7-變電站直流電源系統(tǒng)智能化研究

PAGE變電站直流電源系統(tǒng)智能化研究劉文杰（陜西省電力公司寶雞市供電公司）【摘要】利用MIS網(wǎng)，通過蓄電池在線監(jiān)測軟件將所有變電站的蓄電池組實現(xiàn)在線監(jiān)測并組成網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)測，系統(tǒng)可以在線監(jiān)測饋線絕緣狀況、充電機狀態(tài)、直流屏運行狀態(tài)及單體電池的電壓、內(nèi)阻、等參數(shù)，并將所測參數(shù)通過MIS網(wǎng)絡(luò)傳送到信息中心的監(jiān)測服務(wù)器上，客戶端電腦通過MIS網(wǎng)訪問監(jiān)測服務(wù)器獲取實時數(shù)據(jù)。【關(guān)鍵詞】智能化電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測1研究目的1.1直流電源系統(tǒng)是變電站中非常重要的二次設(shè)備部分，它的主要功能是給繼電保護、開關(guān)合分及控制提供不間斷連續(xù)可靠的操作電源，其性能和質(zhì)量的好壞直接影響關(guān)系到電網(wǎng)的穩(wěn)定運行和設(shè)備安全。1.2目前變電站采用的蓄電池監(jiān)測方法為電壓巡檢和年核對容量，隨著自動化程度日益提高和無人值守變電站數(shù)量增加，原有的維護方法不足也更顯現(xiàn)出來一些問題：具體如下：（1）新變電站的日益增加,維護人員有限面臨工作劇增應(yīng)付不過來局面,甚至造成誤匯報和漏匯報。這就給設(shè)備維護埋下了隱患。（2）直流系統(tǒng)自配的蓄電池巡檢不能真實的反映電池負載能力,在運行狀態(tài)不能測出容量衰減電池，已從很多實際案例證明這點,蓄電池失效機理也可以說明這一點。（3）容量核對法是全世界公認的最準(zhǔn)確也是常用辦法,但是其測試方法缺點是時間長,工作量大。其中測試結(jié)果是當(dāng)前狀態(tài)下的結(jié)果,過三個月或六個月時電池狀況只能是人為預(yù)期的判斷，而實際狀況中核對容量后三個月就發(fā)生蓄電池組不到1個小時就癱瘓了。此辦法的缺點就是不能全程跟蹤電池發(fā)生變化情況。只能了解當(dāng)前，也不能預(yù)示預(yù)警。1.3為了適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)，直流電源系統(tǒng)必須實現(xiàn)智能化與統(tǒng)一建模，這對直流電源系統(tǒng)生產(chǎn)廠家及用戶都提出了新的研究課題。作為新一代電網(wǎng)，智能電網(wǎng)已被納入到國家的發(fā)展規(guī)范中，國家電網(wǎng)也制定了智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展計劃，即2009年至2010年為規(guī)劃試點階段，2011年至2015年為全面建設(shè)階段，2016年至2020年為引領(lǐng)提升階段。蓄電池組在線監(jiān)測，在國外已有十年應(yīng)用基礎(chǔ)，在國外技術(shù)發(fā)展已比較成熟。在國內(nèi)一些廠家蓄電池檢測主要還處于電壓現(xiàn)場檢測或人工便攜儀器定期檢測，沒有達到網(wǎng)絡(luò)化在線內(nèi)阻監(jiān)測技術(shù)指標(biāo)。變電站網(wǎng)絡(luò)化蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用在無人值班站中，遠傳、遙測及遙控才剛剛起步，有很好的發(fā)展前景。2研究方法2.1基于上述原因，我班于2009年在雍成330KV變電站試驗安裝變電站蓄電池內(nèi)阻在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)蓄電池的智能化監(jiān)控。建設(shè)智能電網(wǎng)的目的是為了提高電網(wǎng)運行效率與穩(wěn)定水平，同時解決各種新能源的接入問題。總體而論，其功能體現(xiàn)在三個方面：（1）智能化控制，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定。智能電網(wǎng)能例行地或自動地檢測、分析和控制電網(wǎng)的設(shè)備和部分網(wǎng)絡(luò)來維系系統(tǒng)安全、穩(wěn)定與可靠。