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(cè)軟件將所有變電站的蓄電池組實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)并組成網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)可以在線監(jiān)測(cè)饋線絕緣狀況、充電機(jī)狀態(tài)、直流屏運(yùn)行狀態(tài)及單體電池的電壓、內(nèi)阻、等參數(shù)，并將所測(cè)參數(shù)通過MIS網(wǎng)絡(luò)傳送到信息中心的監(jiān)測(cè)服務(wù)器上，客戶端電腦通過MIS網(wǎng)訪問監(jiān)測(cè)服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)?！娟P(guān)鍵詞】智能化電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)在線監(jiān)測(cè)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(hù)、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(yùn)行和設(shè)備安全。1.2目前變電站采用的蓄電池監(jiān)測(cè)方法為電壓巡檢和年核對(duì)容量，隨著自動(dòng)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(hù)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(hù)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(bào)和漏匯報(bào)。這就給設(shè)備維護(hù)埋下了隱患。（2）直流系統(tǒng)自配的蓄電池巡檢不能真實(shí)的反映電池負(fù)載能力,在運(yùn)行狀態(tài)不能測(cè)出容量衰減電池，已從很多實(shí)際案例證明這點(diǎn),蓄電池失效機(jī)理也可以說明這一點(diǎn)。（3）容量核對(duì)法是全世界公認(rèn)的最準(zhǔn)確也是常用辦法,但是其測(cè)試方法缺點(diǎn)是時(shí)間長(zhǎng),工作量大。其中測(cè)試結(jié)果是當(dāng)前狀態(tài)下的結(jié)果,過三個(gè)月或六個(gè)月時(shí)電池狀況只能是人為預(yù)期的判斷，而實(shí)際狀況中核對(duì)容量后三個(gè)月就發(fā)生蓄電池組不到1個(gè)小時(shí)就癱瘓了。此辦法的缺點(diǎn)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(shí)現(xiàn)智能化與統(tǒng)一建模，這對(duì)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(guó)家的發(fā)展規(guī)范中，國(guó)家電網(wǎng)也制定了智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展計(jì)劃，即2009年至2010年為規(guī)劃試點(diǎn)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(cè)，在國(guó)外已有十年應(yīng)用基礎(chǔ)，在國(guó)外技術(shù)發(fā)展已比較成熟。在國(guó)內(nèi)一些廠家蓄電池檢測(cè)主要還處于電壓現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)或人工便攜儀器定期檢測(cè)，沒有達(dá)到網(wǎng)絡(luò)化在線內(nèi)阻監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)。變電站網(wǎng)絡(luò)化蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用在無人值班站中，遠(yuǎn)傳、遙測(cè)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(yàn)安裝變電站蓄電池內(nèi)阻在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)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(yùn)行效率與穩(wěn)定水平，同時(shí)解決各種新能源的接入問題?？傮w而論，其功能體現(xiàn)在三個(gè)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(dòng)地檢測(cè)、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(jì)效率。智能電網(wǎng)能在線實(shí)時(shí)分析電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，明確當(dāng)前電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行偏離情況。通過輔助決策模塊形成優(yōu)化策略，自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、自動(dòng)電壓控制（AVC）、靜止無功補(bǔ)償（SVC）等來提高運(yùn)行效益與電能質(zhì)量。（3）支持電力市場(chǎng)運(yùn)作和新能源發(fā)電“即插即用”。智能電網(wǎng)中的第一項(xiàng)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(shí)現(xiàn)智能化，即設(shè)備可按IEC61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一建模，設(shè)備間可通過高速以太網(wǎng)進(jìn)行互操作與信息共享。2.2本項(xiàng)目采取的技術(shù)方案為：變電站現(xiàn)場(chǎng)蓄電池在線監(jiān)測(cè)部分+控制單元+核對(duì)性放電部分+數(shù)據(jù)服務(wù)器+蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)示意圖如下：自動(dòng)檢測(cè)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(yùn)行數(shù)據(jù)，所有測(cè)試過程自動(dòng)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(cè)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(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(bào)警值自動(dòng)報(bào)警并記錄，閥值可設(shè)定；（4）保存每次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可任意查詢歷史每天存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；（5）支持核對(duì)性放電測(cè)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(dòng)生成月分析報(bào)表并可打印。月報(bào)表顯現(xiàn)每節(jié)電池在當(dāng)月運(yùn)行中電壓變化情況和報(bào)警記錄，發(fā)生最高、最低運(yùn)行事件；提示某序號(hào)蓄電池發(fā)生電壓異常，建議需要某序號(hào)蓄電池實(shí)現(xiàn)電池活化，建議需要某序號(hào)蓄電池及時(shí)更換，獨(dú)有的局、工區(qū)、班組三級(jí)管理報(bào)表功能，使各級(jí)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(duì)性放電模塊，維護(hù)人員做正常核對(duì)性放電時(shí)，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(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。（8）系統(tǒng)可擴(kuò)展強(qiáng)，如后續(xù)添加蓄電池組監(jiān)測(cè)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(dòng)化系統(tǒng)的通信采用滿足IEE61850標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，節(jié)點(diǎn)類和數(shù)據(jù)類的描述及格式應(yīng)滿足對(duì)應(yīng)規(guī)定。（2）硬件設(shè)備直流電源系統(tǒng)至少包括：2個(gè)以太網(wǎng)接口、5個(gè)電氣上相互獨(dú)立的光電隔離的串行通信接口、GPS對(duì)時(shí)接口（IRIG-B碼）、USB接口、16路開關(guān)量輸入和16路空節(jié)點(diǎn)輸出接口。（3）總體構(gòu)架可以有兩種方法實(shí)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(cè)系統(tǒng)各作為獨(dú)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(gè)智能電子裝置（IED）接入到變電站自動(dòng)化系統(tǒng)中（見圖2）。