智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)在克拉瑪依電網(wǎng)中的應(yīng)用

柴 軍

(新疆油田公司供電公司,新疆 克拉瑪依834000)

1 前言

智能電網(wǎng)是國(guó)內(nèi)外電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì),智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分,是智能電網(wǎng)運(yùn)行與控制的關(guān)鍵。智能變電站又是智能電網(wǎng)“電力流、信息流、業(yè)務(wù)流”匯集的焦點(diǎn),對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)具有極為重要的作用。

近年來(lái),隨著克拉瑪依油田和城市建設(shè)飛速發(fā)展,用戶對(duì)電力供應(yīng)的安全可靠性要求越來(lái)越高,這就對(duì)變電站的建設(shè)提出了新的、更高的要求。建設(shè)智能變電站,能更好的滿足電網(wǎng)和用戶需求。智能變電站具有自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策和協(xié)同互動(dòng)等功能,可以有效的提高變電站的運(yùn)行可靠性和安全性,也能有效提高電能質(zhì)量,同時(shí)智能變電站運(yùn)行效率高,維護(hù)檢修方便,檢修工作量大量減少,降低了檢修成本,也提高了勞動(dòng)效率。

2 工程概況

新疆油田公司供電公司成立于1992年7月,擔(dān)負(fù)著克拉瑪依地區(qū)生產(chǎn)建設(shè)和城市生活的供電任務(wù),業(yè)務(wù)范圍涵蓋克拉瑪依地區(qū)生產(chǎn)生活供用電、電網(wǎng)建設(shè)、維護(hù)檢修、電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度和供用電服務(wù)。新疆油田公司供電公司所轄110k V變電所19座、35k V變電所92座、總?cè)萘?692.5MVA;110KV線路35條,總長(zhǎng)952.737km;35KV線路62條,輸電線路總長(zhǎng)2095km;6(10)KV線路479條,配電線路總長(zhǎng)度4576.51km;配電變電器10462臺(tái),總?cè)萘?013.811MVA。形成了以克拉瑪依電廠為中心,西南到車排子油田,東北至夏子街油田,東南延伸至石西、陸梁、漠北沙漠油田腹部的油田供電網(wǎng)架。

3 智能變電站建設(shè)方案的研究

3.1 現(xiàn)階段智能變電站實(shí)現(xiàn)的三種模式

(1)方案一：基于站控層IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的不完全智能化變電站。

一次設(shè)備仍采用傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)和互感器,僅監(jiān)控系統(tǒng)和二次保護(hù)裝置遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)基本一樣,推廣這種模式是為了解決傳統(tǒng)變電站中智能設(shè)備的信息互操作及互聯(lián)互通問(wèn)題。因?yàn)樽冸娬镜闹悄茉O(shè)備的通信被約束在IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),所以整個(gè)系統(tǒng)的信息傳輸被標(biāo)準(zhǔn)化,從而使系統(tǒng)的可擴(kuò)充、可維護(hù)性能大大提高。由于本方案沒(méi)有涉及到過(guò)程層的實(shí)現(xiàn),因此實(shí)施起來(lái)技術(shù)難度較小,它不僅可以應(yīng)用在新站設(shè)計(jì)上面,而且可以應(yīng)用在老站改造方面。

(2)方案二：基于傳統(tǒng)互感器及過(guò)程層信息交換,采用了智能一次設(shè)備,使用常規(guī)CT/PT的不完全智能化變電站。

一次設(shè)備采用傳統(tǒng)的互感器,但斷路器采用智能斷路器,或常規(guī)斷路器通過(guò)智能單元轉(zhuǎn)換為符合IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備。這種模式在站控層信息交換采用了IEC 61850標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)增加了過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行過(guò)程層信息交換。IED與合并單元、智能操作箱之間不僅可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式互聯(lián),還可以以網(wǎng)絡(luò)總線方式進(jìn)行相連。在本方案實(shí)施過(guò)程中,過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)僅通過(guò)GOOSE報(bào)文實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)信息的采集和控制,它在IEC 61850的實(shí)現(xiàn)上比方案一優(yōu)越。由于建立了過(guò)程層網(wǎng)絡(luò),過(guò)程層的高速采樣數(shù)據(jù)可以被不同類型的裝置進(jìn)行共享,從而簡(jiǎn)化了接線。

