全昌明 付建軍
摘 要:土配電變電站是當(dāng)前配電網(wǎng)的重要組成部分。配電網(wǎng)自動化水平在一定程度上是由配電變電站實際自動化水平影響的。目前,國內(nèi)部分老式配電站運行期間會存在困難,為更好地解決配電過程中出現(xiàn)的各類問題,需要重點分析配電網(wǎng)自動化水平力度,尋求行之有效的解決措施。
關(guān)鍵詞:配電;變電站;自動化;問題;解決對策
中圖分類號:TM63 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1674-1064(2022)04--03
DOI:10.12310/j.issn.1674-1064.2022.04.070
變電站是十分重要的電力設(shè)施,承擔(dān)著變換電壓、接收分配電能以及控制電力流向并調(diào)整電壓的重要職能。
隨著自動化技術(shù)的快速發(fā)展,變電站已經(jīng)基本實現(xiàn)自動化控制,主要體現(xiàn)在監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)等方面,通過顯示器呈現(xiàn)出各類監(jiān)測信息。
值得注意的是,變電站實現(xiàn)自動化運行應(yīng)關(guān)注繼電保護裝置的功能。微機自動化在變電站自動化運行中具有突出優(yōu)勢,在這一基礎(chǔ)上結(jié)合集成控制電路,巧妙融合通信技術(shù)、自動化技術(shù),為變電站發(fā)展提供支撐。
1 變電站自動化系統(tǒng)的功能
變電站自動化系統(tǒng)是調(diào)度設(shè)備的關(guān)鍵組成部分,被廣泛使用在各個配電網(wǎng)中,成為調(diào)節(jié)與控制配電網(wǎng)實現(xiàn)調(diào)度自動化的重要方式,能夠及時控制與監(jiān)管電網(wǎng),完成通信、遙控等任務(wù)。
遙信:收集到的電力系統(tǒng)繼電呈現(xiàn)保護狀態(tài),通過斷路器隔斷狀態(tài)信息,發(fā)出預(yù)警信息。為適應(yīng)電網(wǎng)與設(shè)備運行目的與需求,集控中心需要妥善安排,及時掌控各班次變電站運行情況,確保做好全方位、多領(lǐng)域監(jiān)控。
遙測:收集電力系統(tǒng)運行的具體參數(shù),測量各部門功能的實際情況,做好記錄和管理工作。
遙控:從集控中心發(fā)出對斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)執(zhí)行分合閘操作、信號復(fù)歸及功能投退等控制量信息。
遙調(diào):集控中心向電力系統(tǒng)發(fā)布的調(diào)整指令,控制電壓。
2 智能變電站的自動化設(shè)備結(jié)構(gòu)
目前,變電站建設(shè)發(fā)展均在向著高度自動化的方向前進,自動化裝置一般有三個階段,即站控、間隔和過程。
站控層通常包括負責(zé)監(jiān)視和通信的設(shè)備及調(diào)制調(diào)節(jié)器,功能主要有:在線編程,可通過閉鎖手段實現(xiàn)全面監(jiān)控;促使自動化設(shè)備提高至高度自動化的程度,并支持故障識別分析;人機聯(lián)系,支持本地監(jiān)測;根據(jù)實際需求,在符合本站調(diào)試規(guī)范的前提下獲取相關(guān)資源。
間隔層進行智能程度較高的維護和測控,功能主要有:建立與其他兩層的聯(lián)系渠道,在實現(xiàn)通信的基礎(chǔ)上妥善分析數(shù)據(jù)信息,確保變電站的安全性能。要及時監(jiān)督管理開關(guān)設(shè)備,及時做好檢查工作[1]。
變電站中自動化控制技術(shù)主要包括計算機技術(shù)、通信技術(shù)等,計算機技術(shù)中的微機自動化技術(shù)得到了大范圍應(yīng)用。計算機技術(shù)屬于變電站自動化控制中的核心關(guān)鍵技術(shù),對于變電站自動化控制的發(fā)展具有促進作用,主要實現(xiàn)變電站的遠程自動化操作,還包含人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、PID控制技術(shù)等。
