智能變配電系統(tǒng)在張莊礦的應(yīng)用

王 彪，李保健，郭春華，劉建東，韓曉輝，黃明杰

（安徽馬鋼張莊礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 六安 237400）

0 引言

通過將張莊礦變電站及各10kV 變配電室接入智能變配電系統(tǒng)，建成一個集電力監(jiān)控、電力調(diào)度為一體的管控一體化的系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對張莊礦電網(wǎng)內(nèi)部的負荷及控制設(shè)備進行實時綜合監(jiān)視，根據(jù)負荷特性，對內(nèi)部的負荷進行優(yōu)化控制，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，提高電網(wǎng)能源利用效率及運營經(jīng)濟性，加強公司整體的電力調(diào)度與管理，從根本上解決電力資源利用與浪費問題，實現(xiàn)變電站及各10kV 變配電室無人值守、電力管理的信息化和現(xiàn)代化，提高企業(yè)生產(chǎn)效率和增強企業(yè)競爭力。

1 電力系統(tǒng)概況

1.1 變配電室情況

張莊礦共有8 個10kV 及以上電壓等級的變配電室，有4 個變配電室配備后臺監(jiān)控系統(tǒng)，其中110kV 總降變電所配備北京四方的后臺監(jiān)控系統(tǒng)，主廠房10kV 高配室及中細碎10kV 高配室共用一套南京鈦能的后臺監(jiān)控系統(tǒng)，-480 水平中央變電所10kV 高配室配備國電南自的后臺監(jiān)控系統(tǒng)；另有4 個變配電室僅配備保護測控裝置，未配備后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

1.2 電力系統(tǒng)參數(shù)

張莊礦電網(wǎng)進線數(shù)量：2 路；

張莊礦電網(wǎng)進線電壓：110kV；

電網(wǎng)設(shè)計容量：40000kVA；

主變壓器數(shù)量：2 臺；

主變壓器型號：SZ11-20000/110，110±8*1.25%/10.5kV。

2 問題的提出

張莊礦各變配電室后臺監(jiān)控系統(tǒng)各行其是，不能進行有效的融合；另有部分場站未配備后臺監(jiān)控系統(tǒng)，對電網(wǎng)各類狀態(tài)信息監(jiān)測力度不足；同時張莊礦地處偏僻，人員流動較快，人力資源緊張，熟練的電力系統(tǒng)運維人員較為缺乏；2020 年張莊礦正式達產(chǎn)，生產(chǎn)系統(tǒng)長時間連續(xù)運行，對電力系統(tǒng)的不間斷運行提出了非常高的要求。通過提高電力系統(tǒng)的效率，迅速排除故障修復(fù)電力系統(tǒng)，降低電力管理成本，提高電力管理的效率成為擺在張莊礦面前需要解決的問題。

3 提出解決方案

張莊礦110kV 變電所、主井、1#副井、2#副井均使用北京四方生產(chǎn)的保護測控裝置，井下-480 中央變電所使用國電南自生產(chǎn)的保護測控裝置，主廠房高配室及中細碎高配是使用國電南自生產(chǎn)的保護測控裝置，生活區(qū)高配室使用許繼電氣生產(chǎn)的保護測控裝置。通過將不同的保護測控裝置的不同協(xié)議的通信方式轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的104 協(xié)議，通過網(wǎng)絡(luò)通信接入通信網(wǎng)關(guān)，并由通信網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)無論是以何種方式安裝，各功能單元均通過一個二芯通信電纜同通信匯集單元進行通信。通信匯集單元是自動化維護系統(tǒng)的核心，負責(zé)整個系統(tǒng)的管理和處置。其收集各功能單元的實時數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，以不同的規(guī)約和速率，通過上行信道同上級調(diào)度及當(dāng)?shù)乇O(jiān)控進行信息交換，實現(xiàn)遠方監(jiān)視；同時亦接受其下行控制，調(diào)度命令，并下達到對應(yīng)功能單元執(zhí)行，全面實現(xiàn)“四遙”功能等。

4 系統(tǒng)介紹

整個系統(tǒng)由智能集控中心操作員工作站、生產(chǎn)指揮中心五樓中心機房中心平臺和配電室監(jiān)控平臺組合而成。

其中生產(chǎn)指揮中心五樓中心機房中心平臺主要有數(shù)據(jù)服務(wù)器、電能量采集服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、Web 發(fā)布服務(wù)器等組成。

4.1 數(shù)據(jù)服務(wù)器

采集服務(wù)器主要為系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)管理支撐，負責(zé)數(shù)據(jù)采集。以有線、無線等多種通信方式與地理分散的控制設(shè)備進行實時采集與控制，將實時數(shù)據(jù)提供給系統(tǒng)的歷史服務(wù)器來完成數(shù)據(jù)的上傳與指令下達。

4.2 歷史服務(wù)器

通過提供歷史數(shù)據(jù)接口服務(wù)對歷史數(shù)據(jù)的實時歸檔進行分組。歷史數(shù)據(jù)倉庫支持多種技術(shù)，包括計劃數(shù)據(jù)存儲、條件存儲、更改壓縮存儲、趨勢壓縮存儲以及更強大的生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計功能。

