箱式变电站智能化方案探讨

　第18卷第4期　2005年4月

文章编号:10072290X (2005) 0420032204

广东电力

GUANG DONG E LECTRIC POWER V ol 118No 14　Ap r 12005　

箱式变电站智能化方案探讨

钟庆, 芮冬阳, 梅中键, 刘学铭

(广州智光电气有限公司, 广东广州510640)

摘　要:针对箱式变电站智能化的发展趋势, 提出了一个箱式变电站智能化的定义, 并给出了一个详尽的智能化方案。该方案能实现对箱式变电站内部各个功能点的数字化监控, 并通过通信实现箱式变电站的网络化和信息化。该方案在故障诊断、通信、分析和评估方面有其独特的特点, 能够充分保证箱式变电站运行的安全性, 保证电力供应的可靠、优质和经济。。关键词:箱式变电站; 智能化; 配电系统中图分类号:TM63

文献标识码:A

substations

R D 2ya ng , M EI Zhong 2jia n , L I U Xue 2mi ng

Zhigua ng Elect ric Co. , L t d. , Guangzhou 510640, China )

Abstract :A definition of t he intellige nt p ref abricated substation is give n in t his p ap er. A nd a blue p rint of intellige nt substation is p rese nted. The p roject realizes digital monit oring on all comp onents in t he substation , also enabling telecont rol and inf or matization by communication wit h t he background application. The p roject distinguishes itself in f ault diagnosis , communication , a nalysis a nd evaluation , f ully e nsuring t he saf ety of t he p ref abricated substation a nd t he reliable , quality and economic p ower supply. Finally , t he designs of t he p ref abricated substations applied in st reet lighting and wind p ower are int roduced.

K ey w ords :p ref abricated substation ; intellige nce ; p ower dist ribution system

　　箱式变电站(以下简称箱变) 是一种能深入负荷中心, 作为受电和配电用的新型成套设备, 分为欧式箱变和美式箱变。欧式箱变在20世纪80年代由施耐德公司引入中国, 美式箱变在1995年由科锐公司引入中国(为Coop e r 公司的美式箱变) 。美式箱变是一种和我国国情不相适应的产品, 存在中性点接地, 不能实现“无油化”, 短时耐受电流时间过短, 散热不利, 遥控操作困难等问题。所以在电网的使用受到限制[1]。

用户采用箱变时主要考虑箱变的两方面内容:成本和可靠性。成本包括箱变的设备成本、人力成本、空间成本、损耗成本、维护成本和管理成本; 箱变是一个无人值守的供电设备, 可靠性主要包括箱变供电的连续性、安全性和可靠性。所以现在箱变的发展趋势为:紧凑、安全、遥控和管理[2]。箱变智能化主要是解决箱变中安全、遥控和管理三个

收稿日期:2004210219

方面的问题, 而箱变的紧凑性主要依靠生产和制造的工艺实现。

在配电网中, 箱变是一个特殊的成套装置, 既是配电环节也是供电环节, 也是配电网配电的一个节点, 同时又要满足用户用电的需要, 是一个供电的自动装置。箱变可以将环网单元和供电单元以一种紧凑、简单的方式在同一个装置内实现, 减少设备的占地面积和运行维护工作。所以箱变既需要满足配网自动化的要求, 又必须满足自身作为一个自动装置的要求。本文中箱变的智能化主要是针对环网供电的箱变提出, 可以同时满足供电公司对配网自动化的要求, 也可以满足用户对保证供电连续性、提高供电的电能质量和提高供电经济性的要求。

1　箱变智能化的定义

111　箱变智能化的定义

随着现代微机控制技术、集成电路技术、计算

机网络通信技术、传感器技术和开关元器件智能化技术的发展, 为箱变智能化提供了良好的硬件基础。如图1所示, 箱变的主要功能包括图中的11处功能点, 各个功能点独自或相互配合能实现如下功能:第1, 2, 3, 5个功能点配合实现配网远动终端功能(D TU ) ; 第4, 6个功能点配合实现配电变压器监测功能(T TU ) ; 第8, 9个功能点配合实现电压无功综合控制功能(V Q C ) ; 第7个功能点实现箱变环境调节控制功能; 第10个功能点实现低压出线负荷管理监控功能; 第11个功能点实现通信功能; 第1, 2, 3, 4, 5, 6, 10个功能点配合实现电能质量监测功能

。

单元及后台之间的通信简单, 并具有足够的带宽和通信速率, 确保通信的抗干扰性和安全性。

c ) 信息化(i nf or matization )

