結合石油行業特色的電氣自動化實驗室構建

西安石油大學 劉 暢

結合石油行業特色的電氣自動化實驗室構建

西安石油大學 劉 暢

面對高校技術人才培養的工程化、創新性要求,新建的電氣自動化實驗室既應該體現電氣自動化專業微機化、網絡化、智能化的發展技術,還應該與行業的實際應用接軌,充分體現本行業的特色,并實現本專業課程內容的融合和相互覆蓋.本文闡述了西安石油大學電氣自動化實驗室的構建方案,介紹了實驗室所具有的實驗設備和可承擔的實驗項目,說明了實驗室所具備的石油行業特色及先進性與創新性.

電氣自動化;實驗室構建;電力系統;石油特色

一、我校電力綜合實驗室模擬系統簡介

西安石油大學電氣工程及其自動化實驗室自2011年建成以來建設了一套電氣自動化實驗仿真系統,該系統主要模擬了實際電力系統從發電、輸電、變電到配電的整個動態過程,系統主接線的設計思路參考了實際油田電網的供配電系統的設計.

該實驗室的建設既體現了當前電力系統自動化的微機化、網絡化、智能化的發展技術,又與行業的實際應用接軌,充分體現了石油行業的特色和特點,能夠為面向石油行業和更廣泛范圍的創新性的電力人才培養提供完善、先進、與實際系統高度符合的實驗條件[1].

我校電力綜合實驗室模擬系統的一次系統由一座發電廠、一個變電站、一個虛擬電網、輸電線路和配電網組成.其中,發電廠與虛擬電網之間有兩條輸電線路,變電站與發電廠和虛擬電網之間分別各有一條輸電線路,這四條輸電線路構成了110KV環形輸電網.變電站由兩條互相之間有聯絡點的三分段線路組成,配電網由兩條三分段三聯絡的饋線線路組成.我校電力系統自動化實驗室電氣主接線圖如圖1所示.

我校電力系統自動化實驗室仿真實驗系統的功能設計目標是:不僅能模擬實際電網并網穩態運行狀態,而且能仿真多種具有沖擊性和危險性的電氣暫態實驗[2].

1.電力系統綜合實驗室供電系統

在110kV送電線路路徑選擇中,經認真的方案比對,最終確定接入地方電網(即校園網供電系統)的供電方案.由1#調壓器、2#調壓器模擬無窮大系統給發電廠Ⅰ母、虛擬電網Ⅱ母送電,經輸電線路分別給Ⅲ母、Ⅳ母送電,形成雙端供電系統.發電廠Ⅰ母作為變電站主送電源,虛擬電網Ⅱ母作為變電站備用電源,實現了變電站雙電源供電,增強了供電可靠性.從10KV發電廠發電經升壓變壓器升壓后與110KV輸電線路并網,形成單機并網系統.具體接線形式如圖1發電廠部分.

2.電力系統綜合實驗室110/10KV變電站系統

變電站主變的選擇不但要考慮現有負荷情況,同時要考慮預期新增用電負荷情況,及變電站的經濟運行,盡量做到經濟合理[3].該110/10KV變電站系統由2#調壓器模擬的無窮大系統給發電廠Ⅰ母送電,經輸電線路到Ⅴ母后由降壓變壓器降壓至10KV,Ⅶ母帶電輸出兩條饋線,一個去往配電網,一個作為備用回路.由1#調壓器模擬的無窮大系統給發電廠Ⅱ母送電,經輸電線路到Ⅵ母后由降壓變壓器降壓至10KV,Ⅷ母帶電輸出兩條饋線,一個去往配電網,一個作為備用回路.同時Ⅴ母和Ⅵ母、Ⅶ母和Ⅷ母分經聯絡開關QF35、QF34形成互為暗備用的兩進線三分段帶兩聯絡系統.具體接線形式如圖1變電站部分.

