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12000年后,35kV、10kV的开关设备开始分别在工厂安装在预制箱体内,实现了变电站模块化的第二阶段即35kV变电站的两侧箱式阶段,实现了局部模块化,箱体内仍选用常规开关柜,体积大、运输和吊装不便、操作走廊小、维护不便等问题仍然存在。
2006年开始提出全封闭、全绝缘的模块化变电站思路。高压开关选用封闭式组合电器,进出线用拔插式电缆接头连接,中压设备及二次设备都在预装式箱体内,在工厂内完成设计、制造、安装和内部电气接线,出厂前整组调试合格后再通过现场整体调试即可完成变电站的建设,这样形成了变电站模块化的第二阶段即66~110kV模块化变电站阶段。
2011年实现了35kV变电站除主变压器放置户外,其它所有设备箱式化,并且各模块在设计中可以进行整合。各模块分别在工厂内预制、调试完成,现场安装时只需将一二次电缆简单连接即可完成变电站建设,这样实现变电站模块化的第四阶段即35kV箱式模块化变电站。
2模块化变电站总体概述
模块化变电站提出了一种变电站建设的新模式,它可将变电站划分为高压开关、主变压器、中压开关、综合自动化、中压配套设备五个主要功能模块。
高压开关功能模块为进出线采用拔插式电缆接头连接的气体绝缘封闭式组合电器;主变压器模块的变压器高压进线采用拔插式电缆接头结构,中压出线采用多股电缆或全绝缘封闭母线桥架方式;中压开关模块内采用一体化预装式开关室或户外绝缘全封闭组合电器;综合自动化模块采用一体化预装式控制室;中压配套装置模块包括无功补偿装置、接地变压器、消弧线圈等配套设备。中压开关柜、综合自动化、中压配套设备等模块中的主要设备均安装在非金属箱体。
以上各功能模块在工厂中预制并调试完成,现场安装时只需将高压开关、主变压器、中压开关及中压配套设备等模块采用一次电缆进行连接,综合自动化模块与其它模块采用二次电缆及通讯线路进行连接,最后进行整体调试即可完成变电站的建设。
3模块化变电站的技术特点
高压开关模块。110kV及以上电压等的各种封闭式组合电器可以作为高压进出线模块的基础,此类设备集成化程度高,可配置电压互感器、电流互感器、避雷器等多种设备。如果进出线采用工厂预制的整体式电缆套管及可插拔式电缆插接头将更能体现模块化的特点,可更方便于安装及运行中的维护。
变压器模块。主变压器仍采用户外常规布置,为了减少现场接线工作量,变压器模块需要对变压器的进出线端子进行改进,一次侧采用可拔插的电缆附件或油气套管与进线模块相连,二次侧可以考虑电缆或架空两种出线方式,但需采取绝缘封闭措施。
中压开关模块。35kV及10kV进出线模块有两种模式:拼装式和户外箱式。拼装式最初是采用常规的手车式或固定式户内开关柜,由于常规开关柜体积大而造成整体模块的体积庞大,运输、吊装困难,箱体内的维护通道也比较狭窄,厂家和用户都感到不便;近几年来,进出线模块开始采用以永磁机构真空开关为基础的紧凑型开关柜或气体绝缘封闭式开关柜,由于体积小、重量轻、维护少、吊装和运输方便等优点,提高了这种模式的可行性,已应用于35kV及110kV变电站。这种模式将以上类型的开关柜拼装到一个预制的箱体内,箱体采用覆铝锌板等双层金属材料或金邦板等非金属材料,中间填充隔热材料,同时箱体内设计合理的通风系统,并且安装空调设备,使箱体具有防潮、隔热、防凝露等性能。另一种模式是户外共箱式,将开关设备装在充气箱体内,电缆接头作为进出线连接,并兼隔离断口功能,外边再加防护壳体。这种模式相当于使用35kV户外型封闭式组合电器或10kV户外环网柜。这些设备结构紧凑,体积小,维护少,布局简捷,使变电站的建设和运行更加简化,工厂化特点更加突出,其实现的技术关键点主要有两个,一是开关设备的免维护,二是大电流参数的电缆接头。由于35kV电压等级较少有户外型封闭式组合电器产品,模块化变电站的中压进出线模块主要采用的仍是拼装式。
4变电站的技术经济比较
综合自动化模块。综合自动化模块主要包括变电站综合自动化系统、交直流电源设备、通信系统设备、图像监控设备、故障录波设备及微机五防设备等。其中35kV及10kV保护设备在一体化预装式开关室中分散安装,其余部分放置在一体化预装式控制室内。
中压配套装置模块。无功补偿和消弧线圈可以敞开式布置加顶罩,也可采用户内成套设备安装在箱体内,小容量变电站也可与出线模块合并为一个模;接地变压器、站用变均采用干式电气设备放置于箱体内。
其余辅助设备。辅助设备中包括变电站消防系统、防雷及接地系统、照明系统、采暖系统、排水系统等。
5模块化变电站与35kV常规变电站的技术经济比较
主变压器:变电站最终建设2台三相双绕组自冷式全密封有载调压变压器,容量为5000kVA,电压等级为35/10.5kV。
35kV侧:主变压器进线2回,采用单母分段线接线,进出线4回,本期1回,配电装置按31.5kA短路电流水平设计。
310kV侧:主变压器进线2回,采用单母分段线接线,出线8回,本期4回,配电装置按25kA短路电流水平设计。
6无功补偿:配置1组600+600=1200kvar无功补偿并联电容器组。
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1 概述
随着我国城市化进程的不断进行,城市的用电负荷也随之不断增加,110kV配网中需要建设更多的变电站。但是,由于城市的人口相对密集,土地面积紧张,想要在市区建设这些变电站,就必须考虑到变电站的占地面积以及电磁干扰噪声干扰等方面的问题。近年来,在我国应用的预制仓式变电站中,能够实现二次自动化设备的预制,但变电站的占地面积与工作量仍然很大,因此选择建设结构更加紧凑的变电站是未来发展的目标,而模块化预制仓式变电站就是能够满足这些需求的变电站结构。
2 模块化预制仓式变电站的建设要求
在城市区域内建设变电站,最基本的要求就是要满足其自身的美观性、可靠性以及经济性,所以模块化预制仓式变电站的具体建设要求包括以下六个方面:第一,变电站能够在户外正常运行,并需要具有较强的抗冲击能力、防盗能力以及防破坏能力;第二,具有优秀的防腐性能,确保正常使用40年后不得产生锈蚀;第三,变电站的防腐这标准必须达到国家标准以上;第四,运行噪声能够得到有效的控制,避免影响市民的正常生活;第五,占地面积应控制在设计范围以内,保证整体结构的紧凑型性;第六,能够实现一体化安装,以缩短工程施工周期。
3 模块化预制仓式变电站建设方案
3.1 变电站整体方案
在模块化预制仓式变电站的结构设计中,通常会包括110kV的GIS预制仓、二次自动化预制仓、无功补偿预制仓、消弧线圈预制仓以及变压器预制仓等。这些预制仓的股价结构均为异地式,能够满足较高的刚度与机械强度要求,选用的材质以优质碳素结构钢为主。预制仓的防护要满足IP33D的要求,而仓体接缝处防护等级要保证在IP54以上,仓体内部应使用钢板与阻燃材料分成不同的隔室,这些隔室之间的防护等级达到IP2X。预制仓中的门板、框架以及上盖据需要使用优质冷轧钢板作为材料,并对表面进行喷砂等方式的防腐处理,框架处钢板的厚度必须保证在2.5毫米以上,门板以及上盖板的厚度必须保证在2毫米以上。仓体内部的填充物可以选用聚氨酯防火材料,保证仓体具有较强的防火性能。仓体中使用的金属构件的防腐处理必须保证40年不出现锈蚀,外侧的冷轧钢板必须经过处理,以确保其防腐性能。由于仓体内部需要设置变压器、计算机等自动化控制设备,必须保证具有良好的防潮与防尘性能。预制仓的外形应符合其应用要求,必须做到不易积水,顶盖应保证有一个大于5°的散水坡度。仓体的设计中必须减少紧固件的外露数量,防止出现水经过紧固件进入壳体内部,对于已经穿透外壳的孔,必须采取有效的密封措施,如果无法避免出现紧固件外露,则应选择不锈钢材质的紧固件,防止出现锈蚀。为了保证仓体具有良好的隔热性,必须保证一般周围空气温度下电器设备的温度低于最高温度,同时必须保证高于最低温度。每个仓体的内部都应在顶部安装自动烟感系统,烟感系统与自动化系统接通,一旦出现火灾,能够避免火灾的进一步
蔓延。
3.2 变电站整体建设模式
在选择模块化预制仓式变电站的建设模式时,需要根据其占地面积与位置的需求来选择,一般选择落地平铺的建设模式,也可以选择立体建设模式,可以将仓体安装在基础层的置顶位置,其设计时必须对仓体承重以及减震系统进行处理。上下两层的仓体间必须设立有效的隔震设施,用户消除震动与噪音。上层的仓体结构的总重量要控制在100吨以下,最下层仓体的框架必须能够承受100兆帕以上的应力。
4 模块化预制仓式变电站主要技术要求
4.1 仓体防辐射性能要求
预制仓的防辐射主要采取工频辐射防护的方式,对110kV的预制仓进行防护相对简单,当时进出线接头处比较容易出现问题,所以变压器预制仓需要采取以下防护方案:第一,选择合适的线路接入方式与路径,尽可能使用地下电缆;第二,变电站中应减少分相设备数量,使用三相设备取代,以便可以应用三相电的优势来消除电磁场;第三,应用适当的方法来屏蔽电磁场,对工频电磁辐射采取屏蔽的措施效果非常明显,站内的高压设备与分立式输电设备在运行时会产生电磁场,因此高压设备应使用GIS装置,利用建筑中的技术结构建立屏蔽网,实现对电磁场的屏蔽。与此同时,在变电站的防雷设计中,可以增加金属网钢筋的数量,使用截面较大的主筋进行连接,还可以通过增加接地极数量,增加金属网的截面等措施提高屏蔽效果。
4.2 变电站隔音性能要求
为了保证变电站在工作过程中发出的噪音不会对居民的正常生活造成影响,在进行模块化预制仓式变电站设计时,必须采取以下隔音措施:第一,在设计中选择低噪声轴流风机与消声百页,从源头减小噪声的产生;第二,将变电站设计为具有形状规整、密封隔音等特点的双侧结构箱体;第三,在变电站周边做好环境保护工作,种植相对高大的数木,在美化环境的同时能够起到隔离噪音的效果。
4.3 仓体防腐性能要求