（2）在線優(yōu)化調(diào)節(jié)，提高經(jīng)濟效率。智能電網(wǎng)能在線實時分析電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，明確當(dāng)前電網(wǎng)經(jīng)濟運行偏離情況。通過輔助決策模塊形成優(yōu)化策略，自動調(diào)節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）、靜止無功補償（SVC）等來提高運行效益與電能質(zhì)量。（3）支持電力市場運作和新能源發(fā)電“即插即用”。智能電網(wǎng)中的第一項功能主要是基于數(shù)字化變電站技術(shù)。數(shù)字化變電站技術(shù)是建立在智能電子裝置（IED）及智能網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之上的，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)做了相關(guān)的規(guī)范。數(shù)字化變電站要求站內(nèi)的設(shè)備實現(xiàn)智能化，即設(shè)備可按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進行統(tǒng)一建模，設(shè)備間可通過高速以太網(wǎng)進行互操作與信息共享。2.2本項目采取的技術(shù)方案為：變電站現(xiàn)場蓄電池在線監(jiān)測部分+控制單元+核對性放電部分+數(shù)據(jù)服務(wù)器+蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖如下：自動檢測蓄電池單體電壓、組壓、單體內(nèi)阻、充放電流及環(huán)境溫度等蓄電池的重要運行數(shù)據(jù)，所有測試過程自動完成，無需人工干預(yù)。所有數(shù)據(jù)通過LAN連接到光纖環(huán)網(wǎng)至蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器，提供給應(yīng)用層及生產(chǎn)技術(shù)和管理決策。2.3系統(tǒng)主要功能：（1）在線檢測每節(jié)蓄電池內(nèi)阻,判斷每節(jié)蓄電池性能的好壞；（2）在線實時監(jiān)測單體電池電壓﹑蓄電池組總電壓、電流﹑環(huán)境溫度；（3）總電壓、蓄電池單體電壓、環(huán)境溫度超出報警值自動報警并記錄，閥值可設(shè)定；（4）保存每次監(jiān)測數(shù)據(jù)，可任意查詢歷史每天存儲的數(shù)據(jù)；（5）支持核對性放電測試過程，記錄總電壓放電曲線及每節(jié)蓄電池的放電曲線；（6）具有專業(yè)分析管理軟件，自動生成月分析報表并可打印。月報表顯現(xiàn)每節(jié)電池在當(dāng)月運行中電壓變化情況和報警記錄，發(fā)生最高、最低運行事件；提示某序號蓄電池發(fā)生電壓異常，建議需要某序號蓄電池實現(xiàn)電池活化，建議需要某序號蓄電池及時更換，獨有的局、工區(qū)、班組三級管理報表功能，使各級部門均可方便查詢到所需數(shù)據(jù)資料；（7）系統(tǒng)自帶核對性放電模塊，維護人員做正常核對性放電時，無需再攜帶便攜式設(shè)備去變電站，并無需再另外接線。放電過程及數(shù)據(jù)均可遠程監(jiān)測。（8）系統(tǒng)可擴展強，如后續(xù)添加蓄電池組監(jiān)測均可方便加入統(tǒng)一管理。2.4智能化的具體要求如下：（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)直流電源系統(tǒng)與變電站自動化系統(tǒng)的通信采用滿足IEE61850標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，節(jié)點類和數(shù)據(jù)類的描述及格式應(yīng)滿足對應(yīng)規(guī)定。（2）硬件設(shè)備直流電源系統(tǒng)至少包括：2個以太網(wǎng)接口、5個電氣上相互獨立的光電隔離的串行通信接口、GPS對時接口（IRIG-B碼）、USB接口、16路開關(guān)量輸入和16路空節(jié)點輸出接口。