴ母和Ⅵ母、Ⅶ母和Ⅷ母分經(jīng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)QF35、QF34形成互為暗備用的兩進線三分段帶兩聯(lián)絡(luò)系統(tǒng).具體接線形式如圖1變電站部分.

3.電力系統(tǒng)綜合實驗室配電網(wǎng)系統(tǒng)

從110KV變電站模擬系統(tǒng)出線端Ⅶ母、Ⅷ母輸出的兩條饋線進入配電網(wǎng),配電網(wǎng)模擬系統(tǒng)的兩條饋線各分為三段,每一個分段帶有一條負載回路、一個配電變壓器TD和另一條聯(lián)絡(luò)回路.負載回路帶有模擬抽油機負載,聯(lián)絡(luò)回路可以與另一條饋線同位置的聯(lián)絡(luò)回路經(jīng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)相連.具體接線形式如圖1的10KV公網(wǎng)部分.

圖1 西安石油大學電力系統(tǒng)綜合實驗室主接線圖

二、實驗設(shè)備及可承擔的實驗項目

綜合性、創(chuàng)新性實驗項目的設(shè)置是學生工程實踐能力培養(yǎng)的保證.我校電氣自動化實驗室采用了與實際現(xiàn)場高度一致的較先進的實驗設(shè)備,并在此實驗平臺上開發(fā)了一系列本專業(yè)的實驗課程,目前可服務(wù)的課程包括:電力系統(tǒng)繼電保護、電機學、配電網(wǎng)及其自動化技術(shù)、電力系統(tǒng)分析.實驗室所具有實驗設(shè)備及可開設(shè)實驗、服務(wù)課程見表1.

三、我校電力系統(tǒng)自動化實驗室具備的行業(yè)特色及先進性與創(chuàng)新性

1.采用了與實際油田電網(wǎng)相一致的設(shè)計方案

配網(wǎng)區(qū)配備了模擬的抽油機和油田各負載.10KV配網(wǎng)區(qū)的用戶負載的設(shè)計模擬了實際油田電網(wǎng)的負載情況,采用了6臺抽油機負載和4臺三相負載箱,并且學生可在操作面板上對抽油機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié),以改變抽油機采油頻率,進而改變負載所帶電壓、電流.

表1 實驗設(shè)備及可開設(shè)實驗、服務(wù)課程

2.體現(xiàn)了實際油田電力設(shè)備的在線監(jiān)測功能

油田電力設(shè)備在線監(jiān)測是利用傳感、電子、計算機等技術(shù),通過對運行中高壓設(shè)備的信號采集和傳輸、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷,實現(xiàn)對電力設(shè)備運行狀態(tài)的帶電測試或?qū)崟r監(jiān)測和診斷,以提高電力設(shè)備的運行維護水平,及時發(fā)現(xiàn)事故隱患,減少停電事故的發(fā)生[4].我校建成的電力自動化實驗室可實現(xiàn)對運行中電力設(shè)備的實時信號采集和處理、傳輸,可在調(diào)度中心和各監(jiān)控臺實時監(jiān)測電網(wǎng)中各電力設(shè)備的運行狀態(tài),監(jiān)測電能從發(fā)電廠輸出后經(jīng)過輸電線路和變電站后一直到達配網(wǎng)區(qū)域的整個過程.

3.體現(xiàn)了當前電力系統(tǒng)中最先進的遠程控制和管理功能

該模擬系統(tǒng)可實現(xiàn)"三遙"操作.調(diào)度中心和管理員可在調(diào)度中心監(jiān)控屏幕上實時而直觀地觀測到模擬油田電網(wǎng)中各電力設(shè)備的運行狀態(tài),還可實現(xiàn)對實際中距離較遠的各電力設(shè)備的"三遙"操作,即遙信、遙測、遙控.遙信方面,可實現(xiàn)對電網(wǎng)運行狀態(tài)的遠程信息實時通信和交換,調(diào)度主站;遙測方面,可實現(xiàn)對各電力設(shè)備運行中電流、電壓、功率等信息的實時測量和采集;遙控方面,通過對各開關(guān)的分合動作實行實時控制,以實現(xiàn)對各設(shè)備運行狀態(tài)的控制,以及故障的及時切除和隔離.三遙功能的實現(xiàn):

(1)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)的調(diào)取,并在服務(wù)器中進行處理;

(2)通過SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的下達與動作指令的實現(xiàn);

(3)通過通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳[5].

四、結(jié)語

通過建設(shè)此電力系統(tǒng)自動化實驗室,模擬了實際的電力生產(chǎn)、運輸和分配過程,可以在安全的實驗環(huán)境中模擬實際生產(chǎn)中可能面臨的較為嚴重的短路和斷路故障,讓學生可以直接觀測到各種短路和斷路故障發(fā)生時對電網(wǎng)安全運行帶來的一系列損害以及隨之發(fā)生的相關(guān)現(xiàn)象,并通過相關(guān)實驗學習如何監(jiān)測電網(wǎng)運行狀態(tài),及時切斷電路故障以及避免各類故障發(fā)生.

[1]劉燕,秦維勇,孫亞平.基于工程化與創(chuàng)新性的繼電保護實驗室建設(shè)[J].實驗室研究與探索,2015.9.

[2]黃飛騰,翁國慶,謝路耀.智能微網(wǎng)并網(wǎng)仿真實驗系統(tǒng)的構(gòu)建方法[J].實驗技術(shù)與管理,2016,33(4):123-127.

[3]馬占寒,馬春國,張偉,魏潤澤.前大油田供配電系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計[J].儀表電氣,2013.11.063:107-108.

[4]錢秀群.油田電網(wǎng)在線監(jiān)測技術(shù)[J].儀表電氣,2013.10.

[5]洪海強.配網(wǎng)自動化及其三遙功能的實現(xiàn)探討[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2016.05.061.

劉暢,女,碩士研究生學歷,現(xiàn)任西安石油大學電子工程學院教師.