为了增强仓体表面的防腐性能,需要对其使用热喷锌、喷砂、喷锌加涂料等方式进行处理,对于不锈钢彩板,则需要使用喷砂、喷户外高档聚氨酯面漆的方式提高防腐性能。在这些金属材料经过防腐处理后,必须保证其具有较高的附着力,确保仓体表面能够达到40年不出现锈蚀的目的。与此同时,对于仓体的底架,则需要采用喷砂、喷锌的处理方式,并使用沥青漆进行重度防腐,确保40年不出现锈蚀。对于喷锌表面的质量要求如下:必须保证涂层均匀,其中锌层的厚度必须保证在55~65微米以上,并且不会出现裂纹、起皮、掉块等
缺陷。
4.4 仓体保温性能与耐寒性能要求
预制仓的仓体部分一般采用三层的金属结构,应用与冰箱类似的保温工艺。通常情况下,选用的是双层优质钢板,将这两层钢板间填充聚氨酯等防火保温材料,再与环保金属装修层组合在一起。仓体的门板结构中应用了断桥隔热的技术,其中内板与外板处于悬浮状态,间距必须保证在3毫米以上,并在其中填充聚氨酯,保证门板的热传导率在2%左右。与此同时,仓体的内部还要设计安装自动温控装置与能够长时间加热的装置,确保仓内温度的稳定。高低压仓必须拥有高湿排风设施与自动启停空调设备,如果出现隔室内的温度超出0℃~50℃这一温度范围时,空调设备就可以自动启动,能够实现对内部温度的调控。如果相对湿度达到80%以上,高湿排风设施就会启用,有效地降低仓内的湿度。
4.5 仓体密封性能及仓韧ǚ缧阅芤求
为了确保仓体的密封性能可以满足变电站的要求,必须为仓体制作密封条,这些密封条可以使用硅橡胶或三元乙丙等材料制作完成,具有高弹性的特点,且必须保证其使用寿命可以达到10年以上。与此同时,如果仓体内部设有SF6这类电气设备,必须为其设计专门的监测装置以及排风系统,对仓体上的电动进风风阀以及强制排风轴流风机进行有效控制,保证其能够在需要的时候实现快速起停,电动风阀及轴流风机的总通风量需保证每2min将仓体内空气换气一次。此外,在仓体的设计中会存在仓体密封性能与通风性能的矛盾,为了解决这一问题,必须对排风系统采用严格的防尘处理,风机的数量必须能够满足排风与除湿操作的实际需求。
4.6 仓体的抗内燃弧性能要求
预制仓的仓体必须采取抗内燃弧措施,并为其设置专用燃弧泄压通道。燃弧通道的最佳位置应处于单元柜的上方,并且需要与所有功能隔室的泄压通道形成连接,以确保在电气设备出现故障时的人身安全。此外,在设置泄压通道时,开关柜顶部不应设置泄压板。
5 结语
总而言之,在我国电力系统的发展过程中,模块化预制仓式变电站已经成为110kV配网中的重要组成部分,这类变电站具有占地面积小、投入成本低、施工周期短以及可靠性高的优势,是推动电力系统进一步发展的关键因素。
参考文献
[1] 周佳,贝新宇.输变电设施电磁辐射环境影响评价方法探讨[J].世界核地质科学,2010,(4).
[2] 赵璐,王友辉.预制仓式全金属密封变电站在城市中心变电站中的应用[J].东北电力技术,2015,(12).
[3] 王青.智能变电站设计中存在的问题及改进[J].科技创新与应用,2015,(18).
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前言:随着我国城镇化建设的不断发展, 我国对电量的需求呈现爆发式的增长,消耗了大量的资源,为了能够给国家和用户源源不断提供电力,同时还需要满足高效、便捷以及稳定的传送需求,国家电网建设智能电网及更新、升级现存电网任务迫在眉睫,作为智能电网的重要组成部分。
一、智能变电站的特点
智能变电站是指采用智能设备,利用自动化技术满足通信平台网络化、全站信息数字化、信息共享标准化等需求,具有自动化完成信息的采集、测量、控制以及保护等基本功能,并且可以根据需要对电网实现智能调节、自动控制、协同互动等高级功能。 此外,智能变电站的信息处理和信息采集能力比传统变电站层次更深、范围更宽、结构更复杂,可以实现与相邻变电站、电网调度等互动。 目前,智能变电站一次设备的智能化,比如智能化开关以及光纤传感器等,二次设备的通信网络化、设备网络化、运行管理系统的自动化是变电站的关键技术特征。
二、智能变电站的功能概述
1、 紧密联接全网
智能变电站主要由站控层、间隔层和过程层组成,如图 1所示。 其中站控层的作用是对全站设备进行监视、控制、告警和交换信息,并即时完成数据的采集监控、操作闭锁、保护管理;间隔层的作用是对间隔层的所有实时数据信息进行汇总,并对一次设备提供保护和控制; 过程层则用于电气数据的检测、设备运行参数的在线检测与统计以及操作控制的执行等。这三层结构通过以太网、光缆等紧密地联接在一起,使得信息的采集、处理、执行等更加迅速便捷。由智能化变电站的结构图可以看出,智能变电站是智能电网的基础,在智能电网的体系结构中具有重要的作用。
智能变电站的建设需要服从三个有利于, 即要有利于强化在全网的范围内对网络中各个节点之间紧密性的加强, 要有利于统一智能电网, 要有利于互联电网对系统运行事故的有效控制和预防,能够对不同层次的节点实现统一协调控制,在智能电网控制中起到纽带的作用。
2、 分布式电源接入
随着石油、煤炭等不可再生资源的日益耗竭,未来的发电形式趋向于多样性,太阳能、风能等发电形式必然会得到普及应用。 作为分布式电源并网的入口,智能变电站在硬件以及软件设计的过程中都需要考虑到未来分布式电源并网的需求。伴随着大量分布式电源的介入, 配电网由传统单一的单向大型注入点供电模式向分布式发电设备多源多向模块化发展,形成配电网与微网并网运行的模式。 与目前常规变电站相比,智能变电站需要对运行管理、继电保护等方面进行适当调整,以便满足未来更高标准的需求。
3、 设备标准化设计、模块化安装
智能变电站中使用的一、 二次设备都是高度集成与整合的,都采用统一的接口。 在智能变电站正式运行前期,需要对采集的集成装备的一、二次功能进行模块化调试,以免在现场安装的过程中进行大规模的模块化调试,只需简单的联网、接线等操作。 装备、设施的模块化设计与模块化安装不仅仅大量节省了现场施工和调试的工作量, 而且也保证了设备的可靠性。 同时,它使得同样等级变电站的建设过程由于标准设计和模块化而变得不再繁复冗余,实现变电站的“可复制性”,极大的简化了工程的建设过程,提高了变电站的可靠性与标准性。
变电站的装备与设施的标准化设计和模块化安装对于变电站的设备安装于建造环节是一次革命性的变革。
三、智能变电站技术的应用分析
1、双重化网络结构的应用
双重化网络结构为变电站自动化系统提供了处理方案,真正达 到 了 各 厂 商 设 备 能 够 互 操 作 的 目 标,其 具 有 以 下优点:
1.1全方位完备的通信处理方案。对间隔层和过程层之间的通信方法进行了定义,有力地支持了智能一次设备、电子式互感器的信息传送。对变电站之间的通信接口进行了定义,为各区域自动化系统间的通信及完成广域保护做了铺垫。
1.2对报文与性能进行了详细的分类。
1.3实现了通信和应用的独立,能确保通信系统自身的持久稳定性。
1.4统一了各设备间互换信息的标准,实现了各设备间的互操作。
2、电子式互感器
电子式互感器具有暂态性好、体积小、安全性能高等方面的优点,是未来智能变电站需要使用的主要设备。根据原理,可以将电子式电流互感器分成无源型互感器和有源型互感器。下面对其使用策略进行探讨。
2、无源型互感器的应用
对于光互感器来说,全光纤电流互感器的温度、抗震性能都要好于磁光玻璃电流互感器,所以其在试点站中得到了广泛的运用。全光纤电流互感器的稳定性和误差与制作工艺、传感光纤材料、传感器的绕制方法等有比较大的联系。从试点的结果来看,电子元件和电气单元的稳定性是保证互感器正常运行的基础。
3、有源型互感器的应用
3.1一般情况下,在低电位安装GIS电子式互感器的远端模块,不用进行激光供电,具有良好的稳定性,供电成本也不高。不过由于GIS设备和电气耦合关系比较紧密,要考虑其电磁兼容问题,尤其是在隔离开关操作过程中引起的瞬态过电压对模块造成的影响。
3.2对于罗氏线圈等类型的有源型电子式互感器,其温度特点和电磁兼容性是需要重点注意的地方,如果不能很好地进行处理,会直接对保护设备运行的稳定性造成影响。另外,对罗氏线圈的积分环节也要给予足够的重视,如果处理不好,会对ETA的暂态性造成影响,甚至会出现直流偏移和拖尾的情况。
3.3AIS电子式互感器一般安装在远端模块高压侧,需要进行激光供电,成本比较大,运行可靠性不高。而且,远端模块的使用寿命会对电子式互感器造成影响,当前大多数电子式互感器故障都出现在远端模块,比较常见的原因有进水、高温等。
4、选取继电保护的跳闸方法
4.1网络跳闸。网络跳闸可以使光纤接线变得简单,使光口数量得到控制与保护,有利于设备及时散热。但是因为增设了交换机,所以只要交换机发生故障,就会失去控制保护作用。现阶段,大概有25%的试点站采用了网络跳闸方式,就当前的情况来看,网络跳闸的可靠性较高,还没有出现因交换机故障而引发的保护失效状况。由于网络跳闸削减了中间环节,所以能减少延时。
4.2点对点跳闸。由于其配置较多,致使发热量较大,进而严重制约安装设备的使用寿命。
四、智能变电站前景分析
与智能电网系统中的其他环节相比较,我国智能变电站已经达到能够进行大规模推广的时候,目前已有许多的二三级城市正在或者已经建成了智能化变电站。针对目前智能变电站的建设情况,未来我国进行智能变电站的研究和建设应从如下方面进行:
1、加强对 IEC61850 标准和智能变电站技术的理论研究;
2、进行标准化设计,采用 IEC61850 标准,使站内标准达到统一;
3、对以太网技术进行更加深入的研究,采用以太网来构建智能变电站的通信平台;
4、研究新型的互感器技术;
5、在智能化一次设备的基础上,对在线监测和电气设备的智能控制技术进行进一步的研究;
6、采用智能调度技术,开展能够适应于智能电网系统的智能变电站更高层次的应用、状态检修等方面的理论研究与技术探索,从而制定出实用型的技术应用方案;
7、不断加大示范工程的建设力度。
五、结束语
综上所述,变电站智能化已经成了一个不可逆转的发展趋势。 作为智能电网的重要组成部分,必须对智能变电站建设中的关键技术进行不断的研究和改进, 将先进的电力电子、通信、计算机、控制技术互相融合,才能最终达到资源优化配置的目标,实现智能变电站在城镇化建设中的重要作用。
参考文献:
[1]张晓更. 我国建设智能变电站的必要性及其前景探析[J]. 机电信息,2013,03.
