智能一體化解決方案

引言

站用電源是變電站安全運行的基礎,隨著變電站綜自化程度的越來越高以及大量無人值班站投運,相應提高站用電源整體的設計、運行、管理水平具有非常重要意義。近年來,高中壓開關電器、綜自系統在電力系統受到高度重視,變電站綜合技術與智能化水平得到了極大的提升。然而,針對站用電源的技術研究與産品創新卻相對滯後,傳統站用電源設計方案已難以適應新型變電站的發展需要。隨著中國大力推進堅強智能電網的建設步伐,智能變電站已成爲新一代變電站的發展趨勢。同時,基于DL/T 860(IEC61850)的智能變電站/數字化站用一體化電源系統應運而生,站用電源系統逐步向統一的數字化、程序化、智能化的方向發展。

傳統站用電源現存問題

傳統變電站站用電源分爲交流系統、直流系統、UPS 、通信電源系統等,各子系統采用分散設計,獨立組屏,設備由不同的供應商生産、安裝、調試,供電系統也分配不同的專業人員進行管理。站用電源的分散設計與管理,這種模式運行下的各種電源子系統存在諸多問題:

(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。

站用交直流一體化電源系統, 它的優勢和特點主要表現在以下幾個方面。

(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。

交直流一體化電源的解決方案

交直流一體化電源系統采用分層分布架構,將站用交流電源、直流操作電源、電力專用UPS與電力專用逆變電源(INV)、通信用直流變換電源(DC/DC)等設備按一體化設計、一體化配置,通過統一的智能網絡平台,實現變電站電源的集中供電和統一監控管理,進而實現在線的狀態檢測。其運行工況和信息數據能通過一體化監控裝置展示並轉換爲標准模型數據,以標准DL/T 860(IEC61850)格式接入當地自動化系統的站控層交換機,並上傳至遠方控制中心。

(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。

(交流電源監控用于實時監測二路交流進線和各交流配電單元的運行參數,並通過RS-485 接口傳送給系統的一體化監控裝置統一處理。

(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) 一組蓄電池、一組充電裝置、單母線接線;適用于35kV 及以下的變電站。
b) 一組蓄電池、一組充電裝置、單母線分段接線;適用于110kV 的變電站。
c) 二組蓄電池、二組充電裝置、兩段單母線接線;適用于重要的110kV 變電站和220kV 及以上的變電站。

(3)交流不間斷電源

電力專用交流不間斷電源包括電力專用UPS 和INV 兩類,均不配置獨立蓄電池組,與直流電源共用蓄電池組,作爲直流系統的負荷之一。其中電力專用INV電源一般爲“後備”運行模式,主要爲變電站的事故照明等對電源的質量要求不高的負荷供電。電力專用UPS它區別于INV 的地方是增加了整流器,正常運行爲“在線”模式,主要爲變電站的計算機監控等對電源質量要求很高的重要負荷供電。

(4)DC-DC 通信電源

DC-DC 通信電源直接采用直流220V或110V電源輸入,利用DC/DC電源變換裝置代替原專業48 V通信電源,它與直流操作電源的充電裝置和蓄電池組相配合,爲電站的通信設備提供電源。通信用DC/DC電源的各項性能指標滿足通信電源技術標准要求,並滿足電力控制電源技術標准的要求,爲電站的交換機等通信設備提供可靠的直流工作電源。

(5)配電單元

配電單元是將交流或直流電源通過負荷開關送至各用電設備的饋線單元,交直流一體化電源系統配電單元按功能可分爲交流配電單元、直流操作電源配電單元和DC/DC通信電源配電單元。配電單元的監控是采用通用的硬件方案,實時監測一體化電源系統各配電單元的運行參數,並通過RS-485 接口傳送給電源系統的監控裝置統一處理。

(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。