(3)方案三：基于站控層及過(guò)程層全信息交換,遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn),采用電子式CT/PT、智能一次設(shè)備的完全型智能化變電站。

整個(gè)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)均遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn),本方案實(shí)現(xiàn)了IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)所提倡的三層設(shè)備、二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),能夠完全實(shí)現(xiàn)設(shè)備間信息共享和互操作。區(qū)別于方案二,該方案采用了電子式互感器代替了傳統(tǒng)的互感器,由于光電互感器的高性能優(yōu)勢(shì),這種方案是現(xiàn)代化智能化變電站的發(fā)展方向。

3.2 智能變電站建設(shè)方案的選擇

3.2.1 一次設(shè)備智能化實(shí)施技術(shù)和方案優(yōu)選

通過(guò)和一次設(shè)備生產(chǎn)廠家許繼、ABB、寶光、平高、新疆特變等交流探討,考慮環(huán)境、成熟、可靠等因素、從工藝上、經(jīng)濟(jì)上對(duì)比,確定了一次設(shè)備總體實(shí)施方案和功能,主要是：GIS智能化內(nèi)容和方案。110k V線路設(shè)備選擇GIS組合電器,GIS開(kāi)關(guān)和主變可靈活配備,主回路采用插接式結(jié)構(gòu),全絕緣、全封閉,安全可靠性高,GIS組合電器可以實(shí)現(xiàn)全電動(dòng)操作,在線監(jiān)測(cè)。變壓器智能化方案、35k V設(shè)備采用GIS方式。10k V(6kv)采用一體化智能開(kāi)關(guān)柜。

3.2.2 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化實(shí)施技術(shù)和方案優(yōu)選

確定了GOOSE網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星型結(jié)構(gòu),星型結(jié)構(gòu)在運(yùn)行維護(hù)、傳輸時(shí)間及可靠性等多方面優(yōu)于環(huán)形結(jié)構(gòu)。過(guò)程層SV網(wǎng)絡(luò)、過(guò)程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)完全獨(dú)立配置。站內(nèi)設(shè)備統(tǒng)一采用IEC 61850通訊規(guī)約,因此繼電保護(hù)信息子站系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)共網(wǎng)傳輸,不再獨(dú)立配置傳輸網(wǎng)絡(luò)。站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)采用SMV和GOOSE網(wǎng)絡(luò)分開(kāi),分別雙網(wǎng),即：SMV為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu),GOOSE也為雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。繼電保護(hù)裝置采用雙重化配置時(shí),對(duì)應(yīng)的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)亦應(yīng)雙重化配置,第一套保護(hù)接入A網(wǎng),第二套保護(hù)接入B網(wǎng)。

3.2.3 電子式CT、PT的選擇、試驗(yàn)、檢測(cè)技術(shù)優(yōu)選

通過(guò)把10KV、35KV、110KV的電子式CT、PT和常規(guī)CT、PT一起掛網(wǎng)試驗(yàn),同時(shí)比較極端惡劣條件下的采樣數(shù)據(jù),從準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、可靠性,相互對(duì)比,確認(rèn)電子式互感器掛網(wǎng)運(yùn)行后,除經(jīng)濟(jì)原因外,其對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)性和穩(wěn)定性、可靠性還需要進(jìn)一步試驗(yàn)驗(yàn)證。通過(guò)試驗(yàn)技術(shù)研究分析,確定了互感器的配置方案。對(duì)于常規(guī)CT,通過(guò)合并單元把常規(guī)互感器就地轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息,合并單元采用插值算法實(shí)現(xiàn)同步,遠(yuǎn)端模塊及合并單元具有完善的自監(jiān)視功能,便于運(yùn)行監(jiān)視及故障維護(hù)。

