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(guó)家對(duì)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(jí)為智能變電站。該智能化改造過(guò)程中主要是通過(guò)增加先進(jìn)的傳感器、電子、信息、通信、傳感器等技術(shù)，通過(guò)對(duì)供電站設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)荷電流，而且當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)通過(guò)繼電器保護(hù)裝置的作用，切斷過(guò)負(fù)荷電流和短路電流，它具有相當(dāng)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(jì)過(guò)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(duì)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(huì)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(duì)象，可以選擇低成本設(shè)備來(lái)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(huì)采用高壓斷路器設(shè)備加裝在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及智能綜合組件的方式實(shí)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(duì)變電站智能化供電設(shè)備改造過(guò)程中要有一定的原則遵循，國(guó)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(jìn)行改造過(guò)程中應(yīng)遵循以下原則：

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

2.1.2 經(jīng)濟(jì)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)相一致。

2.1.4 因地制宜原則。對(duì)相應(yīng)關(guān)鍵設(shè)備要具有針對(duì)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(kāi)關(guān)柜12面、10kV開(kāi)關(guān)柜26面、主變壓器兩臺(tái)、電容柜兩套、交直流屏及保護(hù)測(cè)控屏若干等。

當(dāng)前問(wèn)題的如遇到停窯爐檢修或異常生產(chǎn)狀況時(shí)需要進(jìn)行停送電操作時(shí)，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)雖然可以在遠(yuǎn)方控制室完成對(duì)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(chǎng)完成操作，不但增加了工作強(qiáng)度，操作安全風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加。

故本次改造將提高一次設(shè)備的自動(dòng)化程度，使針對(duì)一次設(shè)備的操作全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。同時(shí)增設(shè)必要的在線監(jiān)測(cè)裝置，使針對(duì)一次設(shè)備的巡檢巡視通過(guò)在線監(jiān)測(cè)手段完成。補(bǔ)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(duì)供配電系統(tǒng)進(jìn)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(yùn)行信息、狀態(tài)信息加載在虛擬供電系統(tǒng)上，形成一套對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行安全的評(píng)估機(jī)制，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)字化運(yùn)維。

2.2.1 開(kāi)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(kāi)關(guān)等，要實(shí)現(xiàn)變電站的智能化改造，主要是對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行智能化控制和升級(jí)。

對(duì)于開(kāi)關(guān)設(shè)備智能化改造主要是通過(guò)一般的保護(hù)、監(jiān)測(cè)、計(jì)量以及智能化的一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓開(kāi)關(guān)的保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制以及跨時(shí)間的控制等。

開(kāi)關(guān)設(shè)備的智能化升級(jí)主要是通過(guò)繼電器或者相應(yīng)的傳感器與開(kāi)關(guān)進(jìn)行連接，開(kāi)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(hào)，當(dāng)檢監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到電路中出現(xiàn)某些信號(hào)異常，會(huì)將信號(hào)及時(shí)傳給中央處理器，中央處理器根據(jù)收集到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的分析和判斷并做出相應(yīng)的指令，從而以動(dòng)作指令的形式傳遞，使繼電器動(dòng)作實(shí)現(xiàn)電路的斷開(kāi)與閉合。

開(kāi)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(lái)，從而能夠高效實(shí)施對(duì)電路進(jìn)行控制。

2.2.2 低壓配電室改造。在對(duì)低壓配電室改造前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)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(diǎn)，并且低壓配電室設(shè)備故障率高，對(duì)低壓配電室的改造迫在眉睫。

經(jīng)過(guò)分析知低壓保護(hù)裝置運(yùn)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(hù)進(jìn)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(dòng)超時(shí)、不平衡保護(hù)、相序保護(hù)、漏電流保護(hù)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(tái)開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)多任務(wù)系統(tǒng)，適應(yīng)各種大中型變配電系統(tǒng)（無(wú)限點(diǎn)）。 實(shí)時(shí)采集全站生產(chǎn)過(guò)程輸入、輸出信號(hào)，實(shí)時(shí)地更新數(shù)據(jù)庫(kù)，為監(jiān)控系統(tǒng)提供運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)。