利用計算機控制技術(shù),提高變電站隔離開關(guān)等裝置的操作便捷性。變電站自動化控制涉及大量關(guān)鍵信息傳輸,要依靠通信技術(shù),將信息由控制中心傳輸?shù)讲煌它c,完成系統(tǒng)內(nèi)的信息交換。
微機保護屬于變電站系統(tǒng)自動化運行中的重要組成部分,主要作用是保護變電站中主要設(shè)備及配電線路的安全運行。
以某配網(wǎng)運行規(guī)模較大、電壓等級較高的變電站為例,在二次系統(tǒng)改造工作中實施保護裝置的微機自動化改造。在實際改造過程中,從變電站主要控制室到室外敷設(shè)屏蔽控制電纜連接配電設(shè)備,敷設(shè)電纜總長度為14 km左右,主要敷設(shè)兩條通訊線路,一條分布在6 kV高壓柜中,另一條用于連接網(wǎng)卡。
變電站完成自動化改造后,運行安全系數(shù)明顯增加,改造后運行微機綜合自動化控制系統(tǒng)可以建立人機交互界面,變電站管理工作也可以得到信息支撐[2]。
3 配電變電站自動化問題控制對策
3.1 溫、濕度影響啟動
輸電網(wǎng)內(nèi)的變電站與配電站內(nèi)部投入的自動化設(shè)備類似,主要在設(shè)計期間沒有預(yù)先設(shè)計與留存空調(diào)與采暖設(shè)備的位置。對此,配電變電站使用RTU與輸電網(wǎng)保持一致的情況下,溫度變化會給機械運行帶來麻煩,嚴重時會出現(xiàn)不能啟動的情況。
很多RTU制造廠家采用的芯片都為民品級的,民品級芯片的工作溫度通常是0 ℃~55 ℃,由于冬季我國北部很多地區(qū)天氣條件較差,變配電站室內(nèi)氣溫有時會降到-15 ℃以下,氣溫降低使RTU裝置無法正常開啟,導(dǎo)致裝置無法正常工作。為解決RTU設(shè)備低溫啟動困難的問題,一些制造廠家在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上使用了工業(yè)級芯片,也會造成成本增加。
研究發(fā)現(xiàn),如果RTU進入低溫環(huán)境,大多數(shù)情況下仍能工作,這是因為器件在運行期間還在發(fā)熱,散發(fā)的熱量能夠滿足管芯需要的溫度。因此,低溫環(huán)境下也可以不選擇低功耗的器件。寒冷環(huán)境中,設(shè)備一旦發(fā)生問題,停機后不散熱,芯片溫度下降,會造成設(shè)備啟動困難。
為提高RTU設(shè)備啟動成功的可能性,要在開機前預(yù)熱設(shè)備,確保設(shè)備完成預(yù)熱后方可操作。因此,可以把工業(yè)品級的芯片添加在寒冷的環(huán)境下監(jiān)管,但民用級芯片依然適用于RTU及其他電子設(shè)備。
監(jiān)視定時器(WDT)一直保持正常運行,如果RTU沒有正常啟動,經(jīng)過一個時間階梯后會使監(jiān)視定時器(WDT)產(chǎn)生錯誤報警,需要啟用RTU,如果啟動不成功則不斷重復(fù)此步驟,直至RTU啟用完成[3]。
此外,使用環(huán)境機箱要借助半導(dǎo)體元件中的PTC完成加熱工作,確保環(huán)境機箱內(nèi)的溫度符合設(shè)備運行標(biāo)準(zhǔn)。半導(dǎo)體加熱期間要與其他配件協(xié)調(diào)使用,控制環(huán)境機箱溫度達到最佳使用效果。這種方案也存在缺點,像PTC斷電后需要較長的時間完成運行工作,會影響配電工程自動化提升效果,長此以往,會對配電網(wǎng)自動化水平產(chǎn)生影響。
3.2 建立完善的管理機制
對于智能變電站自動化設(shè)備,在原有巡檢工作計劃的基礎(chǔ)上,增加必要的巡檢項目,如在線巡檢、終端設(shè)備、開關(guān)設(shè)備等。同時,要完善和優(yōu)化設(shè)備維護機制,特別是加強網(wǎng)絡(luò)通信、光纜清洗等問題,使管理機制更符合智能變電站的運行要求。
3.3 加強智能設(shè)備管理