（3）總體構(gòu)架可以有兩種方法實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)的接入，方法一就是直流電源系統(tǒng)與蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)各作為獨立的IED接入到系統(tǒng)中（見圖1），方法二就是直流電源系統(tǒng)作為一個智能電子裝置（IED）接入到變電站自動化系統(tǒng)中（見圖2）。間隔層間隔層站控層工程師站遠動站操作員站高速以太網(wǎng)電源監(jiān)控裝置蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)直流電源系統(tǒng)MODBUSDCBUSDC220/DC110V調(diào)度中心圖1間隔層間隔層站控層工程師站遠動站操作員站高速以太網(wǎng)電源監(jiān)控裝置直流電源系統(tǒng)MODBUSDCBUSDC220/DC110V調(diào)度中心圖2好處是把蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)獨立開來作為一個IED，別于蓄電池維護的完全自動化。直流電源系統(tǒng)的大部分維護工作是對蓄電池組的維護，通過獨立的IED便于遠程對蓄電池組進行核對性放電以及數(shù)據(jù)的共享。目前，直流系統(tǒng)采用了不同廠家的產(chǎn)品，主要告警信息通過綜合自動化系統(tǒng)上傳，維護人員無法在遠程監(jiān)測運行參數(shù)。為了能徹底解決以上問題，必須采用網(wǎng)絡(luò)化、自動化的方式實現(xiàn)集中在線監(jiān)測。建立一個實時遠程智能化的直流監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)信息集中和遠程控制，使運行檢修人員、相關(guān)人員和管理決策層能夠通過局域網(wǎng)內(nèi)的任何一個終端用IE瀏覽的方式即可實時掌握各變電站直流的運行情況及其性能變化趨勢，使直流系統(tǒng)設(shè)備得到及時的維護，同時也為“設(shè)備狀態(tài)檢修”提供可靠依據(jù)，將“定期維護檢修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”，從而實現(xiàn)對直流系統(tǒng)的科學(xué)化管理，保證系統(tǒng)的可靠、安全運行。2.5系統(tǒng)實施后可以達到下面的效果：-提前預(yù)警即將失效的蓄電池，排除潛在的隱患，確保直流系統(tǒng)安全；-隨時監(jiān)測直流設(shè)備的運行情況；-遠端即可發(fā)現(xiàn)接地回路，縮短故障排除時間；-無需進行定期的內(nèi)阻、電壓手工測量，節(jié)約人力物力；-即時發(fā)現(xiàn)充電故障，延長蓄電池組壽命。-通過對數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，積累不同品牌型號直流設(shè)備及蓄電池的實際運行經(jīng)驗，作為選型參考。2.6組網(wǎng)方法利用現(xiàn)有的MIS網(wǎng)組網(wǎng)，下圖為系統(tǒng)解決方案拓撲圖：利用現(xiàn)有的MIS網(wǎng)，通過蓄電池在線監(jiān)測軟件將所有變電站的蓄電池組實現(xiàn)在線監(jiān)測并組成網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)測，系統(tǒng)可以在線監(jiān)測饋線絕緣狀況、充電機狀態(tài)、直流屏運行狀態(tài)及單體電池的電壓、內(nèi)阻、等參數(shù)，并將所測參數(shù)通過MIS網(wǎng)絡(luò)傳送到信息中心的監(jiān)測服務(wù)器上，客戶端電腦通過MIS網(wǎng)訪問監(jiān)測服務(wù)器獲取實時數(shù)據(jù)。2.7主要功能（1）充電機監(jiān)測功能（2）能監(jiān)測充電機充電電流、電壓等遙測量及越限、故障告警等遙測量。（3）絕緣監(jiān)測功能（4）能監(jiān)測母線對地電壓、母線對地電阻等遙測量及饋線接地、故障告警等遙測量。（5）母線監(jiān)測功能（6）能監(jiān)測母線電壓、母線電流等遙測量及越限、故障告警等遙測量。（7）直流屏運行狀態(tài)監(jiān)測功能（8）能監(jiān)測直流屏運行數(shù)據(jù)、運行狀態(tài)及故障報警等遙測量。