智能變配電系統在張莊礦的應用

王 彪，李保健，郭春華，劉建東，韓曉輝，黃明杰

（安徽馬鋼張莊礦業有限責任公司，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，建成一個集電力監控、電力調度為一體的管控一體化的系統平臺，實現對張莊礦電網內部的負荷及控制設備進行實時綜合監視，根據負荷特性，對內部的負荷進行優化控制，保障電網的安全穩定運行，提高電網能源利用效率及運營經濟性，加強公司整體的電力調度與管理，從根本上解決電力資源利用與浪費問題，實現變電站及各10kV 變配電室無人值守、電力管理的信息化和現代化，提高企業生產效率和增強企業競爭力。

1 電力系統概況

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控系統，其中110kV 總降變電所配備北京四方的后臺監控系統，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控系統，-480 水平中央變電所10kV 高配室配備國電南自的后臺監控系統；另有4 個變配電室僅配備保護測控裝置，未配備后臺監控系統。

1.2 電力系統參數

張莊礦電網進線數量：2 路；

張莊礦電網進線電壓：110kV；

電網設計容量：40000kVA；

主變壓器數量：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控系統各行其是，不能進行有效的融合；另有部分場站未配備后臺監控系統，對電網各類狀態信息監測力度不足；同時張莊礦地處偏僻，人員流動較快，人力資源緊張，熟練的電力系統運維人員較為缺乏；2020 年張莊礦正式達產，生產系統長時間連續運行，對電力系統的不間斷運行提出了非常高的要求。通過提高電力系統的效率，迅速排除故障修復電力系統，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的保護測控裝置，井下-480 中央變電所使用國電南自生產的保護測控裝置，主廠房高配室及中細碎高配是使用國電南自生產的保護測控裝置，生活區高配室使用許繼電氣生產的保護測控裝置。通過將不同的保護測控裝置的不同協議的通信方式轉化為統一的104 協議，通過網絡通信接入通信網關，并由通信網關將數據通過光纖網絡上傳到后臺監控系統；系統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的核心，負責整個系統的管理和處置。其收集各功能單元的實時數據，采用標準通信協議，以不同的規約和速率，通過上行信道同上級調度及當地監控進行信息交換，實現遠方監視；同時亦接受其下行控制，調度命令，并下達到對應功能單元執行，全面實現“四遙”功能等。

4 系統介紹

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

其中生產指揮中心五樓中心機房中心平臺主要有數據服務器、電能量采集服務器、應用服務器、Web 發布服務器等組成。

4.1 數據服務器

采集服務器主要為系統提供實時數據管理支撐，負責數據采集。以有線、無線等多種通信方式與地理分散的控制設備進行實時采集與控制，將實時數據提供給系統的歷史服務器來完成數據的上傳與指令下達。

4.2 歷史服務器

通過提供歷史數據接口服務對歷史數據的實時歸檔進行分組。歷史數據倉庫支持多種技術，包括計劃數據存儲、條件存儲、更改壓縮存儲、趨勢壓縮存儲以及更強大的生產數據分析和統計功能。

4.3 操作員工作站

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

4.4 電能量采集服務器

對電能表數據每1h 自動讀取一次并記錄至數據庫，提供電能表歷史數據查詢服務。

4.5 Web 發布服務器

Web 服務器上部署界面開發工具，電力工藝圖的界面開發都在Web 服務器上完成，Web 服務器從實時歷史庫調取實時歷史數據關聯對應的界面，并進行網絡發布供網內用戶調用，給用戶提供人機交互頁面工作。

4.6 配電室監控平臺

每個配電室單獨配置通信網關，將本區域的電力運行數據上傳到生產指揮中心五樓中心機房中心平臺，如圖1 所示。

圖1 配電室監控平臺

5 方案實施及效果

經改造后，整個系統采用104 通信規約將所有采集到的數據上傳至生產指揮中心五樓中心機房服務器進行管理，通過生產指揮中心智能集控中心操作員工作站可以實現對張莊礦所有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控，全面實現“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、功率因數等；接入開關、開關、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，數據誤差大，對生產指導意義不強，該系統每隔一小時自動讀取電能量數據，徹底取代人工抄表，降低人工抄表數據誤差，同時可減輕人員抄表工作量。

（3）數據處理功能：遠程信號反轉；手動信號屏蔽；自動檢測和抖動的屏蔽；雙遠程通信節點；根據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、分接頭調節、斷路器分合、電容器開關、自動裝置保護和開關及其他控制功能，所有操作都記錄在記錄數據庫中。

（5）告警功能：系統可對低電流基線運行信號、直流系統故障信號、設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設備的狀態、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）歷史數據管理：具有完整的歷史數據、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：該系統具有匯編報告、查看報告、發布報告、打印報告等功能，報告子系統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：該系統具有全面的Web 功能，不受地理限制，允許在監控系統中查看各種數據和圖表，包括參數數據、歷史數據、歷史事件信息、錯誤數據、實時執行信息等，而無須事先安裝軟件。

6 結論

（1）智能變配電系統項目研發完成后，實現了張莊礦10kV及10kV 以上電壓等級變配電室的遠程集中監控，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人員勞動強度、減少高危場所值班人員數量及實現變配電室無人值守的目的。

（2）項目建設投入使用后，5 個需配備值班電工的變配電室值班人員由原先的總數由原先的45 人精簡為現在智能集控中心的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，使智能集中控制中心的調度人員和維護人員能夠實時控制電力系統的運行狀態，必要時可及時采取配電措施，確保電力系統以最佳狀態運行；與此同時，正在實現配電自動化，根據客觀數據有效實施配電系統，降低電力管理成本，提高電力管理效率。