智能化設(shè)備調(diào)整操作方式一般是測控本地化,用智能控制柜代替原來的測控屏,放棄原有電纜的信號傳輸,建立基于光纖的通信模式。對于自動化設(shè)備的日常運行,主要問題是通信。
智能變電站自動化設(shè)備的運行狀態(tài)是關(guān)鍵,應(yīng)組織全面的運行、維護和檢查,確保包括在線監(jiān)測和終端在內(nèi)的各類設(shè)備保持較好的工作狀態(tài)。此外,相關(guān)管理和操作人員應(yīng)定期檢查設(shè)備的運行狀態(tài),避免發(fā)現(xiàn)特殊問題,提高管理效果。
3.4 智能單元包括測控和保護模塊,分別完成測控和保護功能
主控與間隔通信單元使用雙網(wǎng)并聯(lián)故障通信方式完成傳輸,一般情況下,兩者傳輸不同的數(shù)據(jù)信息,如果一方網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生故障,另一方則傳輸全部數(shù)據(jù),加強了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。實時數(shù)據(jù)在傳輸期間要有效分布,避免網(wǎng)絡(luò)沖突,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.5 變電站自動化系統(tǒng)為分布式系統(tǒng)
目前,變電站自動化智能設(shè)備處理能力更加先進,使用自動化智能設(shè)備能夠配置其他智能設(shè)備。換言之,通過獨立的設(shè)備自動化性能控制其他智能設(shè)備,完成集中管理工作。
3.6 狀態(tài)量采集精度
變電站收集的狀態(tài)量多種多樣,斷路器、隔離開關(guān)等都需要檢測,把握電力精準(zhǔn)程度,確保在收集期間不產(chǎn)生誤差,避免對電網(wǎng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[4]。
第一類是利用反應(yīng)動作條件的有關(guān)繼電保護裝置保護繼電器觸點。安裝期間,不需要任何轉(zhuǎn)換,可以直接連入光耦隔離器的SI板。
第二類則是切換或進入計算機系統(tǒng)狀態(tài)的接點,如刀開關(guān)和斷路器中的開、閉輔助接點和跳閘接點。這種觸點通常用來連接和切斷在高電壓(220 V或110 V)電路中開關(guān)式繼電器線圈的勵磁電回路。分動箱繼電器的連接點也反映刀閘和斷路器的分、合閘狀態(tài),反映刀閘和剩余電流斷路器之間的相對位置。弱電流電路中的傳輸繼電器觸點可直接連接到帶有光電隔離的RTU開關(guān)輸入板上,由分動繼電器線圈的勵磁電路和大電壓(110 V或220 V)的電路直接相通,發(fā)揮防止干擾及隔離的作用,提高系統(tǒng)的抗干擾能力[5]。
第三類觸點要借助開關(guān)繼電器完成轉(zhuǎn)換工作,對斷裂器與工具開關(guān)信號給予反饋。遠程信號傳輸繼電器大多情況下會呈現(xiàn)開關(guān)狀態(tài)。通過提高轉(zhuǎn)換繼電器信號把控精度,同時轉(zhuǎn)換繼電器也有缺點,有時會延時,在一定情況下削弱了soe分辨率。
3.7 電氣系統(tǒng)變電站自動調(diào)試
電力系統(tǒng)變電站自動化過程中,電壓無功自動控制系統(tǒng)的功能是準(zhǔn)確識別系統(tǒng)的運行方式和相應(yīng)的一次接線方式。根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的優(yōu)化措施,可以取得較好的效果。調(diào)試期間,保證電力系統(tǒng)的聯(lián)鎖功能正常運行,提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性,保證合理控制電容器的投切狀態(tài)。
