35kV變電站智能供配電管理系統改造實踐

閆元峰

上海深源節能技術有限公司 上海 200135

引言

隨著國家對智能化的大力重視，變電站作為電網建設中的重要組成部分，已逐漸由常規變電站升級為智能變電站。該智能化改造過程中主要是通過增加先進的傳感器、電子、信息、通信、傳感器等技術，通過對供電站設備數據進行采集和分析并做出相應的指令，從而能夠高效地完成電能的輸送[1]。

1 變電站智能供配電管理系統改造技術思路

高壓斷路器不僅可以切斷或閉合高壓電路中的空載電流和負荷電流，而且當系統發生故障時通過繼電器保護裝置的作用，切斷過負荷電流和短路電流，它具有相當完善的滅弧結構和足夠的斷流能力。高壓斷路器技術的發展使得變電站在設計過程中已逐漸趨向于智能化的方向發展，為變電站智能化改造提供了新思路。

而對于變電站智能化改造中要考慮到改造成本，由于用到的技術不一樣，所用的設備成本就會承受很大差異，另一方面要考慮智能化設備的使用范圍和使用對象，可以選擇低成本設備來完成智能化的改造。一般變電站智能化設備考慮到成本因素都會采用高壓斷路器設備加裝在線監測系統以及智能綜合組件的方式實現智能化的改造。

2 變電站智能供配電管理系統改造

2.1 改造原則

在對變電站智能化供電設備改造過程中要有一定的原則遵循，國家電網公司頒布了《變電站智能化改造技術規范》，在進行改造過程中應遵循以下原則：

2.1.1 安全可靠原則。嚴格按照改造作業的操作規范進行，確保改造工人在改造過程中的安全性，嚴格保證電網改造的質量。

2.1.2 經濟實用原則。從現有設備和環境出發，發揮現有資產的使用效益和使用效率。

2.1.3 標準先行原則。按智能化電網設備改造要求統一部署和智能化改造標準相一致。

2.1.4 因地制宜原則。對相應關鍵設備要具有針對性的改造，從而最大限度地使用身邊現有資源，提高設備的利用率。

2.2 改造內容

某變電站基本配置：35kV開關柜12面、10kV開關柜26面、主變壓器兩臺、電容柜兩套、交直流屏及保護測控屏若干等。

當前問題的如遇到停窯爐檢修或異常生產狀況時需要進行停送電操作時，通過監控系統雖然可以在遠方控制室完成對斷路器的分合閘遙控操作，但與之配套的斷路器小車和接地刀卻不具備遙控執行功能。導致仍然需要人員到現場完成操作，不但增加了工作強度，操作安全風險也隨之增加。

故本次改造將提高一次設備的自動化程度，使針對一次設備的操作全部實現自動化。同時增設必要的在線監測裝置，使針對一次設備的巡檢巡視通過在線監測手段完成。補充環控及安防設備，使變電所處于全面可控狀態。其次將利用智能變電站的建模技術，對供配電系統進行數字化建模，打造虛擬的數字化供配電系統，并將設備靜態信息、運行信息、狀態信息加載在虛擬供電系統上，形成一套對系統運行安全的評估機制，以此實現數字化運維。

2.2.1 開關設備智能化改造。變電站的主要設備有變壓器、斷路器、隔離開關等，要實現變電站的智能化改造，主要是對這些設備進行智能化控制和升級。

對于開關設備智能化改造主要是通過一般的保護、監測、計量以及智能化的一體化技術，實現對高壓開關的保護、監測、控制以及跨時間的控制等。

開關設備的智能化升級主要是通過繼電器或者相應的傳感器與開關進行連接，開關設備中的傳感器能夠接受和反饋電路中的電流信號，當檢監測系統監測到電路中出現某些信號異常，會將信號及時傳給中央處理器，中央處理器根據收集到的信號進行相應的分析和判斷并做出相應的指令，從而以動作指令的形式傳遞，使繼電器動作實現電路的斷開與閉合。

開關設備智能組件在集成一體化后，提高了設備的可靠性，將一次設備與智能設備結合起來，從而能夠高效實施對電路進行控制。

2.2.2 低壓配電室改造。在對低壓配電室改造前對現場進行了勘察發現低壓室設備數量多，密度大，且處于監控的盲點，并且低壓配電室設備故障率高，對低壓配電室的改造迫在眉睫。