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为集成应用新技术、 深化标准化建设;适应“大运行”、“大检修” 要求;提高智能变电站建设效率;全面提高电网建设能力。国网公司2013年决定继续选取部分110kV~500kV变电站作为第二批配送式变电站试点。110kV慈云变电站作为第二批试点工程,于2014年2月开工建设,2014年9月竣工投产。结合工程特点,总结配送式变电站设计中关键二次技术要点。
2 标准配送式变电站技术特点
配送式变电站遵循“安全性、适用性、通用性、经济性”协调统一原则,实现安全可靠、技术先进、节约环保、节地节资。
概括为“标准化设计、工厂化加工、装配式建设”。
(1)标准化设计
应用通用设计、 通用设备。 一次设备与二次设备、 二次设备间采用标准化连接, 实现二次接线“即插即用”。支撑“大运行、大检修”,实现信息统一采集、 综合分析、智能报警、按需传送。实现顺序控制等高级应用功能模块化、标准化、定制化。
(2)工厂化加工
建、 构筑物主要构件,采用工厂预制结构型式。保护、 通信、 监控等二次设备, 按电气功能单元采用“预制舱式组合二次设备”。一、 二次集成设备最大程度实现工厂内规模生产、 集成调试。
(3)装配式建设
建、构筑物采用装配式结构, 减少现场“湿作业”, 实现环保施工,提高施工效率。采用通用设备基础,统一基础尺寸, 采用标准化定型钢模浇制混凝土, 提高工艺水平。推进现场机械化施工,减少劳动力投入, 降低现场安全风险,提高工程质量。
3 二次设备布置及预制式组合二次设备舱
(1)二次设备布置
全站仅设置1面Ⅲ型预制式二次组合设备舱,放于配电装置区,取消二次设备室。交直流一体化电源布置于10kV开关室内,一体化电源模块柜主要包括2个模块: 1组蓄电池+直流馈线柜+直流充电柜;交流进线+分段柜。一体化生产、调试,整体运输,减少现场拼柜及柜间布线调试时间。智能终端合并单元一体化装置安装于预制式智能控制柜内,在厂内安装调试后配送至变电站。
(2)预制式组合二次设备舱
舱体尺寸12200×2800×3133mm(长×宽×高),保护测控装置屏柜尺寸统一为2260×600×600mm(高×深×宽),服务器柜尺寸统一为2260×900×600mm(高×深×宽),为增加舱内屏柜数量,预制舱采用“前接线前显示”二次装置,屏柜双列布置。
舱内二次设备按照功能分为站控层设备模块、间隔层设备模块、通信设备模块。预制舱内二次组合设备,含消防、通风、照明等附属设施均在工厂内规模生产、集成调试、模块化配送,实现二次接线“即插即用”,有效减少现场安装、接线、调试工作,提高建设质量、效率。
4 二次设备前接线技术
(1)保护、测控装置“笔记本式”前接线方案
在保持现有装置硬件结构基本不变的情况下,保留操作显示面板,面板和装置插箱一体,显示面板的一侧和插箱面板通过铰链相连。正常工作时,显示屏遮挡住插箱内部的端子接线、连接器、板卡等;操作显示屏时,只需要打开屏柜门。前接线示意图如图4-1所示。此方案对现有装置硬件结构改动量小,同时可满足施工、运行使用需求。但设计中要注意面板电源供电可靠性及电磁干扰问题,目前主要设备厂家均已解决干扰问题。
图4-1 “笔记本式”前接线装置效果图
(2)电源模块 “热插拔式”前接线方案
交直流监控装置、绝缘监测装置本身采用插件式安装,所有的插件板均可独立的从装置中抽出,可将原装置旋转180°,使接线端子朝向屏前方,液晶显示面板可与上述保护、测控装置类似前置布置。
整流模块、DC/DC变换器、UPS电源模块采用的多个模块组合设计,模块本身是热插拔设计,无需改为前接线即可方便安装和检修。
其他元件包括开关信号采集模块、开关遥控控制模块、蓄电池巡检模块、辅助电源模块和继电器装置等。这些元件本身不带显示面板,实现前接线方式非常方便。
5 预制电缆及光缆
慈云变110kV及主变一次设备至智能控制柜间电缆使用预制航空插头,实现二次标准接口。预制电缆采用圆形高密度航空插头,体积小,密度高,单端预制。
户外预制光缆与舱内装置连接方案采用光纤集中接口柜+舱内尾缆方案,舱间长光缆统一采用4、8、16、24芯,双端预制;舱内尾缆由厂家连接后连同二次设备舱整体配送。
6、信息一体化及高级应用
站内信息内容应规范化及标准化,采集采取统一命名格式,实现信息分类展示。
本站高级应用功能由站控层设备集成实现,主要的功能有顺序控制、智能告警及分析决策、事故信息综合分析辅助决策、支撑经济运行与优化控制、源端维护等功能。■
参考文献
[1]高美金,傅旭华. 标准配送式变电站的特点与建设[J].浙江电力,2014(03).
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智能变电站是通过变电站建设过程中,安装和使用先进的变电设备,并通过信息技术和网络技术的使用,使变电站的运行具有自动化、智能化的特点。智能变电站可以有效提高变电站和电力网络运行中的稳定性,提高运行问题的解决能力。智能变电站在运行过程中,通过先进的网络技术和信息技术的使用,可以使变电站在变电站本身或者电网出现问题时,自动对相关问题进行修复和解决,或者提前向电力管理监测单位发出预警信息,从而减少电力运行过程中的故障给电力企业和用电客户带来的不便和损失,增强电力管理部门的问题处理能力。此外,在智能变电站的建设过程中,通过高科技的使用,还能大大提高变电站信息采集、检测等工作的精确性。
2.智能变电站关键技术分析
2.1硬件的集成技术
在以往的变电站建设过程中,变电站的信息采集和信息处理都是通过中央处理器与芯片或设备的配合来完成的,相关数据的计算和分析都集中在中央处理器中,这就造成变电站的相关数据的采集和计算都要中央处理器来完成,中央处理器的工作性能直接决定了所有变电站工作的质量。这样很容易造成中央处理器在处理信息数据时,无法做到及时有效。随着技术的发展进步,智能变电站的硬件设计越来越模型化、自动化和模块化,这就使得变电站在进行硬件设计时,可以针对不同板块的技术要求,进行模块化的设计,从而分散信息数据处理过程中过于集中、低效的问题,使信息的处理和计算更加实时性,从而保障变电站信息处理和传输的及时有效。
2.2软件的构件技术
在变电站的建设过程中,变电站软件的构件设计,是保障电网信息传输和测量、控制的实时、迅速的有效手段。在设计过程中,针对变电站的发展需要和电力网络的运行规划,在变电站和电力管理部门之间进行智能变电站软件构件的安装设计,可以使变电站的电网信息和管理部门之间形成远程信息传输,实现变电管理部门对电网运行中的问题进行远程的维护和管理,并根据智能变电站的智能修复和处理技术,对相关问题进行自我处理和修复,实现变电站系统和设备系统模型的自动重构等功能。
2.3信息的管理存储技术
信息的储存是进行电网管理的重要依据,信息的准确采集和传输的安全性是当前电网运行过程中,容易出现问题和需要进行提高的重要环节。智能变电站在信息采集和传输过程中,在遇到意外情况和干扰因素的情况下,可以根据其自我修复和自我处理功能,对相关问题进行自我解决,从而保障信息采集和传输工作的安全性,使电力管理部门获得的电力数据和信息更加科学、准确。
3.智能变电站的构建方式
3.1体系架构
智能变电站在体系建构上,为了保障变电站的各项功能的充分发挥和各部分之间的有效配合,其构建更加完善、紧凑,更有利于变电站发展过程的高效率建设。智能变电站在设计过程中,由于要考虑到各个硬件设计之间的独立性和配合性,在实际建设过程中,虽然各模块之间更加紧凑,但是却互相具有更高的独立性。而为了保障信息采集传输的安全有效,在软件构建和硬件的设计上,又保障了各个模块之间的紧密联系和密切配合,从而使智能变电站既实现了各个硬件模块之间的独立高效运行,又使得智能化的结构整体形成密切的配合关系,从而实现了设计的完善和紧凑,提高了运行的安全和灵活高效。
3.2保护控制策略
继电保护是电网发展过程中提高电网保护措施和事故防范措施的重要手段,以往变电站的继电保护由于缺乏智能化、自动化的技术手段,往往采取定期检测的保护措施,这种保护方式无法监测到电网发展过程中的动态变化信息,对可能出现的问题无法进行跟踪检测。智能变电站的建设,可以通过网络和信息技术的设定,对电网运行过程进行实时监控,对电网运行过程中的运行状态进行自动判断,并根据评价结果采取自动调整的保护措施,从而使继电保护动作更加实时快捷,并实现了对动态电网信息的实时检测。
3.3信息安全策略