數(shù)據(jù)終端在電力系統(tǒng)中的作用非常重要,主要是因為數(shù)據(jù)終端屬于中間設(shè)備,一般安裝在主計量站,具有數(shù)據(jù)存儲、處理、傳輸和采集的作用。如果系統(tǒng)中出現(xiàn)調(diào)度開關(guān)位置不匹配的情況,采用遠程信號調(diào)試策略,檢測上傳到電力系統(tǒng)的信息。如果檢測結(jié)果表明遠程主控制器發(fā)送消息,基本可以判斷調(diào)度終端發(fā)生故障。
工作人員還可以將信息下載情況明確告知變電站,實施相應(yīng)的調(diào)試工作。如果電源系統(tǒng)不能正常運行,下載通信故障調(diào)試策略,明確系統(tǒng)前端計算機的控制權(quán)限,降低了自動化系統(tǒng)的故障概率。
故障檢修順序是自動調(diào)試的重要方法之一,主要包括分段和順序。排除順序故障時,工作人員應(yīng)注意遵循規(guī)定的順序和流程,逐一檢查每個環(huán)節(jié)。設(shè)備信息收集過程中如發(fā)現(xiàn)設(shè)備通信故障,應(yīng)采用分階段故障排除的方法,確保工作效果符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.8 故障處理
二次設(shè)備測試難免出現(xiàn)故障,要設(shè)置處理計劃。如果調(diào)試時保護設(shè)備發(fā)生異常,維護人員要主動全面檢查,獲取裝置有關(guān)資料與歷史調(diào)試日志,確定問題原因。在全部處理結(jié)束后再次啟動設(shè)備,觀察運行狀態(tài),如果問題還未解決,應(yīng)繼續(xù)測試合閘出口與軟壓板、壓板情況。發(fā)現(xiàn)智能終端出現(xiàn)問題時,應(yīng)先判斷故障原因,查看運行狀態(tài)。故障處理中,要重點關(guān)注GOOSE斷鏈,防止發(fā)生錯發(fā)與漏發(fā)問題。調(diào)試合并單元時,一旦有通信及內(nèi)部異常,會直接干擾通信終端和數(shù)據(jù)采集模塊。對此,開啟裝置自檢,判斷異常點及原因,完成簡單診斷。如果故障未能消除,應(yīng)立即重啟,視情況安排處理計劃。
3.9 注重變電站六氟化硫重合器的管理
六氟化硫重合器同樣是變電站自動化運行中的關(guān)鍵部件,維護時如果缺乏相應(yīng)的壓力表,可選擇使用氣壓法檢測六氟化硫重合器。具體檢測應(yīng)先拆下集線盒蓋板,施加壓力于下頂蓋上面的軸,之后松手使其恢復(fù)至原本狀態(tài),證明氣壓正常。如果檢查維護具備壓力表的六氟化硫重合器,檢查時只要擰下氣門蓋就可以檢查氣壓,監(jiān)測環(huán)境為20 ℃,氣壓為0.35 MPa代表正常,如果氣壓低于0.25 MPa則要停止運行。另外,應(yīng)測量六氟化硫重合器的合閘和分閘速度,比對測量數(shù)值與規(guī)定數(shù)值,超過規(guī)定數(shù)值時應(yīng)調(diào)整彈簧拉力,保證合閘與分閘速度都滿足運行要求[6]。
3.10 注重變電站跌落熔斷器的管理
相關(guān)管理人員在管理和維護跌落熔斷器時,應(yīng)重視倒閘操作,檢查跌落熔斷器的熔絲,盡快更換受損的熔絲。熔管變形情況時有發(fā)生,主要由于受潮引起,除了更換變形的熔管,還應(yīng)檢查作業(yè)環(huán)境,采取防潮措施。對于絕緣子是瓷質(zhì)的跌落熔斷器應(yīng)檢查是否存在放電痕跡及裂紋等,出現(xiàn)此類異常情況時應(yīng)及時更換。為避免熔管鴨嘴夾在變壓器運行中脫落,應(yīng)及時調(diào)整松弛的鴨嘴夾,確保其對于熔管具有足夠的夾力。
4 結(jié)語
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步,電力系統(tǒng)變電站技術(shù)水平得到了顯著提高,尤其是自動化水平提升效果較為明顯。為保障自動化水平,要確保其擁有安全穩(wěn)定的施工環(huán)節(jié),做好自動化管理工作。為避免變電站的自動化系統(tǒng)受到各種因素的影響,施工人員要結(jié)合施工狀況,排除不合理的風(fēng)險因素,確保電力供應(yīng)的安全性。
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