3.電力系統綜合實驗室配電網系統

從110KV變電站模擬系統出線端Ⅶ母、Ⅷ母輸出的兩條饋線進入配電網,配電網模擬系統的兩條饋線各分為三段,每一個分段帶有一條負載回路、一個配電變壓器TD和另一條聯絡回路.負載回路帶有模擬抽油機負載,聯絡回路可以與另一條饋線同位置的聯絡回路經聯絡開關相連.具體接線形式如圖1的10KV公網部分.

圖1 西安石油大學電力系統綜合實驗室主接線圖

二、實驗設備及可承擔的實驗項目

綜合性、創新性實驗項目的設置是學生工程實踐能力培養的保證.我校電氣自動化實驗室采用了與實際現場高度一致的較先進的實驗設備,并在此實驗平臺上開發了一系列本專業的實驗課程,目前可服務的課程包括:電力系統繼電保護、電機學、配電網及其自動化技術、電力系統分析.實驗室所具有實驗設備及可開設實驗、服務課程見表1.

三、我校電力系統自動化實驗室具備的行業特色及先進性與創新性

1.采用了與實際油田電網相一致的設計方案

配網區配備了模擬的抽油機和油田各負載.10KV配網區的用戶負載的設計模擬了實際油田電網的負載情況,采用了6臺抽油機負載和4臺三相負載箱,并且學生可在操作面板上對抽油機轉速進行調節,以改變抽油機采油頻率,進而改變負載所帶電壓、電流.

表1 實驗設備及可開設實驗、服務課程

2.體現了實際油田電力設備的在線監測功能

油田電力設備在線監測是利用傳感、電子、計算機等技術,通過對運行中高壓設備的信號采集和傳輸、數據處理、邏輯判斷,實現對電力設備運行狀態的帶電測試或實時監測和診斷,以提高電力設備的運行維護水平,及時發現事故隱患,減少停電事故的發生[4].我校建成的電力自動化實驗室可實現對運行中電力設備的實時信號采集和處理、傳輸,可在調度中心和各監控臺實時監測電網中各電力設備的運行狀態,監測電能從發電廠輸出后經過輸電線路和變電站后一直到達配網區域的整個過程.

3.體現了當前電力系統中最先進的遠程控制和管理功能

該模擬系統可實現"三遙"操作.調度中心和管理員可在調度中心監控屏幕上實時而直觀地觀測到模擬油田電網中各電力設備的運行狀態,還可實現對實際中距離較遠的各電力設備的"三遙"操作,即遙信、遙測、遙控.遙信方面,可實現對電網運行狀態的遠程信息實時通信和交換,調度主站;遙測方面,可實現對各電力設備運行中電流、電壓、功率等信息的實時測量和采集;遙控方面,通過對各開關的分合動作實行實時控制,以實現對各設備運行狀態的控制,以及故障的及時切除和隔離.三遙功能的實現:

(1)通過調度數據網,實現數據的調取,并在服務器中進行處理;

(2)通過SCADA系統實現數據的下達與動作指令的實現;

(3)通過通信網絡實現數據的上傳[5].

四、結語

通過建設此電力系統自動化實驗室,模擬了實際的電力生產、運輸和分配過程,可以在安全的實驗環境中模擬實際生產中可能面臨的較為嚴重的短路和斷路故障,讓學生可以直接觀測到各種短路和斷路故障發生時對電網安全運行帶來的一系列損害以及隨之發生的相關現象,并通過相關實驗學習如何監測電網運行狀態,及時切斷電路故障以及避免各類故障發生.

[1]劉燕,秦維勇,孫亞平.基于工程化與創新性的繼電保護實驗室建設[J].實驗室研究與探索,2015.9.

[2]黃飛騰,翁國慶,謝路耀.智能微網并網仿真實驗系統的構建方法[J].實驗技術與管理,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優化設計[J].儀表電氣,2013.11.063:107-108.

[4]錢秀群.油田電網在線監測技術[J].儀表電氣,2013.10.

[5]洪海強.配網自動化及其三遙功能的實現探討[J].中國高新技術企業,2016.05.061.

劉暢,女,碩士研究生學歷,現任西安石油大學電子工程學院教師.