信息安全是电网发展中的重要问题,也是智能变电站建设的主要方向之一。智能变电站在建设过程中,由于广泛使用了网络技术和计算机技术,其信息传输过程也受到了这些技术带来的风险威胁。智能变电站在信息网络建设过程中可以充分提高变电站的智能水平,升级智能设备的的性能和防护能力,实现对变电站网络通信质量的实时监控和维护,并对网络内传输的信息进行保护,防止来自网内外的恶意攻击和窃取。除此之外,网络防火墙技术、加密技术、权限管理和存取控制技术等计算机网络安全技术的发展也为电力系统信息安全防护策略带来了新的发展思路。
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1 220kV变电站电气一次设计的原则
一般情况下,变电站的电气设计都需要坚持安全可靠和可持续的发展原则,了解和分析需要,选择科学合理的方案、模块的设计。220kV变电站由于具有一定的特殊性,因此在设计过程中需要遵循特定的原则。第一需要保证主接线设计方案的可靠,使得每一个模块都能够做到无缝对接。第二设计的标准达到统一,避免在变电站建设中出现与标准相矛盾的情况[1]。第三要实现实现供电企业的经济效益最大化,统筹分析变电站项目,保证近期以及长远效益的顺利实现。第四就是不同的地区需要有不同的设计方案,根据设计的形式、规模以及条件等满足变电站的需要。第五要使变电站能够与周边的环境相适应、相协调。
2 220kV变电站电气一次设计的问题
2.1 主接线设计问题
在变电站的设计中,为了保证电网系统的稳定与可靠,一般使用比较复杂的主接线,但是这种形式的成本维护比较好,并且随着设备数量的增加使得变电站的面积也会增加,对于城市的发展是不利的。并且在变电站设计中忽视城市今后的发展,预留空间不足。变电站的设计中主要考虑其可靠性与安全性,但是对于系统的维护重视不足,如果出现问题,复杂的接线就会增加维修的难度,产生不利的影响。
2.2 电气设备选择的问题
变电站的电气设备主要有变压器、断路器、电流互感器、隔离开关等[2],设备选择的过程中一般会遇到短路电流计算等问题。为了提高电气设备的稳定性、经济性以及灵活性,满足电力系统的发展需要,应校验不同点的短路电流。如果电流计算不正确,电气设备也会出现问题,对电力系统的综合安全运行产生影响。如果在选择电气设备时没有全面的考虑系统,会缩减设备的使用寿命,系统的可靠性也会受到影响。
2.3 防雷设计问题
近年来,极端天气频发,雷击事件时有发生,如果变电站遭到雷击,将会给电网系统带来沉重的影响与损失,因此必须要做好变电站的防雷设计,使其能够在恶劣的天气下安全平稳的运行。如果在变电站设计中没有对接地设备的抗腐蚀性进行全面的了解,就会造成接地局部出现断裂的现象。不同地区的变电站需要有不同的防雷设计,科学选择,科学的防雷。
3 220kV变电站电气一次设计的有效策略
当前,我国的电力事业快速发展,220kV变电站的设计与建设技术已经比较成熟,并且具有标准化的技术与设备。220kV变电站的设计是要实现变电站的模块化发展,对220kV变电站电气进行一次设计,将其划分为功能相对独立的模块,然后根据变电站的实际情况进行技术上的规范,实现各模块间的有效衔接,满足变电站设计的实际需要。
3.1 变电站电气主接线的设计
在变电站的设计中,电气主接线的设计是十分重要的组成部分,电气主接线设计最基本的要求就是实现其可靠性,保证变电站的平稳运行,能够实现不同电网间的有效转换。变电站电气一次设计中,电气主接线以及电气总平面布置方式是重要的模块,将二者准确地进行设计和布置,能够在一定程度上保证电力系统的稳定运行。电气主接线设计中,应合理优化模块主接线方案,减少后期运维压力。设计中不仅要做到电气主接线设计的可靠、灵活,还需要努力促进其经济效益的最大化。
3.2 电气设备的选择
在 220kV 变电站电气一次设计中,为了能够不占用大面积的土地,需要选择用地比较小的电气设备。主变可以使用高阻抗产品[3],这种产品的技术比较成熟,有助于促进电气设备运行稳定性的实现。虽然初期成本投资比较多,但是这种设备的后期维护成本不高,并且能够保证其运行的安全性,促进技术水平的提高,实现电气的经济效益。在选择电气设备时,主接线以及变电站的负荷变化都会对方案产生影响。实现220kV变电站电气一次设计模块化,可以利用计算机系统程序对电气设备进行科学的配置,保证设备选择的科学合理,减少计算的数量。
3.3 接地设计
通常而言,变电站接地设计采用独立接地网。常见的降低接地电阻的方法有自然接地体、深井接地、采用降阻剂、增加地网的埋设深度、局部换土、利用深孔爆破接地技术、扩大接地面积等等。设计中应针对变电站站址具体地质条件,选择合理的接地方案及接地材料,保证电气设备正常运行,避免出现触电事故或者是火灾的发生,造成财产损失。
3.4 防雷、照明设计
220kV变电站电气一次设计中,变电站一般使用避雷针进行直击雷的保护,对其附属的设备进行避雷接地保护设计设置[4],能够使变电站避免直击雷的破坏。采用ATP-EMTP对雷电侵入波在变电站内各设备上产生的最大过电压进行计算研究,合理配置避雷器等设备,避免对电气设备造成破坏。为了使变电站的维护更加便捷、有效,还需要做好照明设计,不仅要保证正常的照明,还要进行事故照明的设计。依据不同的工作面,合理设计工作照明,使电气设备的工作得以顺利开展。电力维护人员还应该在应急通道内增加事故照明系统建设,使电力维护人员能够在电力故障发生时继续开展工作。
4 结束语
综上所述,220kV变电站电气一次设计中涉及很多内容,本次研究明确了220kV变电站电气一次设计过程中应遵循的原则以及存在的相关问题,找到科学、有效的设计方式,促进220kV变电站电气一次设计水平以及质量的提升,使电气设备能够安全稳定的运行,促进电力企业实现良好的经济效益以及社会效益,促进电力事业稳定有序的开展,更好地为人民群众提供便利的服务。
参考文献
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随着我国经济的飞速发展,电力需求也不断增长,客户对电能的质量要求也越来越高,传统的电力网络已不能满足发展的需要和客户的要求。为了更好的服务经济和社会发展,智能电网的建设可谓势不可挡。而智能变电站作为智能电网的重要环节,不但为整个电网的安全稳定运行提供数据分析,同时也为智能电网的高效运行提供了技术方面的支持。因此,研究实现智能变电站的主要技术手段就非常有必要了。
2.变电站的发展阶段
我国变电站的发展经历了从传统变电站到智能变电站的发展阶段,中间经历了综合自动化变电站和数字化变电站。传统变电站保护设备以晶体管、集成电路为主,二次设备按照传统的方式布置。综合自动化变电站是随着微机保护技术和计算机通信技术的发展而产生的。利用计算机技术和通信技术对变电站的二次设备进行重新组合、优化,实现对变电站设备运行情况进行监测、控制和协调。数字化变电站则实现了整个变电站信息的网络化及断路器设备的智能化。如今的智能变电站则是实现信息采集、测量、控制、监测的全自动化,且可进行必要的自动调节,在线分析决策等功能。智能变电站的变电站本身具有高度的可靠性,同时它还能进行自我诊断和自我治疗,对可能发生的故障进行预测并作出快速反应。智能变电站收集的信息不仅能够实现站内共享,而且能够实现与电网中相应的高级系统之间的互动。此外,智能变电站还具有高集成度、低碳环保的特点,集成度高但功耗低的电子元件被广泛应用于各种设备中,采用新技术新工艺不仅降低了变电站的成本而且符合环保的要求。
3.智能变电站的关键技术
智能变电站将先进的科学技术应用到变电站系统的建设当中,通过对变电站相关信息的获取和共享,集成站内各种功能,实现变电站内各种功能的重构,提高了变电站的适应性和灵活性,增加了变电站运行的安全性和稳定性。但是,当前的技术并不能完全满足智能变电站建设的需要,还存在许多的技术壁垒阻碍智能变电站的建设。因此,要更好的建设智能变电站就必须突破各专业之间的技术壁垒,深入透彻的理解智能变电站内关键技术的内涵,从而更好的建设智能变电站。
3.1硬件的集成技术
以往的变电站的信息处理过程和数据计算机相关分析都是依赖中央处理器来实现的,各种功能运行的效果和质量很大程度上都取决于中央处理器性能的高低。这种设计存在很大的弊端,首先中央处理器能够集成的资源是有限的,而智能变电站需要对各种信息进行处理,因此它不能满足智能变电站对资源的要求。其次,中央处理器集成的硬件资源并不都是智能变电站所需要的,一些资源可能不可用从而造成资源的浪费。再次,嵌入式系统中操作系统的复杂性也使系统的测试的难度增加。随着电子学的不断发展,硬件系统的设计不断出现了模块化、集成化的特点,使得硬件设计可以针对不同的功能进行相应的模块化设计,硬件系统可以用来实现一些以前用软件来实现的功能,从而保障逻辑处理的准确性和安全性,提高设备的集成度,同时模块化设计也有利于智能设备的检修和升级。可见硬件的集成技术将为变电站硬件设计掀开新的篇章。