間隔層間隔層站控層工程師站遠(yuǎn)動(dòng)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(cè)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(yuǎn)動(dòng)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(cè)系統(tǒng)獨(dú)立開來作為一個(gè)IED，別于蓄電池維護(hù)的完全自動(dòng)化。直流電源系統(tǒng)的大部分維護(hù)工作是對(duì)蓄電池組的維護(hù)，通過獨(dú)立的IED便于遠(yuǎn)程對(duì)蓄電池組進(jìn)行核對(duì)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(dòng)化系統(tǒng)上傳，維護(hù)人員無法在遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)運(yùn)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(dòng)化的方式實(shí)現(xiàn)集中在線監(jiān)測(cè)。建立一個(gè)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程智能化的直流監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)信息集中和遠(yuǎn)程控制，使運(yùn)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(gè)終端用IE瀏覽的方式即可實(shí)時(shí)掌握各變電站直流的運(yùn)行情況及其性能變化趨勢(shì)，使直流系統(tǒng)設(shè)備得到及時(shí)的維護(hù)，同時(shí)也為“設(shè)備狀態(tài)檢修”提供可靠依據(jù)，將“定期維護(hù)檢修”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盃顟B(tài)檢修”，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流系統(tǒng)的科學(xué)化管理，保證系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)行。2.5系統(tǒng)實(shí)施后可以達(dá)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(shí)監(jiān)測(cè)直流設(shè)備的運(yùn)行情況；-遠(yuǎn)端即可發(fā)現(xiàn)接地回路，縮短故障排除時(shí)間；-無需進(jìn)行定期的內(nèi)阻、電壓手工測(cè)量，節(jié)約人力物力；-即時(shí)發(fā)現(xiàn)充電故障，延長(zhǎng)蓄電池組壽命。-通過對(duì)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，積累不同品牌型號(hào)直流設(shè)備及蓄電池的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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?fù)鋱D：利用現(xiàn)有的MIS網(wǎng)，通過蓄電池在線監(jiān)測(cè)軟件將所有變電站的蓄電池組實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)并組成網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)可以在線監(jiān)測(cè)饋線絕緣狀況、充電機(jī)狀態(tài)、直流屏運(yùn)行狀態(tài)及單體電池的電壓、內(nèi)阻、等參數(shù)，并將所測(cè)參數(shù)通過MIS網(wǎng)絡(luò)傳送到信息中心的監(jiān)測(cè)服務(wù)器上，客戶端電腦通過MIS網(wǎng)訪問監(jiān)測(cè)服務(wù)器獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。2.7主要功能（1）充電機(jī)監(jiān)測(cè)功能（2）能監(jiān)測(cè)充電機(jī)充電電流、電壓等遙測(cè)量及越限、故障告警等遙測(cè)量。（3）絕緣監(jiān)測(cè)功能（4）能監(jiān)測(cè)母線對(duì)地電壓、母線對(duì)地電阻等遙測(cè)量及饋線接地、故障告警等遙測(cè)量。（5）母線監(jiān)測(cè)功能（6）能監(jiān)測(cè)母線電壓、母線電流等遙測(cè)量及越限、故障告警等遙測(cè)量。（7）直流屏運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能（8）能監(jiān)測(cè)直流屏運(yùn)行數(shù)據(jù)、運(yùn)行狀態(tài)及故障報(bào)警等遙測(cè)量。2.8主要報(bào)警內(nèi)容（1）母線電壓電流越限（2）母線接地（3）充電機(jī)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(chǎng)蓄電池在線監(jiān)測(cè)裝置將現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)通過到達(dá)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(shí)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(shí)，可以在局域網(wǎng)中的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過IE瀏覽器瀏覽、登陸蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)即可實(shí)時(shí)了解各站點(diǎn)蓄電池組狀況。有效、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)蓄電池組的憂劣。通過先進(jìn)的蓄電池內(nèi)阻測(cè)試評(píng)估蓄電池失效，實(shí)現(xiàn)提早預(yù)知蓄電池故障并及時(shí)報(bào)警。及時(shí)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(yùn)行。并可以提早預(yù)知電池帶載能力，并及時(shí)報(bào)警。及時(shí)通知有關(guān)人員做好預(yù)防措施，避免事故發(fā)生。實(shí)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(shí)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(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)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(diǎn)，第一點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)基于IEE61850標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備智能化，第二點(diǎn)就是容易實(shí)現(xiàn)老設(shè)備升級(jí)。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(jī)。為了符合IEE61850標(biāo)準(zhǔn)，必須對(duì)現(xiàn)有的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行替換或改造，從硬件上達(dá)到支持高速以太網(wǎng)的要求。軟件上按IEE61850標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模及服務(wù)映射，實(shí)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(xiàng)目推廣后不僅可以在線準(zhǔn)確的管理蓄電池組狀況，同時(shí)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(shí)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制、蓄電池組自動(dòng)維護(hù)等提供了技術(shù)基礎(chǔ)，適應(yīng)設(shè)備的自動(dòng)化管理方向，同時(shí)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(cè)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(yùn)行是對(duì)電網(wǎng)安全生產(chǎn)運(yùn)行重要的保障之一。電網(wǎng)安全運(yùn)行不僅可以提高經(jīng)濟(jì)效益，還可以帶來良好的社會(huì)效益。參考文獻(xiàn)：[1]中華人民共和國(guó)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(yùn)行與維護(hù)技術(shù)規(guī)程。［S］-標(biāo)準(zhǔn)[2]中華人民共和國(guó)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(guó)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