适应配电网中信息管理的需求, 能够在箱变和中压监控单元之间上传和下达各种信息, 实现网络规划; 管理配电设备; 了解配电变压器运行情况; 统计用电可靠性、事故报警、故障诊断、故障隔离和快速恢复非故障地区的供电。113　箱变智能化的意义

a ) 提高箱变的安全性, (如温度、湿; 行控制, 能避免人身意外事故的发生。

b ) 提高箱变供电的电能质量

箱变中安装智能电压无功调节装置, 有利于提高供电的电压水平; 采用环网供电形式, 能尽快实现负荷转移供给, 保证供电的连续性, 减少停电时间; 对箱变中的电能质量进行监测, 有利于根据不同用户的不同电能质量问题, 提出具体的电能质量治理方案, 实现优质供电。

c ) 提高箱变供电的经济性

无功补偿能够提高配电变压器的功率因数和使用效率, 降低配电线路上的损耗; 减少用户停电时间, 降低了由此给用户带来的损失; 提高供电的电能质量, 减少了用户因此而引起的经济损失, 减少废品率。

d ) 减轻箱变运行维护的工作量

通过计算机网络通信技术, 可以实现箱变的无人值守, 并减少运行维护人员现场抄表、统计等工作。软件良好的人机界面, 也大大减少运行维护人员的工作量。

e ) 为配电网自动化奠定基础

智能化箱变能实现“四遥“功能, 使之成为配电网自动化中一个有效的节点, 利用设备的开放性, 可以使其接入任一配网自动化系统中。

图1箱变结构中智能化功能划分

要实现箱变中完整的智能化, 必须在箱变11个功能点中提供足够的监控手段, 保证箱变安全、可靠、方便、经济和优质地为用户供电。除去箱变中的变电站综合自动化[3], 箱变智能化还包括箱变中高压环网开关的配电网自动化和箱变元件状态检修, 所以箱变智能化的定义为:“箱变配网自动化、箱变综合自动化和箱变状态检修共同构成了箱变智能化”。112　箱变智能化的特点

a ) 数字化(digital )

对箱变内部所有的高压设备、变压器、低压设备和环境参数实现广度和深度的监控。广度是指采集尽可能多的的参量(遥测, 遥信) 和控制尽可能多的开关设备(遥控, 遥调) ; 深度是指记录尽可能多的参量历史数据和事件顺序记录(seque nce

of eve nts , SO E ) 。从而保证箱变安全可靠运行,

2　箱式变电站智能化方案

211　整体方案结构

并使箱变成为一个完全可监控的全自动设备。

b ) 网络化(telecont rol )

箱变提供有多种通信接口, 使箱变与中压监控

图2给出了本文的智能化方案, 核心控制部分

是由一个SM C 高端测控平台实现馈线终端

(F TU ) 、T TU 和电能质量监测的功能。针对箱变

内部高低压进出线路较少, 采用集中式的方式实现, 有利于提高箱变本身紧凑性设计要求。

低压各个出现回路的三相电压、电流、有功、无功等电量的采集, 以及低压各个开关的操控可由

S PA C 的智能化仪表实现; 电压无功综合控制,

息。通过协调变电站内消弧系统中晶闸管的动作, 能在故障线路中产生几个周波的明显零序电流分量, F TU 只需要检测这个故障特征量, 判断该特征量的幅值和相位, 并上传信息或给出指示信号。运行人员通过此信息, 就可对馈线中的单相接地故障进行定位、隔离, 并恢复非故障地段的供电。21212　GPRS 无线通信

通用分组无线业务(ge ne ral p acket ra dio service , GP RS ) 通信方式, 具有覆盖面广, 永远在线, 按流量收费等特点。信网络, 。对分布面广, 使, 是一RS 方式通信的最大速度可, 能满足箱变系统中遥测和遥信数据通信的要求, 是箱变通信问题比较理想经济的解决手段。21213　电能质量分析

SM C 装置提供了高性能的电能质量分析功能, 除对电压合格率、谐波(32次) 、三相不平衡等稳态电能质量问题进行监测和记录外, 还可监测和记录电压波动(f luct uation ) 、电压跌落(dip ) 、电压骤升(swell ) 等暂态电能质量问题, 能为电力部门监控电力用户用电或用户自身对电能质量高要求的情况提供监视手段, 并能为电能质量治理工作提供基础历史数据, 便于电能质量治理方案的设计和实施。21214　分析评估和状态检修

a ) 负荷状况的评估

国民经济的快速发展导致用电负荷高速增长, 使近两年来出现电力供不应求的局面, 尤其在夏季出现拉闸限电的情况。为保证箱变运行的安全可靠, 必须对箱变的负荷情况进行监控, 防止箱变长期过载运行, 破坏系统安全稳定。根据负荷的大小, 判断箱变中高压开关、变压器、低压开关容量是否能够满足负荷增长的需要; 根据不同出线的负荷大小和性质, 合理引导和管理用户用电, 达到错峰用电; 根据负荷预测的结果, 给出变电站增容或新建变电站建议。

b ) 变压器空载损耗的评估

箱变中经常使用的的变压器类型有S9, S11全封闭油式变压器以及β液浸变压器和H 级干式变压器等新产品。产品不同, 价格和性能也不同, 主

温、湿度控制均由S PA C 系列仪表实现

。

图2箱变智能化方案

智能化模块构成与内部关系如图3所示

。

图3箱变智能化结构图

212　功能特色

21211　故障检测和故障指示

在中性线非有效接地系统中, 采用传统的稳态零序分量判断单相接地故障时, 选线的可靠性和准确率受系统运行参数和故障状态的影响比较大, 结果都不太理想。目前, 业内人士都致力于小波分析的稳态计算, 但是该项技术原理复杂, 装置设计难度较高, 投入市场时间短, 技术不成熟[4]。