3.2软件的构件技术
软件系统在智能变电站中具有强大的功能,他不仅能够实现传统的信息管理功能而且能够实现站内状态估计、检测,远程维护等许多高级功能。所以软件构件技术的应用不可缺少。软件构件技术是灵活、实时的软件系统实现的基础。软件构件技术成熟运用的前提是较好的软件结构体系。在智能变电站中应用软件构件技术一方面可以提高智能变电站软件的效率和弹性,将低开发的成本;另一方面魁加强系统功能之间的互相配合,合理有效的对变电站内系统功能进行配置。
3.3信息的管理存储技术
信息系统的高度集成和数字化信息平台的统一使得智能变电站具有良好的经济性和外延性。同时使信息资源的共享和分配也有了相应的平台。但是,大量的信息的收集也为信息的实时传输到来了阻碍。目前,以太网的发展还不能满足智能变电站对信息的需求,所以信息的分级传输和存储就变得非常重要,信息的优先级传输和就地存贮的目的是为了实现信息循环数的准确性和安全性,对信息进行分层管理,根据不同的信息设置不同的安全保障策略,从而提高信息传输的安全性。
3.4分布式电源的保护控制技术
将分布式电源引入智能电网中,提高了智能电网的运行效率,增加了智能电网的灵活性,分布式能源接入电网后将对电网的频率、电压稳定等产生影响,所以如何保证在任何情况下继电保护系统都能对电网做出快速、可靠地保护是智能配电站面临的难题。分布式能源的保护策略有低压保护、全线速动保护、高频切机和低频减载等保护。分布式能源的控制重点主要是对并网进行控制,并网后会改变电网的供电配置格局,增加系统的不稳定因素。所以,必须使用自动同期控制和重合闸控制相结合的方式。
4.智能变电站的构建
4.1智能变电站的体系架构
智能变电站的体系架构功能应更加完善,更加符合变电站的技术要求。智能变电站高度集成的模块化硬件设计和分散控制的设计思路使得信息采集和各模块的分工协作得以高效完成,同时保障了硬件系统的可靠性。智能变电站紧凑的系统架构是变电站内的各项功能都发生了改变,通过硬件的集成和嵌入式系统软件构件技术的采用,使智能变电站的功能系统更加的灵活、安全和可靠,提高了变电站设备的集成程度和自我协调能力,使变电站系统的数字化、信息化程度有了很大提高,同时简化了系统的维护工作,减少了工程的实施成本。
4.2智能设备的设计和应用
智能设备是实现智能变电站的一项技术基础。智能设备是由多个高压设备和智能组件的组合形成的,这种组合可以由多种方式。智能设备的使用可以对变电站内的一次设备进行实施的监测,可以对一次设备的运行情况和故障类型进行判断和评估,从而利于设备的在线运行指导和维修。此外将智能设备应用到变电站中还可以减少变电站运行的管理成本,提高电网运行的可靠性。
4.3保护控制方法
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1 变电站自动化监控系统概述
在国家电力建设改革过程中,对电力系统改造提出了两点要求,第一,尽可能减少投资,提升建设效益,保证电力系统整体的运行水平;第二,确保电力系统运行的安全可靠性。变电站作为电力系统中关键的环节,与电力经济效益、安全运行息息相关。计算机技术、电子技术、通信技术等不断的发展,为变电站实现自动化监控提供了技术基础。变电站自动化监控系统就是运用这些技术,通过有效的设计,在硬件设备以及软件程序的共同支撑下,对变电站运行情况进行实时监控,保证变电站运行的安全性,对电网综合自动化发展做出巨大的贡献。
2 变电站自动化监控软件开发
现阶段,程序设计方法多种多样,但以模块化程序设计与面向对象的程序设计为主,将两者有效地结合起来,形成一套完整的变电站自动化监控系统开发模式。变电站自动化监控系统一般使用后台软件,结合模块化和面向对象的程序设计方式,基本上确定了后台软件应有的功能,由这些基本功能构成系统的主要特征。采用模块化程序设计的方式,将后台软件分为若干个子系统,包括数据库管理系统、报表系统、通讯系统、主控程序等等,每一个子系统由简单的数据关系构成,容易建立模型。因此,在具体的软件开发设计中,一般采用分层分析设计以及线程技术方法。
2.1 分层分析设计方法
根据变电站业务处理、控制流图以及数据流图等,明确后台监控软件的主要层次,即数据处理层、通信层、应用层、数据存储层等,利用分层分析设计方法,逐层进行分析与设计,对层与层之间的接口进行明确规定,降低开发的难度,提高数据接口的兼容性以及移植性。
2.2 线程技术方法
以线程技术为主的变电站监控主站,能够利用不同的线程完成不同的任务,合理区分线程的优先级别,就能够完成实时性不同的任务,提高了变电站监控系统中数据处理效率,保证各项紧急任务发生后系统的响应速度。
3 变电站自动化监控软件的构成
变电站自动化监控软件的构成分为三个部分,即底层数据服务器、中间层数据库以及高层应用程序。
3.1 底层数据服务器
该层具有数据处理以及通讯两种功能,能够接收到RTU采集的实时数据信息,包括变电站运行的状态量、模拟量以及时间顺序等等,同时还能够向高层程序层的RTU发送控制命令,并显示源码数据。对原始的数据进行有效的处理,形成实时数据,并及时传输到中间层数据库中,提供给应用软件使用,确保信息的实时性。
3.2 中间层数据库
中间层数据库主要是面向应用程序,具有系统功能分析,是整个数据信息结构的核心,能够为高层应用功能模块提供各种有用的数据信息。根据系统性能的不同,将数据库分为实时数据库、参数数据库、历史数据库以及辅助数据库几类。
3.3 高层应用程序
高层应用程序具有多个功能,包括监视功能、遥控遥调功能、数据采样计算处理功能、打印功能、接线图编辑显示功能、报表功能、参数管理功能、人机接口功能以及系统安全维护功能。该层的应用程序,能够将变电站运行的实时数据信息进行处理,并对数据库信息进行监测,发现异常情况就会发出警报,并做好备份工作。对相关的数据信息、报表等还能够进行打印,为系统设置、维护等提供配套的参数管理,根据用户操作内容的不同,设置有效的权限管理。
4 变电站自动化监控系统软件结构设计
在变电站自动化监控系统后台软件设计过程中,考虑到数据功能的组合与分散,系统通讯以及数据处理功能都是为高层应用程序提供有效的数据,如果将两者分开,必会影响数据处理的时间,也会增多数据传递时间,将处理过程复杂化。所以,一般需要将通讯与数据处理功能进行组合,形成一个独立的功能模块,我们称之为数据服务器,两者的组合能够节约数据处理时间,提高系统整体的效率。同时,数据库管理、报表功能、数据存储功能、远动功能等功能之间数据联系较少,独立性较强,可以实行分散,尽可能使其与应用数据发生联系,形成以数据为中心的功能结构,便于系统操作和维护。
值得注意的是,在变电站巡检操作人员操作设备过程中,在主控室操作后,又必须到现场查看并验证一次设备的实际位置,如果操作项目多的话,过程反复又浪费时间,自动化的程度还有待提高。假如操作人员在主控室或调度室就能查看一次设备的运行工况,则会大大减少操作人员的劳动量和时间。所以,未来的趋向将是在一次设备附近装设视频和声控系统,通过远动和通信系统进行数据采样和传输,运行操作人员在远方就能对设备的运行工况及状态变化情况了如指掌,同时又减少与高压设备危险接触的不定因素。但就目前而言,大部分人员计算机技术能力有待提高,只能进行简单分合闸操作以及线路改命名等简单的数据库编译工作等,遇到复杂问题仍需向厂家求助,这一问题需要后续解决。
5 总结
通过上述分析可知,随着社会经济快速发展,电力事业改革工作正如火如荼地进行中,各行各业对电能的需求量不断提升,给电力系统运行的质量提出了更高的要求。变电站是电力系统中关键的组成部分,是输电系统中关键环节,在信息技术、通信技术、计算机技术等的发展过程中,我们要通过合理的设计,建立变电站自动化监控系统,对其运行进行有效的监控,保证变电站运行的安全与稳定。
参考文献
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[3]唐磊,陈伟荣,蒋志玲.变电站远程视频监控系统设计方案探讨[J].电气自动化.2013,2391):36-37.