3.2.4 高級(jí)應(yīng)用的技術(shù)和方案優(yōu)選

先后開(kāi)展了繼電保護(hù)和故障信息管理系統(tǒng)、備用電源自投配置方案、小電流接地選線、一體化五防研究、一鍵式順控技術(shù)、智能告警及分析決策等技術(shù)研究,通過(guò)與許繼合作,探索制定了高級(jí)應(yīng)用技術(shù)方案。

3.3 智能變電站建設(shè)方案的確定

3.3.1 一次設(shè)備智能化方案實(shí)施和技術(shù)運(yùn)用

在風(fēng)城、化一、紅淺等110k V變電所實(shí)施了一次設(shè)備智能化技術(shù)方案,通過(guò)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、試驗(yàn),驗(yàn)證了GIS智能化方案,變壓器智能方案,經(jīng)過(guò)運(yùn)行驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分析,及時(shí)修改了變壓器智能建設(shè)方案,在變壓器的智能方案中,油色譜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障多,不夠可靠,維護(hù)工作量大,在克拉瑪依智能變電站建設(shè)方案中,在該技術(shù)未改進(jìn)前,盡量不加裝該裝置,在線溫度檢測(cè)增加安裝點(diǎn)。

3.3.2 二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化方案實(shí)施

結(jié)合工程項(xiàng)目,變電站二次系統(tǒng)設(shè)備,統(tǒng)一組網(wǎng),星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。110k V變電站保護(hù)采用直采直跳方式,光纜用量相對(duì)較大,少數(shù)110k V變電站保護(hù)采用網(wǎng)絡(luò)跳閘方式。變電站自動(dòng)化系統(tǒng)方面,比常規(guī)變電站增加了過(guò)程層交換機(jī),1100k V采用獨(dú)立的保護(hù)、測(cè)控裝置。

3.3.3 高級(jí)應(yīng)用的方案實(shí)施和技術(shù)應(yīng)用

高級(jí)應(yīng)用功能由監(jiān)控系統(tǒng)一體化后臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行規(guī)劃,結(jié)合本工程項(xiàng)目,決定分階段實(shí)施。在風(fēng)城110k V變、化一110k V變實(shí)施了繼電保護(hù)和故障信息管理系統(tǒng),該系統(tǒng)由站內(nèi)一體化平臺(tái)實(shí)現(xiàn),不再設(shè)置獨(dú)立的裝置,現(xiàn)階段新建和改建的變電站實(shí)施了備自投功能、小電流選線功能等由站內(nèi)一體化平臺(tái)實(shí)現(xiàn),在二、四區(qū)110k V變實(shí)施了順序控制。在建設(shè)中的西南區(qū)域110k V變電所不但實(shí)施了以上技術(shù),并且實(shí)施了一體化五防、智能告警和故障信息綜合分析決策功能。

3.3.4 一體化電源的方案實(shí)施

站內(nèi)采用交流、直流、通信電源一體化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)試點(diǎn)試驗(yàn)后,由于該方案大大提高了變電所電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。因此,目前新建和改造變電所的電源方案均采用了交直流一體化電源方案,新建的昆侖110k V變、風(fēng)城110k V變、化一110k V變、改造的紅淺110k V變、首站35k V變及正在建設(shè)的二、四區(qū)110k V變都是按此方案實(shí)施的。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)工程實(shí)施檢驗(yàn),智能化變電站建設(shè)方案符合克拉瑪依實(shí)際情況,該項(xiàng)目的實(shí)施帶動(dòng)了克拉瑪依電網(wǎng)智能技術(shù)的發(fā)展。智能變電站建筑工程費(fèi)較常規(guī)站減少,工業(yè)以太網(wǎng)傳輸通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)通道穩(wěn)定性提高數(shù)倍,減少了設(shè)備維護(hù)人員遠(yuǎn)距離前往變電所處理故障的次數(shù),減輕了設(shè)備維護(hù)人員的工作量,電網(wǎng)運(yùn)行的安全性得到提高。