經過分析知低壓保護裝置運行環境惡劣，自身控制體積較小，因此，其使用壽命比高壓短了許多，決定將低壓保護進行全部更換并搭建通信網絡，使其接入到SCADA系統的監控范圍內，從而能夠起到啟動超時、不平衡保護、相序保護、漏電流保護等。

如上圖1所示，采用低壓回路監控系統，采用與中高壓一致的綜合監控的專業化SCADA系統，Linux平臺開放式結構，實時多任務系統，適應各種大中型變配電系統（無限點）。 實時采集全站生產過程輸入、輸出信號，實時地更新數據庫，為監控系統提供運行狀態的數據。

2.2.3 電纜改造。對于電纜的改造，由于電纜絕緣層較厚，在使用過程中出現電纜線破壞的情況較少。經過現場勘查和實地調研發現電纜容易發生故障的位置主要出現在電纜頭部，可在進線電纜頭處增設無線測溫點，從而反映電纜的過負荷狀態和接觸不良。當三相電纜頭溫度有明顯差異，且高溫相超出閾值，可判斷為此相接觸不良。當溫度過高情況，則判斷為回路過負荷。

具體采用的裝置為無線測溫裝置，適用的范圍為動觸頭、電纜頭，采用綁帶式、磁座式的安裝方式，無線測溫在常溫時的發射時間為240秒/次，高溫時為實時發送1秒/次（可調），中央處理器能夠實時監測電纜溫度異常情況，從而實現電纜的改造升級。

2.2.4 變壓器改造。針對35Kv變壓器在改造過程中主要采用溫度檢測手段。根據設備的現有功能，通過溫度采集裝置進行測溫，并通過管理機接入服務器，能夠將監測的數據進行實時反饋至中央處理器。由于變壓器設備結構復雜，在工作過程中發熱點較多，這個給溫度測量提出了新的挑戰，并且本體溫度在進行測量過程中最好能夠進行面狀觀察，而并非點狀數據，同時針對本體之外也可以對電纜、接頭等部位進行關注[2]。

綜合考慮以上的情況，決定采用低分辨率的紅外熱成像設備（可選）加強對變壓器溫度的監測。成像機芯采用美國FLIR非制冷微熱量型320x240像素機芯，溫度識別率能夠達到40米以上，主要實現監測變壓器、變壓器進線柱、斷路器等14個預置點溫度及高清畫面捕捉，并能根據與環境溫度的對比判斷出預置點的溫升值，達到參考定值時輸出報警信息。高清畫面捕捉與綜合自動化系統聯動完成對斷路器設備操作。

3 智能化運維軟件平臺構建

為了能夠對故障情況能夠進行及時處理，配置智能化運維軟件平臺，具體可實現信息數字化、集成化、結構緊湊化、狀態可視化，能夠直觀地看出整個系統的運行情況。

該智能化變電站系統能夠實現控制、監視和繼電保護三大功能，包含三大體系，過程層設備、間隔層設備、站控層設備。

過程層設備主要實現的一次設備狀態信息的自動采集、測量、就地數字化（如信號調理、模數轉換）及對一次設備的控制等功能。

間隔層設備實現使用一個間隔的數據并且作用于該間隔一次設備的功能，實現被監測設備相關的監測裝置的數據匯集、數據加工處理、標準化數據通信、監測預警等功能。在站控層及網絡失效的情況下，仍能獨立完成間隔層設備的就地監控功能[3]。

站控層設備實現數據采集和監視控制、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護信息管理、與遠方監控/調度中心通信等相關功能。

智能化運維軟件平臺構建使得整個變電站系統更智能化、可讀化、操作簡便化、人性化。

4 結束語

本文以某變電站智能化系統改造項目為例，就整個系統改造技術思路展開探討；詳細介紹了開關設備智能化改造、低壓配電室改造、電纜改造、變壓器改造過程，具體還實現了智能化運維軟件平臺構建，使的針對一次設備的操作全部實現自動化、數字化運維，同時還為智能工廠的建設目標，使供配電系統符合未來發展的方向。