有關變電站電力物聯網要求下不停電電源系統的計算及應用

李 東

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081)

0 引 言

西藏林芝波密縣110 kV通麥變是西藏林芝“三區三州”電網工程之一，意在解決當地線路老舊、線徑小、單電源輻射，用電可靠性差，線樹矛盾突出，35 kV變電站布點不足等問題。國家電網有限公司印發的2020年重點工作任務通知(國家電網辦〔2020〕74號文)中明確指出，要將全力推進電力物聯網高質量發展作為本年度國家電網的重點工作之一。常規的不停電電源系統容量已不滿足電力物聯網通信電源的要求，通過西藏林芝波密縣110 kV通麥變不停電電源系統設計方案論述及探討，分析了常規110 kV變電站不停電電源系統設計的不足后，提出了一種適用于泛物聯網的不停電電源系統配置方案，可供相關類似工程參考設計。

1 常規110 kV變電站不停電電源系統設計

根據西藏電網110～500 kV變電站分冊(2015年版)通用設計XZ—110—A3—2設計方案，變電站本站配置1套交流不停電電源系統，為變電站內計算機監控系統、保護裝置及通信設備、電能計費系統、火災監視系統(顯示器和通訊設備)等重要二次設備提供不停電電源。交流不停電電源系統不配單獨的蓄電池，直流電源由站內 220 V直流系統取1路電源提供，經1臺逆變器逆變后輸出AC 220 V電源，該逆變器采用單母線方式(見圖1)。不停電電源系統交流饋線 16 A，20 回；20 A，10回；32 A，4回；饋線采用輻射狀供電方式。

圖1 常規站不停電電源系統配置方案

不停電電源系統負荷統計如下所示(見表1)。

表1 不停電電源系統負荷統計

常規變電站不停電電源系統根據計算負荷，可按照標準公式[1]：

式中，S為不停電電源系統計算容量；Sc為計算容量；Kk為可靠系數，取1.25；Kf為功率校正系數，取0.8；Kd為降容系數，海拔2 500 m，取0.86。

根據計算容量S=6.8 kVA，選擇容量為7.5 kVA。

2 本工程不停電電源系統設計

2.1 泛在電力物聯網

根據國家電網指導文件的要求，國家電網提出的“三型兩網”戰略中的第二張網即泛在電力物聯網分為：感知層、網絡層、平臺層和應用層(見圖2)。其感知層通過各種感知傳感器 (視頻監控、紅外檢測、氣體成分檢測、濕度檢測、水侵檢測)、智能檢測設備(智能機器人、巡檢無人機) 等智能采集設備收集數據；網絡層通過ZigBee/5G/電力內部網等通信技術與感知傳感器進行數據交互，將數據傳輸至平臺層；平臺層通過一體化國網云平臺利用大數據、云計算和邊緣計算等技術對數據進行管理、分析、挖掘和共享；應用層是泛在電力物聯網在變電站中的應用，如初步實現故障診斷、智能運維、安防監控、設備管理等。

圖2 泛在電力物聯網的構架

2.2 泛在電力物聯網應用下不停電電源設備新增功能應用

電力網聯網下，無人值守變電站的在線監測系統、火災報警系統在原有功能的基礎上加入了智能檢測、網絡物聯等功能，又加入了智能巡檢系統等系統。泛在電力網聯網火災報警消防系統主要使用物聯網式探測器、滅火器替換傳統離線式探測器、滅火器，并通過站內的物聯網終端將相關數據上傳至電力物聯網智能監管平臺，實現數據實時的采樣。利用開發的電力物聯網智能火災報警監控管理平臺對數據分析計算，智能的判斷火災等級區域等，并作出相應的報警滅火等智能聯動指令[2]。

泛在電力物聯網的變電站設備在線監測系統利用采用物聯網局部放電超聲波檢測、紅外檢測、水侵檢測、六氟化硫氣體檢測、泄漏電流檢測及環境環境溫濕度、雨量、氣壓、風向監測等，傳感器定時自動收集檢測數據并上傳至智能監控平臺，分析數據并發出自動報警信號[3]。在巡檢維護上主要應用智能機器人或者電網無人機巡檢，將采集信息上傳電力物聯網智能監管平臺，節約人工，提高工作效率[4]。

2.3 電力物聯網應用下不停電電源系統負荷統計及計算

在電力物聯網的應用前期下，UPS電源容量既要滿足變電站內計算機監控系統、電能計費系統、智能輔助系統、火災監視系統原有負荷需求，還要滿足各系統擴展功能負荷需求。由于泛電力網聯網發展高速，應用越來越廣，本站設計時按照滿足現有容量需求的情況下，對容量的遠景發展作了適當規劃(見表2)。

表2 電力物聯網下的不停電電源系統負荷統計

電力物聯網下變電站不停電電源系統根據計算負荷，可按照標準公式：

式中，S為不停電電源系統計算容量；Sc為計算容量；Kk為可靠系數，取1.25；Kf為功率校正系數，取0.8；Kd為降容系數，海拔2 500 m，取0.86。

根據計算容量S=9.2 kVA，選擇容量為10 kVA。

3 結 語

不停電電源系統是電力物聯網設備運行的基礎，隨著技術不斷的革新，產業集成度越來越高，加上跨行業的技術更多地應用于電力物聯網，相關新設備也在不停的優化、完善，其功耗不斷優化降低；因此仍需要相關設計經驗的積累和檢驗，以優化相關設計。