智能一体化解决方案

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。

传统站用电源现存问题

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)站用电源自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容,难以实现网络化管理,自动化程度低,缺乏统一的系统管理平台,制约了管理的提升。

(2)经济性较差。由不同供应商分别设计各个子系统,站用电源资源不能综合考虑,造成配置重复,使一次投资显著增加。

(3)安装、服务协调较难。各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难,站用电源一旦出现故障需要向多个厂家进行协调,造成沟通困难与效率低下。

(4)运行维护不方便。站用电源分配不同专业人员进行管理,人力资源不能总体调配,通信电源、UPS等也没有纳入变电站的巡检范围,可靠性得不到保障。

交直流一体化电源的优势特点

站用交直流一体化电源系统是指:将站用交流电源、直流操作电源、电力专用UPS、逆变电源、通信电源统一设计,监控、生产、调试、服务,通过统一监控、信息共享,实现站用电源安全化、网络化、智能化和一体化。

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)实现站用电源网络化、智能化,一体化程度更高
实现在一个平台上对整个站用电源的各种电源子系统进行监控和分析,解决由不同供应商提供的各独立电源通信规约兼容等问题,提高系统网络化、智能化程度。

(2)站用电源更加安全可靠
一次、二次设备均采用成熟可靠技术,其本身没有任何技术风险,通过一体设计可以有效避免站用电源的安全隐患。

(3)提高站用电源管理水平
由一家厂家提供所有电源的设计、生产、安装、服务,一揽子解决所有站用电源问题,可以减少采购、协调、沟通成本,提供电力电源的整体管理水平。

交直流一体化电源的解决方案

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)站用交流电源

站用交流电源由自动转换开关ATS、进线塑壳开关、电流互感器、智能电量仪表、馈线断路器、开关量采集模块等组成。实现由站用电交流输出到整流模块的电源分配和保护,从根本上保证了电源的安全可靠切换。

(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)直流操作电源

直流操作电源是在站用交流电源正常和事故状态下都能保持可靠供电给变电站内所有控制负荷和各类动力负荷的电源。直流操作电源系统由交流配电单元、高频整流模块、蓄电池组、母线调压装置、绝缘监测装置、电池巡检装置和直流电源监控模块等部分组成。

直流操作电源的配置提供以下三种方案:
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)交流不间断电源

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)配电单元

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)一体化电源监控

一体化电源监控装置通过RS-485串口对高频整流模块、电池巡检装置、绝缘监测装置、电力专用UPS和INV、DC/DC通信电源、智能电量仪表和开关量模块等智能设备实施数据采集,并进行显示;亦可根据系统的各种设置数据进行报警处理、历史数据管理等;同时,能对这些处理的结果加以判断,根据不同的情况实行站用电和电池管理,输出控制等操作;最后,通过以太网接口,将系统运行状态、主要数据等信息通过DL/T680(IEC61850)规约与变电站的综合自动化系统连接,实现一体化电源系统的“四遥”功能。

应用实例

变电站交直流一体化电源系统通过对站用电源一体化设计和组屏生产,对传统站用电源进行了资源和结构的优化,实现了系统的协调联动、远程控制等功能,减少了运维人员和工作量,提高了工作效率和运营管理水平。随着数字化变电站相继建设投产及全国智能变电站试点项目的建设,一体化电源系统正在逐步替代传统变电站站用电源建设及管理的模式,其技术先进,维护方便,运行安全可靠,具有良好的发展前景。

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