2.8主要報警內(nèi)容（1）母線電壓電流越限（2）母線接地（3）充電機電壓電流越限（4）支路接地（5）設(shè)備故障3研究結(jié)果變電站現(xiàn)場蓄電池在線監(jiān)測裝置將現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過到達變電所光纖環(huán)網(wǎng)，采用TCP/IP協(xié)議傳輸?shù)?，放置在?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器中。同時將軟件數(shù)據(jù)放在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)需要獲得蓄電池組數(shù)據(jù)時，可以在局域網(wǎng)中的任意一臺計算機，通過IE瀏覽器瀏覽、登陸蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)即可實時了解各站點蓄電池組狀況。有效、準(zhǔn)確監(jiān)測蓄電池組的憂劣。通過先進的蓄電池內(nèi)阻測試評估蓄電池失效，實現(xiàn)提早預(yù)知蓄電池故障并及時報警。及時通知有關(guān)人員做好預(yù)防措施，避免事故發(fā)生。及早安全處理存在問題，保證電網(wǎng)安全運行。并可以提早預(yù)知電池帶載能力，并及時報警。及時通知有關(guān)人員做好預(yù)防措施，避免事故發(fā)生。實現(xiàn)由“定期檢修”到“狀態(tài)檢修”的過渡。直流電源系統(tǒng)智能化的核心內(nèi)容就是實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)接入到基于IEE61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動化系統(tǒng)中，實現(xiàn)設(shè)備的互操作與數(shù)據(jù)共享。因此，智能化目標(biāo)應(yīng)包括兩點，第一點為實現(xiàn)基于IEE61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備智能化，第二點就是容易實現(xiàn)老設(shè)備升級。目前直流電源系統(tǒng)都具備了四遙功能與智能口輸出，而且都帶監(jiān)控主機。為了符合IEE61850標(biāo)準(zhǔn)，必須對現(xiàn)有的監(jiān)控主機進行替換或改造，從硬件上達到支持高速以太網(wǎng)的要求。軟件上按IEE61850標(biāo)準(zhǔn)進行建模及服務(wù)映射，實現(xiàn)設(shè)備的互操作性。目前已有廠家推出直流電源系統(tǒng)的IEE61850通信卡（見圖3）。圖34研究結(jié)論項目推廣后不僅可以在線準(zhǔn)確的管理蓄電池組狀況，同時也節(jié)約大量的人力和物力。直流電源系統(tǒng)的智能化為今后實現(xiàn)直流電源系統(tǒng)遠程控制、蓄電池組自動維護等提供了技術(shù)基礎(chǔ)，適應(yīng)設(shè)備的自動化管理方向，同時也確保了直流后備電源的安全。變電站網(wǎng)絡(luò)化在線監(jiān)測是發(fā)展方向，特別是在無人值班站很有必要，前景十分看好。，直流系統(tǒng)安全可靠運行是對電網(wǎng)安全生產(chǎn)運行重要的保障之一。電網(wǎng)安全運行不僅可以提高經(jīng)濟效益，還可以帶來良好的社會效益。參考文獻：[1]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．DL/T724—2000電力系統(tǒng)用蓄電池直流電源裝置運行與維護技術(shù)規(guī)程。［S］-標(biāo)準(zhǔn)[2]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．DL/T637—1997閥控式密封鉛酸蓄電池訂貨技術(shù)條件。［S］-標(biāo)準(zhǔn)[3]中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)．DL/T856—2004電力用直流電源監(jiān)控裝置。［S］-標(biāo)準(zhǔn)[4]吳烈.基于網(wǎng)絡(luò)的蓄電