智能化變電站在寺河煤礦中的實(shí)踐應(yīng)用

馬 薇

（山西省晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司供電分公司，山西 晉城 048000）

隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、軟件智能化技術(shù)與高壓供電一、二次設(shè)備數(shù)據(jù)控制集成技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，智能化變電站技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常成熟，西方發(fā)達(dá)國(guó)家乃至我國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司、南方電網(wǎng)公司10kV至500kV各電壓等級(jí)以及煤礦高壓電網(wǎng)調(diào)度管理上已實(shí)現(xiàn)了一定的范圍應(yīng)用實(shí)例。智能化變電站技術(shù)在煤礦電力調(diào)度系統(tǒng)的應(yīng)用大大提高了煤礦復(fù)雜供配電環(huán)境下電力調(diào)度運(yùn)行的可靠性和高效性，且在晉煤集團(tuán)寺河礦電力調(diào)度中心一定程度上實(shí)現(xiàn)了煤礦電力調(diào)度的智能化管理。

1 礦井供電現(xiàn)狀

晉煤集團(tuán)寺河煤礦有110kV變電站1座，東風(fēng)井、北區(qū)、山水溝35kV變電站3座，10kV變電所23座，除兩趟110kV進(jìn)線外還有一座35kV自供瓦斯電廠。原有電力調(diào)度僅能實(shí)現(xiàn)就地區(qū)域負(fù)荷或者同電壓等級(jí)的電力監(jiān)控調(diào)度管理，而智能化變電站技術(shù)在煤礦電力調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)用后將原有就地區(qū)域負(fù)荷或不同電壓等級(jí)配電系統(tǒng)監(jiān)控調(diào)度集中到統(tǒng)一的智能化調(diào)度管理中心，實(shí)現(xiàn)了涵蓋全礦井上下高壓供配電集中智能化管理，井上下變電所的無(wú)人值守，電力系統(tǒng)各類(lèi)保護(hù)智能化監(jiān)控報(bào)警和分析處理體系。同時(shí)通過(guò)OPC系統(tǒng)向礦井大調(diào)度和所需單位提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。本文對(duì)寺河礦三座35kV智能變電站的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

2 智能變電站總體技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

寺河煤礦35kV智能變電站以往采用單線分段接線方式，每段母線備帶1條35kV進(jìn)線，而該系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即三層結(jié)構(gòu)兩級(jí)網(wǎng)絡(luò)，這是我國(guó)大部分煤礦用智能變電站采用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具體見(jiàn)圖1所示。GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV網(wǎng)絡(luò)同屬過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，但由于該兩種網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息數(shù)據(jù)量大且互相獨(dú)立，所以通常將這兩種不同的信息用不同的物理網(wǎng)絡(luò)傳送。但如果物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件足夠可靠，帶寬足夠大，設(shè)計(jì)中才會(huì)考慮將GOOSE網(wǎng)絡(luò)和SV網(wǎng)絡(luò)通過(guò)同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)層來(lái)傳遞，而僅僅從邏輯層面上將其區(qū)分開(kāi)來(lái)。

圖1 變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

站控層由主機(jī)、操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置、繼電保護(hù)和故障信息子站等構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)管理控制間隔層、過(guò)程層設(shè)備等功能。間隔層由保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量、錄波、相量測(cè)量等若干子系統(tǒng)組成，獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地監(jiān)控功能。過(guò)程層由光電瓦感器、合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能。

2.2 一體化信息平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

一體化信息平臺(tái)貫穿于整個(gè)智能變電站，能夠?qū)⒆冸娬靖鞣N系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)融合，并在此基礎(chǔ)之上滿足高級(jí)應(yīng)用功能需求。一體化信息平臺(tái)是智能變電站的主要特征之一，通過(guò)站建立一體化信息平臺(tái)，并將一體化電源部分、智能輔助控制部分、高壓電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)部分都接入了站控層網(wǎng)絡(luò)。

一體化信息平臺(tái)的建設(shè)將促進(jìn)變電站信息的融合和利用，不僅強(qiáng)化站內(nèi)的各種功能，同時(shí)有利于電網(wǎng)的安全運(yùn)行、優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營(yíng)和優(yōu)質(zhì)服務(wù)，同時(shí)也為高級(jí)應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。一體化信息平臺(tái)有如此強(qiáng)大的功能，主要依靠全景數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的支撐。

2.3 電力調(diào)度智能化系統(tǒng)

電力調(diào)度智能自動(dòng)化技術(shù)對(duì)原有的一、二次供配電設(shè)備進(jìn)行智能化改造，進(jìn)行系統(tǒng)的改造后形成了由電子互感器和智能化設(shè)備執(zhí)行終端組成的一次設(shè)備和智能網(wǎng)絡(luò)化控制傳輸二次設(shè)備（由數(shù)字化光纖傳輸技術(shù)組成的過(guò)程層、整合過(guò)程層后的一體化邏輯順序監(jiān)控間隔層以及信息智能化中心監(jiān)控層），上述構(gòu)架全部建立在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和通信規(guī)范基礎(chǔ)上。

