智能一体化解決方案

引言

站用电源是变电站安全运行的基础,随着变电站综自化程度的越来越高以及大量无人值班站投运,相应提高站用电源整体的设计、运行、管理水平具有非常重要意义。近年来,高中压开关电器、综自系统在电力系统受到高度重视,变电站综合技术与智能化水平得到了极大的提升。然而,针对站用电源的技术研究与产品创新却相对滞后,传统站用电源设计方案已难以适应新型变电站的发展需要。随着中国大力推进坚强智能电网的建设步伐,智能变电站已成为新一代变电站的发展趋势。同时,基于DL/T 860(IEC61850)的智能变电站/数字化站用一体化电源系统应运而生,站用电源系统逐步向统一的数字化、程序化、智能化的方向发展。

傳統站用電源現存問題

传统变电站站用电源分为交流系统、直流系统、UPS 、通信电源系统等,各子系统采用分散设计,独立组屏,设备由不同的供应商生产、安装、调试,供电系统也分配不同的专业人员进行管理。站用电源的分散设计与管理,这种模式运行下的各种电源子系统存在诸多问题:

(1)站用電源自動化程度不高。由不同供應商提供的各子系統通信規約一般不兼容,難以實現網絡化管理,自動化程度低,缺乏統一的系統管理平台,制約了管理的提升。

(2)經濟性較差。由不同供應商分別設計各個子系統,站用電源資源不能綜合考慮,造成配置重複,使一次投資顯著增加。

(3)安裝、服務協調較難。各個供應商由于利益的差異使安裝、服務協調困難,站用電源一旦出現故障需要向多個廠家進行協調,造成溝通困難與效率低下。

(4)運行維護不方便。站用電源分配不同專業人員進行管理,人力資源不能總體調配,通信電源、UPS等也沒有納入變電站的巡檢範圍,可靠性得不到保障。

交直流一體化電源的優勢特點

站用交直流一體化電源系統是指:將站用交流電源、直流操作電源、電力專用UPS、逆變電源、通信電源統一設計,監控、生産、調試、服務,通過統一監控、信息共享,實現站用電源安全化、網絡化、智能化和一體化。

站用交直流一体化电源系统, 它的优势和特点主要表现在以下几个方面。

(1)實現站用電源網絡化、智能化,一體化程度更高
實現在一個平台上對整個站用電源的各種電源子系統進行監控和分析,解決由不同供應商提供的各獨立電源通信規約兼容等問題,提高系統網絡化、智能化程度。

(2)站用電源更加安全可靠
一次、二次設備均采用成熟可靠技術,其本身沒有任何技術風險,通過一體設計可以有效避免站用電源的安全隱患。

(3)提高站用電源管理水平
由一家廠家提供所有電源的設計、生産、安裝、服務,一攬子解決所有站用電源問題,可以減少采購、協調、溝通成本,提供電力電源的整體管理水平。

交直流一体化电源的解決方案

交直流一体化电源系统采用分层分布架构,将站用交流电源、直流操作电源、电力专用UPS与电力专用逆变电源(INV)、通信用直流变换电源(DC/DC)等设备按一体化设计、一体化配置,通过统一的智能网络平台,实现变电站电源的集中供电和统一监控管理,进而实现在线的状态检测。其运行工况和信息数据能通过一体化监控装置展示并转换为标准模型数据,以标准DL/T 860(IEC61850)格式接入当地自动化系统的站控层交换机,并上传至远方控制中心。

(1)站用交流電源

站用交流電源由自動轉換開關ATS、進線塑殼開關、電流互感器、智能電量儀表、饋線斷路器、開關量采集模塊等組成。實現由站用電交流輸出到整流模塊的電源分配和保護,從根本上保證了電源的安全可靠切換。

(交流电源监控用于实时监测二路交流进线和各交流配电单元的运行参数,并通过RS-485 接口传送给系统的一体化监控装置统一处理。

(2)直流操作電源

直流操作電源是在站用交流電源正常和事故狀態下都能保持可靠供電給變電站內所有控制負荷和各類動力負荷的電源。直流操作電源系統由交流配電單元、高頻整流模塊、蓄電池組、母線調壓裝置、絕緣監測裝置、電池巡檢裝置和直流電源監控模塊等部分組成。

直流操作電源的配置提供以下三種方案:
a) 一组蓄电池、一组充电装置、单母线接线;适用于35kV 及以下的变电站。
b) 一组蓄电池、一组充电装置、单母线分段接线;适用于110kV 的变电站。
c) 二组蓄电池、二组充电装置、两段单母线接线;适用于重要的110kV 变电站和220kV 及以上的变电站。

(3)交流不間斷電源

电力专用交流不间断电源包括电力专用UPS 和INV 两类,均不配置独立蓄电池组,与直流电源共用蓄电池组,作为直流系统的负荷之一。其中电力专用INV电源一般为“后备”运行模式,主要为变电站的事故照明等对电源的质量要求不高的负荷供电。电力专用UPS它区别于INV 的地方是增加了整流器,正常运行为“在线”模式,主要为变电站的计算机监控等对电源质量要求很高的重要负荷供电。

(4)DC-DC 通信电源

DC-DC 通信电源直接采用直流220V或110V电源输入,利用DC/DC电源变换装置代替原专业48 V通信电源,它与直流操作电源的充电装置和蓄电池组相配合,为电站的通信设备提供电源。通信用DC/DC电源的各项性能指标满足通信电源技术标准要求,并满足电力控制电源技术标准的要求,为电站的交换机等通信设备提供可靠的直流工作电源。

(5)配電單元

配电单元是将交流或直流电源通过负荷开关送至各用电设备的馈线单元,交直流一体化电源系统配电单元按功能可分为交流配电单元、直流操作电源配电单元和DC/DC通信电源配电单元。配电单元的监控是采用通用的硬件方案,实时监测一体化电源系统各配电单元的运行参数,并通过RS-485 接口传送给电源系统的监控装置统一处理。

(6)一體化電源監控

一體化電源監控裝置通過RS-485串口對高頻整流模塊、電池巡檢裝置、絕緣監測裝置、電力專用UPS和INV、DC/DC通信電源、智能電量儀表和開關量模塊等智能設備實施數據采集,並進行顯示;亦可根據系統的各種設置數據進行報警處理、曆史數據管理等;同時,能對這些處理的結果加以判斷,根據不同的情況實行站用電和電池管理,輸出控制等操作;通過以太網接口,將系統運行狀態、主要數據等信息通過DL/T680(IEC61850)規約與變電站的綜合自動化系統連接,實現一體化電源系統的“四遙”功能。

應用實例

變電站交直流一體化電源系統通過對站用電源一體化設計和組屏生産,對傳統站用電源進行了資源和結構的優化,實現了系統的協調聯動、遠程控制等功能,減少了運維人員和工作量,提高了工作效率和運營管理水平。隨著數字化變電站相繼建設投産及全國智能變電站試點項目的建設,一體化電源系統正在逐步替代傳統變電站站用電源建設及管理的模式,其技術先進,維護方便,運行安全可靠,具有良好的發展前景。