4.3 操作員工作站

操作人員工作臺是布局、操作人員和系統(tǒng)平臺的人機界面（MMI），充當(dāng)控制中心監(jiān)控系統(tǒng)中的客戶端，使操作人員能夠詳細了解配電點的狀態(tài)并執(zhí)行控制命令。

4.4 電能量采集服務(wù)器

對電能表數(shù)據(jù)每1h 自動讀取一次并記錄至數(shù)據(jù)庫，提供電能表歷史數(shù)據(jù)查詢服務(wù)。

4.5 Web 發(fā)布服務(wù)器

Web 服務(wù)器上部署界面開發(fā)工具，電力工藝圖的界面開發(fā)都在Web 服務(wù)器上完成，Web 服務(wù)器從實時歷史庫調(diào)取實時歷史數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)對應(yīng)的界面，并進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布供網(wǎng)內(nèi)用戶調(diào)用，給用戶提供人機交互頁面工作。

4.6 配電室監(jiān)控平臺

每個配電室單獨配置通信網(wǎng)關(guān)，將本區(qū)域的電力運行數(shù)據(jù)上傳到生產(chǎn)指揮中心五樓中心機房中心平臺，如圖1 所示。

圖1 配電室監(jiān)控平臺

5 方案實施及效果

經(jīng)改造后，整個系統(tǒng)采用104 通信規(guī)約將所有采集到的數(shù)據(jù)上傳至生產(chǎn)指揮中心五樓中心機房服務(wù)器進行管理，通過生產(chǎn)指揮中心智能集控中心操作員工作站可以實現(xiàn)對張莊礦所有10kV 及10kV 以上電壓等級變配電室的集中控制及遠程監(jiān)視，將張莊礦所有10kV 及10kV 以上電壓等級變配電室集中至智能集控中心進行遠程監(jiān)控，全面實現(xiàn)“四遙”功能，達到各變配電室無人值守的目的。具體功能如下。

（1）測量監(jiān)視功能：采集和處理變壓器、電容器、線路、母線等受控站主要設(shè)備的電壓、電流、有功功率、無功功率、主變壓器溫度、饋線頻率、相位、功率因數(shù)等；接入開關(guān)、開關(guān)、變壓器連接器位置信息的實時控制。

（2）電能量測量：人工抄表每月僅進行2 次，抄表時間長，數(shù)據(jù)誤差大，對生產(chǎn)指導(dǎo)意義不強，該系統(tǒng)每隔一小時自動讀取電能量數(shù)據(jù)，徹底取代人工抄表，降低人工抄表數(shù)據(jù)誤差，同時可減輕人員抄表工作量。

（3）數(shù)據(jù)處理功能：遠程信號反轉(zhuǎn)；手動信號屏蔽；自動檢測和抖動的屏蔽；雙遠程通信節(jié)點；根據(jù)總事故信號和保護信號，自動識別事故變位。

（4）控制功能：可以進行遠程和本地變壓器開關(guān)、分接頭調(diào)節(jié)、斷路器分合、電容器開關(guān)、自動裝置保護和開關(guān)及其他控制功能，所有操作都記錄在記錄數(shù)據(jù)庫中。

（5）告警功能：系統(tǒng)可對低電流基線運行信號、直流系統(tǒng)故障信號、設(shè)備運行信號通過文本、語音、閃爍、電笛、打印等各種信號方式進行報警，同時支持按類型分類的歷史報警信息，對報警源的請求進行分類。

（6）事件記錄功能：記錄中央控制站所有開關(guān)設(shè)備的狀態(tài)、動作順序和作用時間，毫秒精度繼電保護信號，形成動作序列表。

（7）歷史數(shù)據(jù)管理：具有完整的歷史數(shù)據(jù)、歷史事件信息、SOE 信息、操作事件記錄的查看功能。

（8）報表功能：該系統(tǒng)具有匯編報告、查看報告、發(fā)布報告、打印報告等功能，報告子系統(tǒng)可以自定義各種報告模板，靈活生成日、月和年度報告。

（9）Web 功能：該系統(tǒng)具有全面的Web 功能，不受地理限制，允許在監(jiān)控系統(tǒng)中查看各種數(shù)據(jù)和圖表，包括參數(shù)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、歷史事件信息、錯誤數(shù)據(jù)、實時執(zhí)行信息等，而無須事先安裝軟件。

6 結(jié)論

（1）智能變配電系統(tǒng)項目研發(fā)完成后，實現(xiàn)了張莊礦10kV及10kV 以上電壓等級變配電室的遠程集中監(jiān)控，切合中國寶武“四個一律”中“控制室一律集中”的理念，達到了有效降低作業(yè)人員勞動強度、減少高危場所值班人員數(shù)量及實現(xiàn)變配電室無人值守的目的。

（2）項目建設(shè)投入使用后，5 個需配備值班電工的變配電室值班人員由原先的總數(shù)由原先的45 人精簡為現(xiàn)在智能集控中心的4 人，大幅緩解了人力資源緊缺的情況。

（3）采用ORL 的智能系統(tǒng)，使智能集中控制中心的調(diào)度人員和維護人員能夠?qū)崟r控制電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)，必要時可及時采取配電措施，確保電力系統(tǒng)以最佳狀態(tài)運行；與此同時，正在實現(xiàn)配電自動化，根據(jù)客觀數(shù)據(jù)有效實施配電系統(tǒng)，降低電力管理成本，提高電力管理效率。