結(jié)合石油行業(yè)特色的電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建

西安石油大學(xué) 劉 暢

結(jié)合石油行業(yè)特色的電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建

西安石油大學(xué) 劉 暢

面對(duì)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(dòng)化實(shí)驗(yàn)室既應(yīng)該體現(xiàn)電氣自動(dòng)化專業(yè)微機(jī)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(shí)際應(yīng)用接軌,充分體現(xiàn)本行業(yè)的特色,并實(shí)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(xué)電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建方案,介紹了實(shí)驗(yàn)室所具有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和可承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,說明了實(shí)驗(yàn)室所具備的石油行業(yè)特色及先進(jìn)性與創(chuàng)新性.

電氣自動(dòng)化;實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建;電力系統(tǒng);石油特色

一、我校電力綜合實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)簡介

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

該實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)既體現(xiàn)了當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化的微機(jī)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的發(fā)展技術(shù),又與行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用接軌,充分體現(xiàn)了石油行業(yè)的特色和特點(diǎn),能夠?yàn)槊嫦蚴托袠I(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(jìn)、與實(shí)際系統(tǒng)高度符合的實(shí)驗(yàn)條件[1].

我校電力綜合實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)的一次系統(tǒng)由一座發(fā)電廠、一個(gè)變電站、一個(gè)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(diǎn)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(dòng)化實(shí)驗(yàn)室電氣主接線圖如圖1所示.

我校電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)目標(biāo)是:不僅能模擬實(shí)際電網(wǎng)并網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài),而且能仿真多種具有沖擊性和危險(xiǎn)性的電氣暫態(tài)實(shí)驗(yàn)[2].

1.電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)

在110kV送電線路路徑選擇中,經(jīng)認(rèn)真的方案比對(duì),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(shí)現(xiàn)了變電站雙電源供電,增強(qiáng)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(fù)荷情況,同時(shí)要考慮預(yù)期新增用電負(fù)荷情況,及變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,盡量做到經(jīng)濟(jì)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(gè)去往配電網(wǎng),一個(gè)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(gè)去往配電網(wǎng),一個(gè)作為備用回路.同時(shí)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(gè)分段帶有一條負(fù)載回路、一個(gè)配電變壓器TD和另一條聯(lián)絡(luò)回路.負(fù)載回路帶有模擬抽油機(jī)負(fù)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(xué)電力系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)室主接線圖

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及可承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

綜合性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置是學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的保證.我校電氣自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室采用了與實(shí)際現(xiàn)場高度一致的較先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,并在此實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上開發(fā)了一系列本專業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程,目前可服務(wù)的課程包括:電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電機(jī)學(xué)、配電網(wǎng)及其自動(dòng)化技術(shù)、電力系統(tǒng)分析.實(shí)驗(yàn)室所具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備及可開設(shè)實(shí)驗(yàn)、服務(wù)課程見表1.

三、我校電力系統(tǒng)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室具備的行業(yè)特色及先進(jìn)性與創(chuàng)新性

1.采用了與實(shí)際油田電網(wǎng)相一致的設(shè)計(jì)方案

配網(wǎng)區(qū)配備了模擬的抽油機(jī)和油田各負(fù)載.10KV配網(wǎng)區(qū)的用戶負(fù)載的設(shè)計(jì)模擬了實(shí)際油田電網(wǎng)的負(fù)載情況,采用了6臺(tái)抽油機(jī)負(fù)載和4臺(tái)三相負(fù)載箱,并且學(xué)生可在操作面板上對(duì)抽油機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié),以改變抽油機(jī)采油頻率,進(jìn)而改變負(fù)載所帶電壓、電流.

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及可開設(shè)實(shí)驗(yàn)、服務(wù)課程

2.體現(xiàn)了實(shí)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(jì)算機(jī)等技術(shù),通過對(duì)運(yùn)行中高壓設(shè)備的信號(hào)采集和傳輸、數(shù)據(jù)處理、邏輯判斷,實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的帶電測試或?qū)崟r(shí)監(jiān)測和診斷,以提高電力設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)水平,及時(shí)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(dòng)化實(shí)驗(yàn)室可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行中電力設(shè)備的實(shí)時(shí)信號(hào)采集和處理、傳輸,可在調(diào)度中心和各監(jiān)控臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測電網(wǎng)中各電力設(shè)備的運(yùn)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(dá)配網(wǎng)區(qū)域的整個(gè)過程.

3.體現(xiàn)了當(dāng)前電力系統(tǒng)中最先進(jìn)的遠(yuǎn)程控制和管理功能

該模擬系統(tǒng)可實(shí)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(shí)時(shí)而直觀地觀測到模擬油田電網(wǎng)中各電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),還可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際中距離較遠(yuǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的遠(yuǎn)程信息實(shí)時(shí)通信和交換,調(diào)度主站;遙測方面,可實(shí)現(xiàn)對(duì)各電力設(shè)備運(yùn)行中電流、電壓、功率等信息的實(shí)時(shí)測量和采集;遙控方面,通過對(duì)各開關(guān)的分合動(dòng)作實(shí)行實(shí)時(shí)控制,以實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的控制,以及故障的及時(shí)切除和隔離.三遙功能的實(shí)現(xiàn):

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

(2)通過SCADA系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下達(dá)與動(dòng)作指令的實(shí)現(xiàn);

(3)通過通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)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(dòng)化實(shí)驗(yàn)室,模擬了實(shí)際的電力生產(chǎn)、運(yùn)輸和分配過程,可以在安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中模擬實(shí)際生產(chǎn)中可能面臨的較為嚴(yán)重的短路和斷路故障,讓學(xué)生可以直接觀測到各種短路和斷路故障發(fā)生時(shí)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)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(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)如何監(jiān)測電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài),及時(shí)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(hù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建方法[J].實(shí)驗(yàn)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(jì)[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(qiáng).配網(wǎng)自動(dòng)化及其三遙功能的實(shí)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(xué)歷,現(xiàn)任西安石油大學(xué)電子工程學(xué)院教師.