2.2.3 電纜改造。對(duì)于電纜的改造，由于電纜絕緣層較厚，在使用過(guò)程中出現(xiàn)電纜線破壞的情況較少。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查和實(shí)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(jìn)線電纜頭處增設(shè)無(wú)線測(cè)溫點(diǎn)，從而反映電纜的過(guò)負(fù)荷狀態(tài)和接觸不良。當(dāng)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(dāng)溫度過(guò)高情況，則判斷為回路過(guò)負(fù)荷。

具體采用的裝置為無(wú)線測(cè)溫裝置，適用的范圍為動(dòng)觸頭、電纜頭，采用綁帶式、磁座式的安裝方式，無(wú)線測(cè)溫在常溫時(shí)的發(fā)射時(shí)間為240秒/次，高溫時(shí)為實(shí)時(shí)發(fā)送1秒/次（可調(diào)），中央處理器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電纜溫度異常情況，從而實(shí)現(xiàn)電纜的改造升級(jí)。

2.2.4 變壓器改造。針對(duì)35Kv變壓器在改造過(guò)程中主要采用溫度檢測(cè)手段。根據(jù)設(shè)備的現(xiàn)有功能，通過(guò)溫度采集裝置進(jìn)行測(cè)溫，并通過(guò)管理機(jī)接入服務(wù)器，能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)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(guò)程中發(fā)熱點(diǎn)較多，這個(gè)給溫度測(cè)量提出了新的挑戰(zhàn)，并且本體溫度在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中最好能夠進(jìn)行面狀觀察，而并非點(diǎn)狀數(shù)據(jù)，同時(shí)針對(duì)本體之外也可以對(duì)電纜、接頭等部位進(jìn)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(qiáng)對(duì)變壓器溫度的監(jiān)測(cè)。成像機(jī)芯采用美國(guó)FLIR非制冷微熱量型320x240像素機(jī)芯，溫度識(shí)別率能夠達(dá)到40米以上，主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)變壓器、變壓器進(jìn)線柱、斷路器等14個(gè)預(yù)置點(diǎn)溫度及高清畫面捕捉，并能根據(jù)與環(huán)境溫度的對(duì)比判斷出預(yù)置點(diǎn)的溫升值，達(dá)到參考定值時(shí)輸出報(bào)警信息。高清畫面捕捉與綜合自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)完成對(duì)斷路器設(shè)備操作。

3 智能化運(yùn)維軟件平臺(tái)構(gòu)建

為了能夠?qū)收锨闆r能夠進(jìn)行及時(shí)處理，配置智能化運(yùn)維軟件平臺(tái)，具體可實(shí)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)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(hù)三大功能，包含三大體系，過(guò)程層設(shè)備、間隔層設(shè)備、站控層設(shè)備。

過(guò)程層設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)的一次設(shè)備狀態(tài)信息的自動(dòng)采集、測(cè)量、就地?cái)?shù)字化（如信號(hào)調(diào)理、模數(shù)轉(zhuǎn)換）及對(duì)一次設(shè)備的控制等功能。

間隔層設(shè)備實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能，實(shí)現(xiàn)被監(jiān)測(cè)設(shè)備相關(guān)的監(jiān)測(cè)裝置的數(shù)據(jù)匯集、數(shù)據(jù)加工處理、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)通信、監(jiān)測(cè)預(yù)警等功能。在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)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(shí)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(hù)信息管理、與遠(yuǎn)方監(jiān)控/調(diào)度中心通信等相關(guān)功能。

智能化運(yùn)維軟件平臺(tái)構(gòu)建使得整個(gè)變電站系統(tǒng)更智能化、可讀化、操作簡(jiǎn)便化、人性化。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以某變電站智能化系統(tǒng)改造項(xiàng)目為例，就整個(gè)系統(tǒng)改造技術(shù)思路展開(kāi)探討；詳細(xì)介紹了開(kāi)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(guò)程，具體還實(shí)現(xiàn)了智能化運(yùn)維軟件平臺(tái)構(gòu)建，使的針對(duì)一次設(shè)備的操作全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化運(yùn)維，同時(shí)還為智能工廠的建設(shè)目標(biāo)，使供配電系統(tǒng)符合未來(lái)發(fā)展的方向。