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1 智能变电站继电保护技术的分析
变电站已经从传统的模式向数据化智能化方向发展,随着智能化变电站的成熟完善与广泛应用,也意味着对继电保护提出更高的技术要求,传统的继电保护技术已经无法满足智能化变电站的要求,继电保护技术作为电网的安全防线,在系统发生故障时及时作出反馈,隔离故障点,为智能变电站系统的稳定运行提供安全可靠的保障,对于智能变电站的安全性意义重大。
1.1 变电站与继电保护技术
在变电站的进化历程中继电保护机制也在发生着变化,由传统的模拟式逐渐向数字式进行转变,在传统变电站的继电保护机制中主要以装置为组织核心,而由于智能化变电站主要依赖于信息网络,从而达到信息的共享和交互,针对智能化变电站的网络性能,继电保护在构成设备、架构形态以及运行模式等方面也向微机保护阶段发展。变电站的继电保护装置主要包括线路的继电保护、变压器的继电保护、母联的继电保护等,这些继电保护装置主要安排在过程层,通过智能操作箱直接对信息进行采集、处理和交流,实时掌握信息的实时性可靠性。线路的继电保护是指在变电站的线路系统中按间隔配置智能监控装置和安全自动装置,可以检测变电站的运行状况,并将测控的信息传输到网络系统中,继电保护模块单元对信息进行处理后提供保护指令,做出跳闸等相应的响应措施。
变压器的继电保护属于过程层保护。在变压器内,继电保护装置的配置方法为分布式,从而达到差动保护的效果。在此系统中,保护模块是单独安装的,断路器是通过电缆接入继电保护系统中,主要应用非电量保护模块进行继电保护。母联继电保护架构简单,主要采用点对点的模块进行分段保护,同时配置过电流保护和限时电流速断保护。
1.2 智能变电站继电保护的技术特点
1.2.1 继电保护装置硬件模块化
对于继电保护系统采用统一的运行平台,采用微机智能系统实现信息的采集、测量、逻辑运算等等功能。传统变电站的机电保护系统数据的采集由保护系统进行,由于保护装置的差异导致数据采集及出口硬件难以统一,从而难以实现模块化。而智能变电站有着三层两网的架构,系统的运行平台统一,从而容易实现部分插件的标准化和模块化。
1.2.2 继电保护装置软件元件化
智能变电站中自动化技术的不断完善实施,导致传统的继电保护系统需要不断地进行相对应的修改完善,而且不同的领域保护系统程序也有所差异,从而大大降低了保护装置的可靠性。智能变电站的继电保护原理基本已经完善成熟,可以对智能变电站的继电保护系统采用的软件进行元件化,从而实现元件的标准化,提高保护系统的可靠性。
1.2.3 继电保护功能网络化
智能变电站中“两网”的组织架构可以将过程层智能终端和合并单元采集的数据信息进行交互和共享,同时对于继电保护系统的数据信息进行共享,这样就可以在同一微机设备上对不同的保护系统的信息进行处理和反馈,实现保护体系的一体化。
1.3 智能变电站的继电保护运行和维护
智能变电站的继电保护系统是否正常决定着智能变电站的安全,对整个智能电网系统至关重要,因此需要对继电保护装置的运行和维护进行研究,并且需要对保护装置进行调试和维护,才能做到预防安全隐患,保护智能变电站的作用。关于继电保护装置的调试主要包括对继电保护元件的调试,通过对元件的性能、插件、安装位置等方面进行检测达到调试目的;对信息通讯网络的调试;对继电保护线路通道的调试;除此之外还要对外观和电源进行检查和调试。
除了定期对继电保护系统进行调试以外,还要对继电保护系统进行维护,主要包括正常运行状态下的维护和故障状态下的维护。正常运行下对继电保护装置的维护主要是日常的检修,对运行调度情况进行巡视检修,对运行参数及设备的运行情况进行备份,确保设备的正常运行。异常情况下的系统维护可以采取常规的维护处理方式进行调试维护。主要考虑间隔合并单元的故障、智能终端故障、交换故障和信息通讯网络的网络交换机故障,对故障设备运行维护处理,确保智能变电站的安全稳定运行。
2 结论
智能变电站是电网智能化自动化的标志,而如何在如此高速的发展状态下,让继电保护跟上节奏,保障智能电网的安全性和稳定运行,为国家的智能电网发展战略做出贡献,将是所有研究者和工作人员的重大挑战。目前继电保护在运行模式上受智能变电站的影响正在向着自动化保护系统方向发展,但是依旧存在着一些先天性不足,因此在未来的工作中还要在传统变电站继电保护的基础上,结合智能变电站的自身特点,对智能变电站的运行模式,系统设备维护调试等方面进行研究。
参考文献
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作者简介
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一、智能变电站
1、智能变电站的特点
1.1 智能化的一次设备
一次设备被检测的信息回路和被控制的操作驱动回路,、采用微处理器与光电技术设计,简化了传统变电站的控制回路结构。运用网络信号传输取代传统的导线连接,提高了变电站设备的通信质量,实现了变电站设备的智能化控制。
1.2网络化的二次设备
继电保护、防误闭锁、测量控制、故障录波、同期操作等装置的二次设备在变电站系统中发挥着极其重要的作用,这些装置对变电站的每个环节都起一定的作用。自动化技术应用于智能变电站后,上述设备之间的连接全部采用先进的互联网通信技术,二次设备不再出现常规功能装置重复的 I/O 现场接口,通过网络真正实现设备资源共享和数据共享。
1.3 运行管理系统自动化
在智能变电站运行过程中,运行管理系统起着非常重要的作用,比如电力运行数据的统计、数据的分层化操作和自动化的分流操作等。如果变电站在运行过程中出现问题,系统会及时进行故障分析,输出分析报表,并指出故障源头,进行自动检修。如果变电站无法做到自动检修,则会“通知”工作人员协助进行故障检修工作,将系统维持在正常的工作状态。
1.4 网络技术自动化
互联网通信和信息技术是智能变电站的核心技术,维持着整个变电站系统的运行。在传统变电站系统中,数据的采集、统计、整理和分析由 1 个 CPU 系统来完成,这种方法方便、快捷,但采集与分析数据的能力较差。在自动化技术运用于智能变电站后,整套系统采用多个 CPU 来操作,并采用相应的操技术对 CPU 进行控制,使其分工协作,高效、高质量地维持变电站的运行。
二、智能化变电站远动自动化的概述
在电力系统中,智能化开关、光电式电流电压互感器等一大批变电站智能化管理技术相继出现。并在我国计算机高速网络的不断普及过程中得到进一步深化。当前已经基本实现了对变电站所有信息采集、管理的数字化。智能化变电站远动自动化技术是经通道对被调度对象实行遥信、遥测、遥控、遥调的一种技术。其中遥信即遥远信号,其作用是将被监视的发电厂。智能化变电站的主要设备及线路的断路器位置信号及其它用途的信号传送给调度所,在调度所模拟盘上用灯光信号直接反映或用其它显示装置反映出来。遥测即遥远测量,其作用是将被监视的发电厂,变电站的某些运行参数传送给调度所,在调度所一般可以用表计模拟量或数字量显示其参数;遥控即遥远控制,其作用是调度所值班人员,通过远动装置对智能化变电站的某些设备进行控制。遥调即遥远调节,其作用是在调度所直接远方调节发电厂的有功或无功出力,也可用于远方调节带负荷调压变压器的分节头等。
三、智能化变电站远动自动化系统的功能特点
智能化功能的应用与开发,为变电站的信息采集,传输和全智能的处理提供了物质和理论的基础,提高了现代计算机技术在变电站中的应用,计算机高速网络在实时系统中的开发应用,势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响,全智能化的变电站自动化系统即将出现,我们在以下的文章中对于智能化变电站远动自动化系统的功能特点进行了简要分析,如下:
1、技术性能
智能化变电站硬件系统需要选用技术比较成熟,以及比较先进可靠的工业产品设备,系统内所有的模件也应该是固态电路、模件化、标准化与插人式的结构。硬件还要具备较好的可维护性,支持系统整体结构的扩展与功能的升级,系统硬件接口还需要采用工业标准与国际标准。智能化变电站远动自动化系统还可采用开放与分层分布式的网络结构。系统软件还需要具有比较好的兼容性、可靠性及可移植性。同时,系统还要具有良好的电磁兼容的特性,不可发生拒动或误动,及扰动等影响其监控系统的正常常运行。系统需要采取相应措施,避免或阻止因为计算机的病毒侵害,所造成的系统内存数据的丢失与系统损坏等不良影响。其中智能化变电站中,断路器的智能化,代替了常规机械结构的辅助开关和辅助继电器,实现按电压波形控制跳、合闸角度,精确控制跳、合闸时间,减少暂态过电压幅值;检测电网中断路器开断前一瞬间的各种工作状态信息,自动选择和调节操动机构以及灭弧室状态相适应的合理工作条件,以改变现有断路器的单一分闸特性;在轻载时以较低的分闸速度开断,而在系统故障时又以较高的分闸速度开断等,这样就可获得开断时电气和机构性能上的最佳开断效果;断路器设备的信息由微处理器直接处理,并独立执行当地功能。
2、监控保护装置结构及特点
模块化的结构,GE-UR系列的监控保护装置是采用模块化的结构,给设计和维修,以及扩展带来了极大的方便。其根据功能与信号类型来划分模块:电源、cpu、开关量输入、开关量的输出入、开关量输入的输出、等等模块。因为UR系列的监控保护装置所采用模块化的结构,用户还可通过选择不同种类的模块,来组成不同类型的装置。
3、实时监控子系统
实时监控子系统,是智能化变电站远动自动化中的基础部分,为远动自动化的综合系统,提供了运行工况的监视与控制操作的手段,还要具备相应处理的能力和较高的安全性及可靠性。所以,此系统节点一般都采用冗余的配置。系统具有的硬件设备与软件任务模块运行的自监视功能,可自动通过热备,以切换等机制,来保证系统能够正常运行。实施监控子系统,还包括几方面:首先, 数据采集。数据采集功能是数据采集系统及监事控制系统,与变电站的直接接口。通过与远程终端控制系统设备的通信,来实现对电网的实时运行信息的采集,使实时数据能够提供给应用子系统的实时数据库,并根据应用子系统所下达的相关命令,来实现对远方变电站或者当地变电站所的调节与控制。数据采集还要具备高度的可靠性,以及强大信息处理的能力。其次数据处理。数据的处理一般是遥信处理和遥测处理,以及电量的处理。再者。监视功能。系统的配置画面,直观的显示系统的各模块,运行状态与网络通信的状态,用图形的方式来显示自动化系统的每个设备间 配置与连接,还可采用不同颜色或者动画,来体现设备状态变化。最后,转发的功能。系统需要提供不同转发的方式,并设独立转发的工作站,也就是设置成通道型转发,还可设置成网络型转发。对其转发的数据和转发的地点,以及转发的速率等都可以任意的设置。
四、加强智能化变电站远动自动化系统的运行
1、提高系统的可靠性
依照调试与运行的经验,在其设备的选型时,不但要保证所选的功能够满足其变电的需求之外,还需要有先进的技术,避免由于功能的欠缺,引起后期使用过程中,不能够安全的运行,甚至导致过时或被淘汰。其智能化变电站的综合自动化的系统,其工作侧重点为稳定和安全,以及完整的监控站以内,各个主设备与电网运行的状况,同时合理的运行与优化调度来进行提供可靠的依据。在选型时,比较适合采用稳定与可靠类型的设备,着重点在其数据采集和运行监视,另外,历史数据的记录和遥控的正确性,以及遥控的可靠性等,还应该具备可维护与可扩展的性能。
2、加强其标准化的建设
在智能化变电站远动自动化的选型工作时,还要树立合理化、标准化等理念。首先,要形成宏观与科学选型的体系,并统一自动化系统的选型原则。同时还要建立完善、科学、合理评价的体制和评价程序,以及评价方法。其次,要从微观方面人手,在其设备的选型、交换机的选择、服务器和操作系统的选取等关键环节,推广通用的设计、造价、设备及标准的工艺等,形成能够指导电网设计、设备采购和基建施工等不同阶段的规范标准,构建高效完整和统一协调的电网规划的整体框架。
五、结束语
远动自动化技术是智能变电站系统中非常重要的部分,在变电站未来发展中占据着无法取代的地位。当前,远动自动化技术在智能变电站中的应用主要表现在对设备的实时监控与检修方面,这些控制和操作对变电站的正常运行有着极其重要的意义。因此,相关工作人员一定要提高对自动化技术的重视程度,不断采用先进的技术手段,逐步完善变电站的基础设施与自动化系统。对变电站未来发展的智能化与自动化技术开展专项研讨,为变电站的建设打好基础,提高整个电力系统的运营能力。
参考文献:
[1]宋彦哲.智能变电站自动化技术应用探讨[J].机电信息,
2013,12(12):75-76.