在采用KD 2X H 消弧线圈接地的系统中, 箱变中的F TU 可以检测系统的零序电压和零序电流, 能准确地检测出单相接地故障, 并可以上传故障信

要区别在于变压器的空载损耗和温升特性。在箱变运行时记录变压器的损耗与负载率, 计算箱变中空载时间的长短和空载损耗的大小, 从而可以从经济上分析选取变压器类型的合理性。

c ) 环境状态的评估由于箱变内部环境温升严重, 在实际工作中变压器需要降容运行。如果监测箱变内部的环境变量(如温度、湿度) 并与箱变的负荷情况一起综合分析和评估, 获得箱变负载大小与环境温升的关系, 从而合理安排变压器的负载率, 将使变压器在安全运行允许下, 提高运行效率和经济性。

d ) 开关次数寿命统计

为了减少箱变的维护和检修工作, 箱变需要一种经济合理的状态检修手段。, 次数, , 修开关的建议。断完善, 也可以在箱变中采用类似技术, 实现箱变的状态检修。

机性给发电和运行计划的制定带来很多困难, 还必须有适当的无功及电压控制策略以保证风电场和整个系统的电压水平和无功平衡。

针对风力发电, 箱变应该具有高性能的电能质量监测装置, 以监测风力发电机注入系统的谐波和对系统电压的影响, 并能提供电能质量治理的意见; 必须有详细的电能计量设备, 统计和分析风力发电量, 为发电和运行计划的制定提供基础数据; 还必须有灵活快速的无功补偿手段, 以保证系统的4, , 并没有一个统一的智能化定义。随着箱变在配网中的使用量越来越大和配网自动化要求越来越高, 箱变的智能化必须考虑配网自动化及本身安全、可靠和稳定的运行, 减少电力公司对箱变的运行维护工作量。箱变的智能化必须考虑配网自动化、自身的综合自动化和状态检修, 必须解决配网中故障监测、隔离和快速恢复非故障地段的供电以及箱变与外部的通信手段等问题。同时为了提高箱变的性能, 还需要对箱变供电质量进行监测和提供一个方便的箱变评估手段, 保证箱变优质供电和经济运行。针对特殊场合使用的箱变, 还应该根据其应用的特殊性, 配置相应的功能, 真正使箱变成为配网中的一个专业供电环节。

参考文献:

[1]蔡新一, 颜长斌, 洪福贤. 箱变在我国的应用现状及存在问

3　特殊用途箱变的智能化设计

311　路灯专用箱变

路灯照明供电作为箱变的一个特殊用途, 具有广泛的市场。路灯箱变必须结合路灯照明的特殊性, 在箱变内部安装路灯的智能节能控制装置, 减少能源的浪费。

智能化路灯箱变采用光控和时控相结合的方式, 通过可靠的硬件和独特的控制软件, 可随季节变化, 自适应调整每天路灯开、关时间控制。智能节能控制能够利用新型的电力电子技术控制路灯供电的电压, 延长路灯的使用寿命和节约能源。在晚上8点到早上8点, 系统负荷较轻, 电压较高时, 控制系统电压; 在后半夜调低系统电压, 达到节能的效果。312　风电场专用箱变大量的箱变就地安装在风力发电机附近, 作为风力发电机与电网的联系。但是随着风电场容量越来越大, 对系统的影响也越来越明显[5], 风电场专用的箱变必须考虑其使用的特殊性。

风力发电会给配电网带来谐波污染、电压波动和电压闪变等电能质量问题, 同时, 由于风电的随

题[J].电力设备, 2004, 5(1) :42—45.

[2]SOL ANS J M , PREV E C , FARRAN R , et al. Evolution of

MV/LV substation 2compact substation[A ].Proc. CIRE D Int. Conf. and Exposition on E lectricity Distribution , IEE Conf. Publ. N o 1482[C ].A msterda m :[s1n 1], 2001. 1132118.

[3]李世义. 箱式变电站综合自动化探讨[J ].电气开关, 2003,

41(3) :8—12, 15.

[4]苗友忠, 孙雅明. 基于相电流间关联特征的馈线单相接地保

护新原理[J].电力系统自动化, 2004, 28(16) :51—55.

[5]雷亚洲. 与风电并网相关的研究课题[J].电力系统自动化,

2003, 27(8) :84—90.

) , 男, 江西龙南人, 工学博士, 电气工作者简介:钟庆(1978—

程师, 从事电力系统及其自动化工作。