楊通宇, 董 天, 張永紅, 夏 軍

(1.四川鵬迪電力設(shè)計(jì)有限公司, 四川 綿陽 621000;2.珠海萬力達(dá)電氣自動(dòng)化有限公司, 廣東 珠海 519085;3.四川晟源建設(shè)工程咨詢有限公司, 四川 綿陽 621000)

0 引 言

目前對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)的判斷監(jiān)控主要依靠人的感官觀察,紅外手持溫度掃描儀等簡(jiǎn)單設(shè)備為輔,采用望(看發(fā)熱)、聞(聞焦臭)、問(讀數(shù)據(jù))、切(摸溫度)、聽(聽異響)等手段,這種方式對(duì)運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心要求很高,不然難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患。這種帶有盲目性的巡檢方式占用了運(yùn)維人員大量工作比重,且實(shí)際效果不佳。智能供配電管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù),結(jié)合各類溫度、震動(dòng)等信息,對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行不同維度的統(tǒng)計(jì)與分析,形成日?qǐng)?bào)、周報(bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)等報(bào)表,以便管理人員輕松掌握設(shè)備運(yùn)行情況[1]。在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí),運(yùn)維人員無需從數(shù)十條的告警信息中篩選、分析結(jié)果,系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)各類報(bào)警信息進(jìn)行整合分析,并將最終結(jié)果主動(dòng)推送,此功能將運(yùn)維人員從冗雜的信息查看、確認(rèn)中解放出來,極大減輕了運(yùn)維人員的工作量,并提升了運(yùn)維效率,達(dá)到智能運(yùn)維的目標(biāo)。

1 項(xiàng)目概況

110 kV總降變電站采用了變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng),主要可以實(shí)現(xiàn)“遙控、遙測(cè)、遙調(diào)、遙信”功能,能滿足后臺(tái)操作和電流、電壓的運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、部分設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)控制的要求。運(yùn)行人員無法全面了解設(shè)備的運(yùn)行情況,每天需要人為去巡檢和執(zhí)行停送電作業(yè)。

設(shè)備的預(yù)防主要靠定檢、年檢來完成,做一些預(yù)防性試驗(yàn)。這種常規(guī)的做法能發(fā)現(xiàn)一些隱患,達(dá)到一定的目的。但預(yù)防性試驗(yàn)本身對(duì)設(shè)備就是一種破壞性試驗(yàn),再加上試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能被充分利用,就會(huì)出現(xiàn)過檢、漏檢現(xiàn)象,甚至出現(xiàn)剛檢修結(jié)束就出問題情況,不能完全實(shí)現(xiàn)想要的效果。

2 建設(shè)內(nèi)容及目標(biāo)

2.1 項(xiàng)目主要內(nèi)容

項(xiàng)目主要內(nèi)容如下:

(1) 110 kV GIS組合開關(guān)改造內(nèi)容包括安裝SF6微水及密度傳感器、局放傳感器等。

(2) 110 kV主變壓器改造內(nèi)容包括在主變進(jìn)線及出線柱上安裝無線測(cè)溫傳感器、局放傳感器、油中氣體檢測(cè)(油色譜分析)、主變紅外熱成像監(jiān)測(cè)等。

(3) 10 kV開關(guān)柜改造內(nèi)容包括安裝智能監(jiān)測(cè)裝置、人機(jī)交互裝置、各類傳感器、一鍵順控軟硬件等。

(4) 供配電智能化平臺(tái)搭建。

2.2 目 標(biāo)

(1) 工況透明化。通過現(xiàn)場(chǎng)各類傳感器將溫度、電流、局放、SF6等各類信息采集后上送到后臺(tái)軟件,可實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行工況,同時(shí)后臺(tái)軟件能智能地分析設(shè)備健康狀態(tài),及時(shí)預(yù)警,避免設(shè)備因巡視不及時(shí)而發(fā)生嚴(yán)重故障。

(2) 系統(tǒng)平臺(tái)化。將原有設(shè)備監(jiān)測(cè)等各類信息集成在同一平臺(tái),便于信息管理,打破信息孤島,為系統(tǒng)的智能化分析提供平臺(tái)基礎(chǔ)。

(3) 信息電子化。設(shè)備臺(tái)賬、運(yùn)維記錄、消缺流程由原來的紙質(zhì)化轉(zhuǎn)為電子化。

(4) 運(yùn)維智能化。智能供配電管理系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù),結(jié)合各類溫度、震動(dòng)等信息,對(duì)供配電設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行不同維度的統(tǒng)計(jì)與分析。在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí),系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)各類報(bào)警信息進(jìn)行整合分析,并將最終結(jié)果主動(dòng)推送。

3 具體實(shí)施內(nèi)容

3.1 開關(guān)柜改造

實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器機(jī)械特性在線監(jiān)測(cè)和分析診斷、分合閘線圈電流監(jiān)測(cè)分析、分合閘時(shí)間監(jiān)測(cè)分析,同時(shí)實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能電機(jī)的電流監(jiān)測(cè)分析和儲(chǔ)能時(shí)間的監(jiān)測(cè)分析,并且可實(shí)現(xiàn)觸頭無線測(cè)溫功能,監(jiān)測(cè)斷路器6個(gè)觸頭的溫升情況,實(shí)時(shí)分析診斷,實(shí)現(xiàn)了開關(guān)柜的狀態(tài)檢修。

3.1.1 智能組件安裝

智能組件包括智能監(jiān)測(cè)裝置(BRK-3910/IED)、人機(jī)交互裝置(BRK-3910/DP)、保護(hù)裝置(DM-200)。其中人機(jī)交互裝置安裝在儀表室柜門上,儀表室柜門面板更換,保護(hù)裝置和智能監(jiān)測(cè)裝置安裝在儀表室內(nèi)。智能組件安裝示意圖如圖1所示。

圖1 智能組件安裝示意圖

3.1.2 測(cè)溫元件安裝

無線測(cè)溫傳感器捆綁于梅花觸頭上,通過無線測(cè)溫接收器采集傳感器數(shù)據(jù),接收器再通過RS-485接到IED裝置上,由IED裝置采集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。無線測(cè)溫傳感器安裝示意圖如圖2所示。

圖2 無線測(cè)溫傳感器安裝示意圖

3.1.3 位移傳感器安裝

位移傳感器安裝在操作機(jī)構(gòu)底部,通過支架安裝在隔板處,利用U型安裝模具,現(xiàn)場(chǎng)打孔安裝即可,紅外位移傳感器直接照射在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)桿上,當(dāng)操作機(jī)構(gòu)操作時(shí),傳動(dòng)桿會(huì)移動(dòng),此時(shí)紅外位移傳感器就能夠測(cè)量出機(jī)構(gòu)的位移量。位移傳感器安裝示意圖如圖3所示。

圖3 位移傳感器安裝示意圖

3.1.4 霍爾傳感器安裝

霍爾傳感器內(nèi)置在IED裝置中,每臺(tái)裝置里配置有3只霍爾傳感器,配線時(shí)把分合閘線圈、彈簧儲(chǔ)能電機(jī)線圈通過IED裝置里的霍爾傳感器采集回路中數(shù)據(jù),當(dāng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí),霍爾傳感器就可感應(yīng)出線圈電流。這種回路完全獨(dú)立工作,不影響機(jī)構(gòu)原有動(dòng)作邏輯。

3.1.5 設(shè)備參數(shù)

(1) 智能監(jiān)測(cè)裝置(BRK-3910/IED)。

IED是智能開關(guān)柜的核心部件,負(fù)責(zé)完成一鍵順控的驅(qū)動(dòng)操作,也負(fù)責(zé)采集各類傳感器的數(shù)據(jù)。在斷路器內(nèi)部加裝紅外位移傳感器,通過硬接線上傳IED裝置,完成斷路器的機(jī)械特性監(jiān)測(cè)。在斷路器梅花觸頭和電纜頭處安裝無線測(cè)溫傳感器,由溫度接收模塊通過RS-485通信上傳到IED完成溫度監(jiān)測(cè)。在IED裝置內(nèi)部,斷路器、彈簧儲(chǔ)能回路里加裝霍爾傳感器,采集各回路動(dòng)作時(shí)的電流和時(shí)間,通過這些數(shù)據(jù)對(duì)各回路電動(dòng)機(jī)構(gòu)完成保護(hù)功能,避免電動(dòng)設(shè)備損壞及故障發(fā)生。智能斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)如表1所示。

表1 智能斷路器狀態(tài)監(jiān)測(cè)指標(biāo)

(2) 人機(jī)交互裝置(BRK-3910/DP)。

DP是智能開關(guān)柜的主要人機(jī)交互界面,它和保護(hù)裝置及IED分別通過RS-232和以太網(wǎng)方式通信,顯示開關(guān)狀態(tài)位置信息、運(yùn)行電氣量信息、保護(hù)信息、設(shè)備狀態(tài)量信息。并可以查詢歷史故障信息及操作信息和狀態(tài)信息,也可以對(duì)開關(guān)柜進(jìn)行操作和參數(shù)設(shè)置。

(3) 保護(hù)裝置DM-200。

數(shù)字化保護(hù)裝置DM-200具有完善的繼電保護(hù)功能,并可以對(duì)柜內(nèi)溫濕度采集及控制。該裝置配有以太網(wǎng)接口和RS-485通信接口,支持IEC-60870-5-103(RS-485通信模式)、IEC-60870-5-104(工業(yè)以太網(wǎng)通信模式)標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約以及新一代變電站通信標(biāo)準(zhǔn)IEC 61850,且保護(hù)功能完全獨(dú)立,不依賴網(wǎng)絡(luò)通信,即使網(wǎng)絡(luò)癱瘓也不影響裝置的保護(hù)正確運(yùn)行。保護(hù)軟件采用模塊化處理,各模塊相互獨(dú)立。

(4) 位移傳感器。

位移傳感器用于監(jiān)測(cè)斷路器的機(jī)械特性數(shù)據(jù)。安裝在斷路器框架上,接入IED。檢測(cè)距離為20～80 mm(量程為60 mm);分辨率為0.02 mm;工作電源為13～30 V DC;光源為紅色LED632 nm;開關(guān)頻率不大于1 000 Hz;線性度為±0.4 mm2;重復(fù)精度小于0.4 mm2;連接方式為接插件M84針;開關(guān)量輸出為1×NPN NO/NC;模擬量輸出為1～10 V;Q響應(yīng)時(shí)間為500 μs;Qa響應(yīng)時(shí)間為400 μs;光斑尺寸為5 mm×5 mm;防護(hù)等級(jí)為IP67;工作溫度:-20～+60 ℃;外形尺寸為34 mm×20 mm×12 mm;質(zhì)量為10 g。

(5) 霍爾傳感器。

霍爾傳感器安裝在IED內(nèi)部,用于采集彈操斷路器儲(chǔ)能電機(jī)電流、分合閘線圈電流,完成對(duì)斷路器電氣特性監(jiān)測(cè),通過分析電流量及流過的時(shí)間,判斷斷路器是否正常。

(6) 無線測(cè)溫傳感器。

無線測(cè)溫傳感器具備自取電功能,安裝在動(dòng)觸頭絕緣套管外。通過無線方式與接收器連接,接收器接入IED。測(cè)溫范圍為-30～150 ℃,精度±1.5%FS;測(cè)溫傳感器使用日本進(jìn)口高精度、高溫?zé)崦綦娮?現(xiàn)有市場(chǎng)提供的開關(guān)設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格等一般都能適用,按用電設(shè)備結(jié)構(gòu),配置不同的安裝方式;啟動(dòng)工作最小電流為大于5 A(矽鋼片最少3匝以上);無線通信頻率為2.4 GHz、發(fā)射功率小于10 mW;溫度傳感器模塊的供電方式:CT取電(電流互感器取電);數(shù)據(jù)發(fā)送間隔大于2 s;安裝方式為SW-600CTB表帶式安裝;外形尺寸為44 mm×36 mm矽鋼片(寬度小于20 mm)。

(7) 柜內(nèi)溫/濕度監(jiān)測(cè)與控制。

時(shí)刻監(jiān)視柜內(nèi)溫/濕度,能夠有效地判斷溫升及濕度多少,進(jìn)而能夠采取措施,溫/濕度傳感器將溫/濕度信息通過保護(hù)裝置上傳,并自動(dòng)控制柜內(nèi)除濕設(shè)備。電源為3.3～5.2 V DC;濕度測(cè)量為0～99.9%RH;測(cè)量溫度為-40～80 ℃。

3.2 水阻柜溫度、液位監(jiān)測(cè)

采用溫度液位一體式遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)儀,一次性將液位及溫度同時(shí)采集并顯示,數(shù)據(jù)可通過RS-485總線的方式最終傳輸至智能供配電管理系統(tǒng)。該遠(yuǎn)傳監(jiān)測(cè)儀采用干式陶瓷電容傳感器或帶溫度補(bǔ)償?shù)母綦x膜片式擴(kuò)散硅壓力傳感器,內(nèi)置高精度PT100傳感器測(cè)量溫度,雙4～20 MA信號(hào)輸出,一路液位信號(hào),一路溫度信號(hào),利用流體靜力學(xué)原理測(cè)量水位或液位。

3.2.1 110 kV主變壓器在線監(jiān)測(cè)

(1) 溫度在線監(jiān)測(cè)。

在主變壓器的進(jìn)線及出線柱上安裝無線測(cè)溫傳感器,接收模塊采集后將數(shù)據(jù)上傳至智能供配電管理系統(tǒng),結(jié)合綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的電氣量數(shù)據(jù),進(jìn)線電流及溫度的實(shí)時(shí)曲線,分析接線柱連接處是否存在絕緣破壞等現(xiàn)象,完成對(duì)110 kV主變壓器的壽命分析、故障預(yù)測(cè)。

(2) 局部放電在線監(jiān)測(cè)。

變壓器局部放電過程中會(huì)產(chǎn)生電脈沖、電磁輻射、超聲波、光以及一些新的生成物,并引起局部過熱。采用一定的技術(shù)手段對(duì)局部放電產(chǎn)生的這些非電量的信號(hào)和電量信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),進(jìn)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)建模,分析得到放電數(shù)據(jù),并進(jìn)行模式識(shí)別和絕緣剩余壽命評(píng)估,進(jìn)行故障預(yù)警。

(3) 油中氣體在線監(jiān)測(cè)。

系統(tǒng)首先對(duì)主變進(jìn)行充分的油循環(huán),保證所取分析的油樣能反映變壓器內(nèi)部的真實(shí)油樣;將變壓器中的油樣充分地循環(huán)后再獲取少量油樣,進(jìn)入油氣分離裝置,由真空裝置抽取真空將特征氣體(H2,CO,CH4,C2H4,C2H6,C2H2,CO2,H2O)與被檢測(cè)油樣分離,被分離后的特征氣體進(jìn)入色譜柱進(jìn)行氣體組分的分離,在載氣的推動(dòng)下經(jīng)過氣體傳感器,將氣體濃度值轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),此電壓信號(hào)通過高精度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字序列信號(hào),并通過RS-485通信線上傳到后臺(tái)控制系統(tǒng)進(jìn)行詳盡的分析、存儲(chǔ)和顯示。

3.2.2 GIS開關(guān)在線監(jiān)測(cè)

(1) 微水密度在線監(jiān)測(cè)。

SF6氣體的密度、露點(diǎn)和溫度是否處于額定范圍之內(nèi),決定著該斷路器的安全運(yùn)行狀態(tài),所以依據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行規(guī)程強(qiáng)制規(guī)定,在設(shè)備投運(yùn)前和運(yùn)行中都必須定期對(duì) SF6氣體的密度和含水量進(jìn)行檢測(cè)。通過安裝相應(yīng)的傳感器和微水密度主機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集,再通過RS-485通信的方式將數(shù)據(jù)通信到管理機(jī),最終上傳至智能供配電管理系統(tǒng)。

(2) 局部放電監(jiān)測(cè)。

通過對(duì)GIS盆式絕緣子處泄漏的局部放電電磁波信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),有效監(jiān)測(cè)絕緣老化、發(fā)生擊穿、閃絡(luò)等嚴(yán)重現(xiàn)象。局放監(jiān)測(cè)裝置完成數(shù)據(jù)采集后通過RS-485通信的方式將數(shù)據(jù)通信到管理機(jī),最終上傳至智能供配電管理系統(tǒng)。

3.2.3 智能供配電建設(shè)的功能需求

智能供配電軟件將電氣運(yùn)行信息和設(shè)備狀態(tài)信息匯總整理后進(jìn)行分析和呈現(xiàn),為今后全廠智慧工廠提供鏈接到功能模塊的入口。

利用信息化和智能化相關(guān)技術(shù),增加在線傳感器的數(shù)據(jù)采樣,并對(duì)原SCADA系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)與新增采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理,提供分析結(jié)果,提高供電可靠性和管理效率的需求。實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限登錄、設(shè)備管理、運(yùn)維管理、專家分析、運(yùn)行報(bào)告、提高用電效能、移動(dòng)應(yīng)用等功能。

4 結(jié) 語

本文介紹了如何通過智能供配電管理系統(tǒng)的改造、建設(shè),讓用戶運(yùn)維人員從冗雜的信息查看、確認(rèn)中解放出來,以減輕運(yùn)維人員的工作量,提升運(yùn)維效率,最終達(dá)到智能運(yùn)維的目的。