一次設(shè)備執(zhí)行終端的改造范圍包括了各型的10kV及以上電壓等級(jí)出線柜等附屬設(shè)備，一次設(shè)備內(nèi)部與區(qū)域調(diào)控處理環(huán)節(jié)工作配合緊密。原有的區(qū)域供電綜自后臺(tái)電腦通過(guò)數(shù)據(jù)交換服務(wù)器加設(shè)區(qū)域調(diào)控處理環(huán)節(jié)，在現(xiàn)場(chǎng)加設(shè)數(shù)據(jù)智能化處理分站，將類(lèi)似于設(shè)備執(zhí)行終端里裝配的山源電子、南瑞繼保等廠家的微機(jī)保護(hù)裝置數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)智能化處理分站迅速按照預(yù)先編制的規(guī)范化執(zhí)行程序處理，并發(fā)出指令或者監(jiān)控信號(hào)，所有數(shù)據(jù)全部通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)與上級(jí)信息智能化管控中心實(shí)現(xiàn)交互式連接。

3 過(guò)程層組網(wǎng)技術(shù)方案

采用南京南瑞繼保電氣公司生產(chǎn)的6kV、35kV電子式電流電壓互感器。35kV電子式電流互感器、35kV電子式電壓互感器經(jīng)過(guò)合并單元然后接入到過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)，由傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)和智能終端方式實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)設(shè)備智能化。6kV電子式電流電壓互感器為一體化結(jié)構(gòu)，就地安裝于開(kāi)關(guān)柜內(nèi)。6kV保護(hù)和組網(wǎng)方案，由電子式電壓電流互感器組合單元提供數(shù)字接口，將采樣值直接接入裝置。信號(hào)采用電纜接入裝置，提供一個(gè)數(shù)字接口輸出信息到過(guò)程層總線供其他設(shè)備使用，PT的電壓信息可以通過(guò)合并器接入其他間隔。過(guò)程層組網(wǎng)示意圖如圖2所示。

圖2 組網(wǎng)示意圖

4 IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用

該智能變電站采用了完善的IEC 61850通信標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)智能變電站的作用表現(xiàn)在以下兩方面。

4.1 面向變電站對(duì)象的統(tǒng)一建模

IEC-61850將變電站對(duì)象分為13類(lèi)92種邏輯節(jié)點(diǎn)，基本囊括了目前變電站的一次、二次設(shè)備及相關(guān)功能。IEC-61850-7-3、7-4部分對(duì)變電站對(duì)象（即一次、二次設(shè)備及相關(guān)功能）分類(lèi)進(jìn)行了統(tǒng)一描述，建立了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。這種統(tǒng)一建模的規(guī)定，使得連接于網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)字化變電站對(duì)象得以互相認(rèn)識(shí)，為設(shè)備間的互操作奠定了基礎(chǔ)。

4.2 變電站功能應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)具體實(shí)現(xiàn)的分離

所謂應(yīng)用是指變電站的各種自動(dòng)化功能，網(wǎng)絡(luò)具體實(shí)現(xiàn)是指數(shù)字化變電站的通信網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)。IEC-61850是通過(guò)2個(gè)重要功能ACSI、SCSM來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)用與具體實(shí)現(xiàn)的分離。ACSI為數(shù)據(jù)模型提供了一個(gè)連接于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的虛擬通信接口；SCSM將數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)中不同的信息映射到真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的不同層次，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信息的傳輸。站控層信息通過(guò)IEC-61850-8-1的規(guī)定映射到站控層以太網(wǎng)應(yīng)用層的MMS。過(guò)程層信息則是通過(guò)IEC-61850-9-1、9-2的規(guī)定映射到過(guò)程層以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層，實(shí)現(xiàn)信息的快速傳輸。當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化后，通過(guò)改變SCSM的映射方法與之對(duì)應(yīng)即可，而抽象通信接口和設(shè)備功能模型則無(wú)需變動(dòng)，保證了變電站功能應(yīng)用的穩(wěn)定性。

變電站的功能應(yīng)用是相對(duì)穩(wěn)定的，在智能變電站中自動(dòng)化功能的最終完成必須依賴通信網(wǎng)絡(luò)。IEC-61850實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)具體實(shí)現(xiàn)的分離，使得變電站功能應(yīng)用不再隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異的發(fā)展而疲于應(yīng)對(duì)，而是能夠從通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展中直接受益。

5 結(jié) 語(yǔ)

寺河煤礦風(fēng)井、北區(qū)、山水溝三座35kV智能化變電站已于2015年8月工程建設(shè)完工，并投入使用。直至當(dāng)前時(shí)間，35kV智能化變電站運(yùn)行正常，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，有效地降低了變電站運(yùn)行中的維護(hù)量，同時(shí)變電站也實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守。35kV智能化變電站的改造及實(shí)踐應(yīng)用為寺河煤礦數(shù)字化煤礦的建設(shè)提供了基礎(chǔ)。