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国民经济与社会发展相当快速,与之伴随而来的是对能源需求的快速增长和人力资源的紧张、建设工期紧、电网工程质量与工艺要求越来越高之间所形成的突出矛盾。因此,需要对变电站施工进度进行提高,提高工程施工质量,这就对模块化、标准化与工厂化生产的应用与推广提供了机会。变电站二次设备现场接线、调试的工作量相当大,但是现场施工却需要等待土建、电气一次等专业施工完毕之后才能够进场,对工程的建设周期产生了严重的制约。利用预制式二次组合设备,则能够让整套二次设备由厂家来集成,让工程化加工最大化,减少现场中的二次接线,同时还能够有效的减少设计,施工、调试等方面的工作量,对检修维护工作进行简化,有效的缩短建设周期。
1 变电站二次系统建设现状
当前在智能变电站的建设过程中,二次设备都是在施工现场来完成安装与调试的,这就主要存在有以下的一些问题。
1)会受到施工工序限制,施工周期较长。二次屏柜的安装是在土建施工结束之后方能进行;与二次系统的光/电缆接线,也是在屏柜安装完成后才能进行。这就让二次系统的安装调试受制于土建、一次设备的施工安装时间及进度。
2)现场工作量较大,效率不高。智能变电站的调试项目相当多,并且技术较为复杂,这就要求厂家的售后人员必须要常驻现场进行参与到施工调试之中,这种方式效率较低,并且当智能变电站在电网内全面推广建设之后,各个厂家以及调试单位往往难以进行有效的应对。
3)现场施工环境不好,存在一定的隐患。智能变电站中使用了大量的光口接线,但是工程现场施工环境不好,有着大量的灰尘,并且二次设备装置的光口不能够得到有效的保护,这对装置光口后期运行的性能以及寿命带来隐患。
4)需要设置独立的二次小室,导致占地面积增加。常规的二次设备都需要设置独立的控制室,需占用土地资源,即增加土建施工量又不利于土地资源的节约。
2 采用预制舱式组合二次设备的优势
二次设备在厂家集成安装并完成接线,这有助于对二次设备功能的整合,能够改善设备的集中与集成度,有效的节约设备及减少现场工作量,并符合“资源节约型”的技术要求。
预制舱式组合二次设备对联调模式也进行了改变,利用工场联调+现场调试模式。在工场中模拟出设计的运行情况,对全站五防逻辑、信号点表命名等设备SCD文件的固化工作进行完成,在现场仅仅需要和以此设备之间进行传动验证。
简化了二次设计,工场连调完成后即可生成完整的虚端子点表,可依据各地调度的不同要求附在设计文件中。
相对于常规变电站,采用预制舱式组合二次设备可以有效的减少建筑占地面积。预制舱式组合二次设备使用工厂加工、现场吊装的方法,省去了建筑物施工过程之中的结构、砌筑、装饰以及电气安装等多个环节,有效的减少了环境污染。[1]与此同时还可以减少粉尘污染,对舱内二次设备提供了良好的工作环节,有效的保证了设备的安全可靠性。
同时因为对减少流程进行了改善,将传统的串行施工模式,改为并行施工模式,这样可以有效的提高设计、施工的效率,有效的缩减了建设工期,同时还可以大幅度的减少二次设备的现场的调试项目。因为预制舱实用的是环保集成材料来进行拼装,就地布置在配电间隔内,能有效的减少二次光/电缆的长度,使得工程造价得以降低。
3 预制舱式组合二次设备的布置方式
1)将单个舱体设备进行单列排放。这种方式中,传统屏柜不靠墙安装,在前后都留出维护用的通道,对于厂家来讲是最方便实现的,但是缺点也很明显就是所能够布置的屏柜较少,并且空间利用不高,只适合用于评估数量比较少的时候。
2)单舱体设备成双列靠墙进行布置。屏柜在舱体之内沿着舱体的长度方向来进行双列布置,布置在舱体的两侧,将屏柜的前面面向舱体,屏柜的后部则是紧贴在舱壁出。但是当前传统的机柜都要求前后开门,将屏的正面是用来操作与显示的面板,在其背面则为接线区,因此如果是采用这种方式,那么就需要对后门进行取消,对机柜进行相应的改动,对机柜的接线方式以及接线位置都进行相对应的改动。主要可以使用以下两种方案。
①使用前开门接线的机柜:
将装置布置在机柜门上,以此来实现装置的背面接线,这样可解决机柜单侧开门所产生的背面接线困难的问题进。
②屏内装置在板前安装,实现板前接线:
这种方式不需要开后门,装置使用的是板前安装,板前接线,所有的接线与维护等各种操作都是在机柜的正面完成。这种形式的机柜能够节省空间,并还可以让二次设备光纤接口实现屏前接线。但是这种方式需要对屏内现有的装置结构进行对应的调整。[2]当前国内已有设备厂家开发研制出了这样的产品,能够在保持现有的装置硬件结构不变的情况之下,将装置面板翻起,进而实现板前安装与板前接线。
3)将两个舱体并接,使用设备不靠墙安装。这种是在第一种方案的基础之上,使用拼舱的方式。这种方案在布置通信屏柜或者是站控层服务器柜时相当实用,能够有效的满足规范空间要求,并且在运行上相当的方便。两个舱能够公用空调、照明等各种辅助系统,能够有效的节约部分投资。
总之,运用预制舱式组合二次设备能够有效的实现二次设备的配送式建设方式,对智能变电站二次系统的建设模式与流程进行有效的改善,能够有效的提高工程建设效率,对工程安全与工艺质量进行有效的提高,并且更加的节约和环保,并响应了国家电网公司关于明确输变电电网工程“两型三新一化”建设技术的要求。
可以说是配送式智能变电站建设的一种革命性的进步。在今后应该将预制舱式组合二次设备的模块化与标准化工作作为重点,尽快的构建起模块化的具体划分原则,并与通用设计以及通用设备进行有机的结合,对各级电压等级变电站的魔抗划分方案进行细化,让方案设计、物资采购、施工等都能够实现标准化,进而实现二次设备的标准化配送。
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0 引言
农业、农村和农民问题,始终是关系我国经济和社会发展全局的重大问题。党的十六届五中全会提出了全面建设社会主义新农村的重大历史任务。建设新农村、构建和谐社会为农电事业发展带来了新的机遇,国家电网公司适时制定了“新农村、新电力、新服务”面向全国农村的“三新”农电发展战略。组合变电站的设计和应用势在必行。
以往推出的户外成套变电所称之为箱式变电站。由于其具有组合灵活,便于运输、迁移、安装方便,施工周期短、运行费用低、无污染、免维护等优点广泛用于城区、农村10~110kV中小型变电站的建设与改造。但此类箱式变电站还存在着一些不足,具体表现在:
1) 防火问题:箱体内存在着火灾隐患,一旦发生火灾,不利于通风,也不利于火灾的扑救。
2) 扩容问题:箱式变电站受体积及制造成本所限,出线间隔的扩展裕度小,如果想在原箱体中再增加1~2个出线间隔是比较困难的,必须再增加箱体才能做到。
3) 检修问题:检修空间小,不利于设备检修。
1 组合变电站设计的技术特点
本文设计的组合变电站其电气设备构、支架及厂房可实现工厂化成套生产、大大缩短了工程建设周期,降低了工程造价;采用科技含量高的小型化免(少)维护电气设备,减小了占地面积,节约了土地,也减少了日常维护费用;组合变电站全部按照无人值班设计,大幅降低了运行成本的同时提高了自动化水平,主要体现在以下几点。
1) 技术先进安全可靠:墙体部分采用目前国内领先技术及工艺,外壳采用防锈保温金邦板,框架采用H型钢,采用良好的制作工艺,有良好的防腐性能,厂房内安装空调及除湿装置,除第四方案外设备运行不受自然气候环境及外界污染影响,可以保证在-40℃~+40℃的恶劣环境下正常运行。
2) 自动化程度高:全站智能化设计,保护系统采用变电站微机综合自动化装置,分散安装,可实现“四遥”,即遥测、遥信、遥控、遥调,每个单元均具有独立运行功能,继电保护功能齐全,可对运行参数进行远方设置,根据需要还可实现图像远程监控。
3)工厂预制化:设计时,只要设计人员根据变电站的实际要求,作出一次主接线图,就可以选择不同的组合变电站的型号和规格,所有设备在工厂生产、调试合格,只需在现场花上一两天,就安装完毕,真正实现变电站建设工厂化,缩短了设计制造周期。
4)组合方式灵活:户内单层布置、户内双层布置、半户内半户外布置、全户外布置可以满足各种不同的现场运行需要。
5)投资省见效快:组合变电站较同规模常规变电站减少投资20%左右,以35kV单台主变5000kVA规模变电站计算,土建工程(包括征地费用)组合变要比常规变电所节约100余万元;变电站可实行状态检修,减少维护工作量,每年可节约一定的运行维护费用。
6)占地面积小:以5000kVA单台主变规模变电站为例,建设一座常规35kV变电站,大约需占地3000;而选用组合变电站,整体占地面积最小可至36,包括其他走廊围墙,最大仅为100,仅为同规模变电站占地面积的1/30,符合国家节约土地的政策。
7)外形美观,易于环境协调:组合变电站墙体采用环保材料金邦板,外形设计美观,通过选择墙体的颜色,从而极易与周围环境协调一致;扩容方便、组合灵活、占地面积小、工厂化程度高、运行(维护)成本低、自动化水平高、造型美观大方、易于环境协调等特点。
2 典型设计方案
2.1单层户内式(如图一)
2.1.1 技术参数
1)额定电压:高压35kV低压10kV;2)额定容量:1×3150-2×10000kVA ;3)35kV进线:本期1回,终期2回;4)10kV出线:终期8回(单母线分段);5)无功补偿:终期2回(容量按照主变容量15%配置)。
2.1.2 设计特点
1)全户内单层布置,设备运行环境好,占地面积少;2)线路变压器组接线形式,取消35kV母线,减少设备购置费,降低了工程造价;3)选用新型小型化设备,配电装置布局合理;4)自动化程度高,实现无人值班;5)轻钢结构厂房,外形新颖美观,工厂化加工程度高。
2.1.3 设备选型
1)主变:SZ11系列三相有载调压油浸式变压器;2)所变:SC10系列三项干式变压器;3)35kV配电装置:ZNF13-40.5户内真空全封闭组合电气(GIS);4)10kV配电装置:XGN28B(C)-12型小型化永磁户内固定式开关柜;5)无功补偿装置:TGGB-10系列户内柜式成套并联电容器(自动调容);6)二次设备:综合自动化系统、模块化直流电源、数字式电度表、微机五防系统、智能图像监控等。
2.2 双层户内式(如图二)
2.2.1 技术参数
同方案一。
2.2.2 设计特点
1)全户内双层布置,设备运行环境好,占地面积小;2)线路变压器组接线形式,取消35kV母线,减少设备购置费,降低了工程造价;3)选用新型小型化设备,配电装置布局合理;4)自动化程度高,实现无人值班;5)轻钢结构厂房,外形新颖美观,工厂化加工程度高。
2.2.3 设备选型
同方案一
2.3半户内半户外式(如图三)
2.3.1技术参数
同方案一
2.3.2 设计特点
1)、一期时线路变压器组接线形式,终期为单母接线形式,合理降低了工程投资;2)、户内配电装置选用新型小型化设备,配电装置布局合理;3)、自动化程度高,实现无人值班;4)、轻钢结构厂房,外形新颖美观,工厂化加工程度高;5)、实现由小容量末端站到大容量末端站的灵活转换,满足不同时期用电负荷发展变化需要,避免工程建设中资源浪费,改扩建困难、重复投资等问题。
2.3.3 设备选型
1)所变:S11系列三相相油浸式变压器;2)35kV配电装置:ZW24-40.5户外真空断路器或LW36-40.5户外六氟化硫断路器、GW4(5)-40.5户外隔离开关、PRWG2-35型户外跌落式熔断器;3)无功补偿装置:TGGB-10系列户外厢式电容器(自动调容);4)主变、10kV配电装置及二次设备:同方案一。
2.4 全户外式(如图四)
2.4.1 技术参数
1)额定电压:高压35kV低压10kV;2)额定容量:1×3150-1×5000kVA;3)35kV进线:终期1回;4)10kV出线:终期4回(单母线);5)10kV无功补偿:终期1回
2.4.2 设计特点
1)在满足供电可靠性的前提下,尽可能简化接线,减少投资;2)合理利用构架内空间对配电设备进行立体布置,极大降低占地面积;3)不设主控室,二次设备采用户外综合控制箱,土建工程量小;4)配电装置构架采用户外全钢结构,造型美观,工厂化加工程度高,工程建设周期短;5)交流操作,减少直流系统,降低工程造价。
2.4.3 设备选型
1)主变:同类型一;2)所变:DC9系列单相干式变压器;3)35kV配电装置:PRWG2-35型户外跌落式熔断器;4)10kV配电装置:AB-3S-12户外永磁真空断路器;5)无功补偿装置:BFMR11-3W户外构架式电容器;6)二次设备:综合自动化系统、数字式电度表等。
3解决的关键问题和现场应用
3.1 解决的关键问题
1) 建设周期短:35kV组合变电站,土建施工建设周期短,只需约一个月。由于变电所采用了技术先进、性能可靠、安装方便的电气设备,使得电气安装快捷方便,约需20天,厂房、框架采用钢结构搭建而成,所有支架板件均为工厂化生产,现场只需几天即可安装完毕,建设周期大为减少。
2) 无人值班:35kV组合变电站全部按照无人值班变电站设计,二次部分建立统一集中的综合自动化控制系统,可实现代化电网调度管理"四遥"功能。继电保护采用微机保护,便于与远动接轨。全所装有防盗防火报警设备,也可远传到调度端。
3) 设备可靠性高、免维护:主变选用免维护、全封闭式产品,高压设备选用优质小型化全封闭的成套式开关柜,设备可靠性高,全所一次设备均为绝缘化处理产品,无触电短接可能。
4) 占地面积小:选用组合变电站,整体占地面积最小可至36,包括其他走廊围墙,最大仅为100,仅为同规模变电站占地面积的1/30,节约了土地。
3.2 现场应用
1) 现场一是单层户内布置的组合变电站的试点站,如图3-1所示,全站为全绝缘结构,各设备无带电部分,大大增加了变电站的整体安全性。由于变电站采用的是先进的小型化的组合电器,因此整个变电站的占地面积只有281,大大低于以往的变电站动。
2) 现场二是户内双层布置的组合变电站的试点站,如图3-2所示,其一次二次设备基本与现场一基本相同。在厂房布局上,楼下为主变压器室,楼上放置其它的设备,占地面积99。
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1超高压变电站自动化系统的特点:
(一)智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计,简化了常规机电式继电器及控制回路的结构,数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之,变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替,常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。
(二)网络化的二次设备。变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,二次设备不再出现常规功能装置重复的FO现场接口,通过网络真正实现数据共享、资源其享,常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。
(三)自动化的运行管理系统。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化;数据信息分层、分流交换自动化;变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告,指出故障原因,提出故障处理意见;系统能自动发出变电站设备检修报告,即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。
2超高压变电站自动化系统的结构。在变电站自动化领域中,智能化电气的发展,特别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现,变电站自动化技术进入了数字化的新阶段。在中低压变电站将保护、监控装置小型化、紧凑化,完整地安装在开关柜上,实现了变电站机电一体化设计;而在高压和超高压变电站中,则将保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的FO单元,如户JD变换、光隔离器件、控制操作回路等割列出来作为智能化一次设备的一部分。反言之,智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置、测控等装置的UO部分。因此,超高压变电站自动化系统数字化的结构在物理上可分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备;在逻辑结构上可分为三个层次,这三个层次分别称为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。
3超高压变电站自动化系统发展中的主要问题
在三个层次中,超高压变电站自动化系统数字化的研究正在自下而上逐步发展。目前研究的主要内容集中在过程层方面,诸如智能化开关设备、光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。国外己有一定的成熟经验,国内的大专院校、科研院所以及有关厂家都投入了相当的人力进行开发研究,并且在某些方面取得了实质性的进展。但归纳起来,目前主要存在的问题是:(l)研究开发过程中专业协作需要加强,比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关;(2)材料器件方面的缺陷及改进;(3)试验设备、测试方法、检验标准。
4超高压变电站自动化系统发展的新动向
随着自动化技术的不断发展,近年来超高压变电站自动化系统在以下几个方面都有不同程度的进展。
(一)系统体系结构:由传统的单一的集中模式向与相对分散式、分层分布分散式多种体系结构模式转变,由传统的面向单个测量、控制对象向面向电网元件(如进线、出线、变压器、母线、电容器等)转变,由各功能单独考虑向系统功能综合考虑转变,由一味强调功能全面向更强调功能实用和高可靠性转变。
(二)总线结构:整个系统采用的三级总线结构(模块级、间隔级、站级)均由专用、低速向通用、标准化、高速转变,原来采用的位总线、LonW0rkS、CAN、FF等现场总线统一向以太网转变,这从国际电工委员会(正C)的正C61850系列正式标准中也可看到这个趋势。
传统的PLC技术不能满足日趋增长的对分布式实时控制性能的要求,传统现场总线技术也是如此。经长期实践证明,在所有的网络技术中,以太网技术是至今最理想的选择,主要原因是:
(l)它充分考虑了今后的发展需要,具有高传输速率和自适应,目前能达到10MBllooMB/IGB的速率,10GB以太网也即将面世;
(2)高传输安全性和可靠性以及集线器技术的完善和确定性;
(3)几乎不需考虑网络的拓扑结构,非常灵活;
(4)传输物理介质多样,双绞线、光纤、同轴电缆甚至无线通道都可容纳;
(5)集线器的应用可不需考虑网络的扩展;
(6)以太网的应用已经建立起一种业界的标准,亦即一个新的工控总线标准;
(7)全面与最前沿的rr技术接轨,出现了被称之为“世界标准”的TC双P技术的应用: