110kV变电站综合自动化优化设计

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论文字数:28556 论文编号:sb2021111610290139641 日期:2021-11-22 来源:硕博论文网
本文是一篇电气自动化论文,本文通过万福站改造工程的实施及调试过程存在的关键性问题及时发现并制定好合理的解决方案。对在施工及调试中所采用的创新管理及技术在工程中的应用进行总结。根据万福变的现场勘查情况和改造的目标,形成了万福变即将采用的综合自动化系统及站内主要的一、二次设备、生产辅助系统的选型方案。

第一章 绪论

1.1 选题背景
随着国民经济不断发展带来的全社会用电负荷剧增,对电网运行产生了深远的影响。现行许多老旧变电站由于技术落后,设备老化的问题,导致经常发生停电事件,极大地制约了地方经济的发展。种类繁多的电器设备在现代家庭的大面积使用给居家生活增添了丰富的选择,这一切都是需要稳定的电力供应作为基础保障的。现在正在运行的老旧变电站进行更新改造的问题已经引起了社会的广泛关注。
得益于赣中西北部区域的经济不断发展,该地区的电网规模也不断扩大,电力用户构成也日益复杂,工业用户对电能的质量要求进一步提高,人民群众迫切期待少停电,用好电,电网自动化的重要性便愈发凸显。万福 110kV 变电站位于赣中西北部地区,根据现行电力系统调度辖区划分规定该变电站由赣中地区地调进行全站设备的调度和管理。万福变所接入的赣中地区调控中心采用的是南瑞提供的可以兼容多种通信规约同时存在的 OPEN3000 系统。
在对万福 110kV  变电站站内现场进行实际勘查可知目前站内建设有 2 台 110kV  电压等级的电力主变压器进行电力转换,2 条 110kV  电压等级输电线路分别是福源线、樟福线、万福线,4 条 35kV  电压等级输电线路分别是官万线、万冲线、万盘线、万埠线,10kV  电压等级的 2 段母线共计带有 13 条出线间隔。该变电站属于常规电力变电站,由公司变电运维班按照三班一运转的模式承担了万福 110kV  变电站的日常运行维护任务。变电运维一班主要负责万福全站设备的日常巡视检查,调度下令指定设备的现场倒闸操作,站内变电设备各类工作票、抢修单的接收许可及工作终结办理,重大节假日安全用电保障以及站内事故的现场应急处理等工作。由于变电运维班人员驻地距离万福 110kV  变电站有两个小时车程,日常花费在路途上的时间比较多,严重拉低了一线生产运维人员的生产效率。
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1.2 国内外研究现状
在现代电力网中扮演着电力汇聚中转关键角色的电力变电站是这张大网里的核心枢纽[6,7]。随着计算机、网络通信、电力电子技术不断地更新换代,我国电力系统的控制手段逐渐呈现出网络化、数字化、智能化的特点。为了改进电力生产管理模式,进一步夯实安全生产基础,近年来各地电力企业热衷于对现有老旧变电站采取逐步实施综合自动化改造,以期提高现有老旧变电站内设备性能,从源头上消除由于设备问题带来的安全隐患。常规变电站正是依托于将相关先进技术进行高度融合而成的综合自动化系统才让老旧变电站焕然一新[8,9]。
七十年代初,国外相关科研院所开始开展了对变电站综合自动化的研究[10,11];据资料显示,在七十年代末期技术陈旧的远动装置就已经被部分发达国家退役下来[12,13],采用技术更为先进功能更为完善的微机远动装置;进入八十年代后,受益于工业自动化的全面发展,相关研究成果也被大量应用在变电站自动化改进上[14,15],至此变电站综合自动化系统进入了全新的阶段。国际上很多的电力能源大公司也在这方面开始重点研发攻关,大都相继推出了一系列的电力变电站综合自动化系统的产品[16,17]。日本公司历经数年开发的用于电力变电站的数字控制系统诞生,通过对电力变电站各类相关设备的保护、测控功能进行升级,该控制系统在当地重要变电站中顺利投运[18,19]。九十年代中期我国部分经济发达地区的电力变电站也逐渐运用上了变电站综合自动化系统[20,21]。
在这之后,相关的变电站综合自动化控制系统研究变得越来越成熟,许多套自动化控制系统遍布了全世界的重要变电站,电网的自动化水平得到了逐渐提升[22,23]。随着国民经济的迅猛发展和高端产业的负荷需求猛增,也对大电网的进一步发展提出了新的要求。边远地区的电能采用提高运行电压等级的方式来满足远距离传输大量能源成为了主流趋势[24,25],加上越来越多的新能源亟待消纳,这就使得电力系统的安全性、稳定性、可靠性指标显得更为关键[26,27]。
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第二章 万福变电站现状及改造方案

2.1 万福变电站运行现状
万福 110kV 变电站属于采用常规设备的变电站,从 2005 年全面投产使用至今。全站一、二次设备及自动化装置老化严重,稳定性较差,且在运行过程中出现部分设备无法正常运行的状况,已不能满足优质可靠供电的需求,存在很大的安全生产隐患。目前万福 110kV 变电站还在使用传统的继电保护设备,而且使用人工操作的方式。万福 110kV 变电站站内主要有 2 台 110kV 电压等级的三圈式强迫油循环主变,110kV 电压等级输电线路 3 条分别是福源线、樟福线、万福线,35kV 电压等级输电线路 4 条分别是官万线、万冲线、万盘线、万埠线,10kV 电压等级的两段母线共计带有 13 条出线。万福 110kV 变电站的站内主要设备布局平面图见附录图 A1 所示。
通过对万福站所处地区的电力供应分析,万福站周边区域经济发展带来了不断增长的电力需求,为缓解电力供应压力,改善当前脆弱电网结构,提高万福站所处地区的供电可靠性,改造建设万福 110kV 变电站已经迫在眉睫。由于历史发展的局限性,万福变电站作为电源节点给 110kV 新源变电站、35kV 油田变电站、35kV 盘田变电站供电,另外万福 110kV 变电站与敦厚 110kV 变电站共同作为电源点分别与 35kV 大冲变电站、35kV 桐坪变电站、35kV 固江变电站、35kV 梅塘变电站、35kV 沂塘变电站等终端站形成一个类似手拉手型单线环形供电网。该地区电网结构潮流如图 2.1 所示。
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2.2 变电站综合自动化系统
变电站综合自动化系统是充分利用计算机操作系统的兼容性,按照电网调度控制生产系统所需要及时掌握站内相关运行设备的状态信息量的要求,将电力变电站中各个子系统及时接入系统,从而实现对站内设备的全面监测和实时控制[37]。这个功能强大的综合自动控制系统是由多个重要的子系统,按照电力生产的基本要素和运行流程进行合理配合而成。
变电站内所有的一次设备通过控制电缆将自身的电气量和非电气量传输到相应的测控装置或者在线监测装置中,这些数据信息被传输到后台生产调度系统提供给生产监控人员作出准确的分析判断。同样的,当站内设备发生故障时产生的事故变位信号也将及时传输到生产调度台,调控人员也可以按照电网设备故障等级及时将事故处理的控制命令发送给站内相关控制装置,进而形成完整的生产控制闭环。变电站综合自动化系统在充分整合调配站内资源的条件下,对电力传输、分配、消纳等环节产生的海量数据进行分门别类的收集处理后再提供给一线生产技术人员和后台管理人员随时查看和处理,这也就大大降低了各级生产人员的劳动强度,避免了不必要的工作量[38]。
以高性能计算机、电力系统通信、数据库为平台逐渐晨曦的变电站综合自动化系统表现出了功能多样,结构复杂,人机对话画面友好等明显优势。生产技术人员可以根据生产任务随时随地的从中获取所需的设备信息,并以此为参考做出准确的判断,为变电站的全站设备安全稳定运行采取相对应的措施[39]。应用于变电站日常生产场景的综合自动化系统一般由各类保护测控装置、数据网关机、综合应用服务器、计量系统、直流电源模块、安全自动装置、故障录波系统、智能生产辅助系统等组成。应用于变电站综合自动化系统常见的结构如下图 2.3 所示。
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第三章 万福 110kV  变电站优化设计................................14
3.1 变电站综合自动化系统设计方案........................................14
3.2 调度自动化.........................................15
第四章 工程施工及调试....................................27
4.1 改造优化内容................................................ 27
4.1.1 电气一次部分................................................ 27
4.1.2 电气二次部分................................... 27
第五章 结 论......................................40
5.1 研究结论..............................40
5.2 研究展望....................................41

第四章 工程施工及调试

4.1 改造优化内容
万福 110kV 变电站改造规模比较庞大。万福变改造施工主要包括对全站户外高压场地一次设备部分,户内主控室二次设备部分等方面进行。
4.1.1 电气一次部分
万福 110kV 变电站改造将更换 110kV 福源线间隔、樟万线间隔、#2 变压器间隔、母线 PT 间隔的操作机构共计 4 组;改造更换 35kV 万枫线间隔、万盘线间隔、万冲线间隔,#2 变压器间隔、Ⅱ段母线 PT 间隔的操作机构共计 5 组。万福变户外场地将更换110kV 侧、35kV 侧交流检修电源箱各 1 个,共计 2 个。
万福 110kV 变电站改造将更换 110kV 万福线间隔、樟万线间隔、福源线间隔、#2变压器间隔、母线设备间隔端子箱共计 5 个,更换 35kV 侧万枫线间隔、万盘线间隔、万冲线间隔、#2 变压器间隔、Ⅱ段母线设备间隔端子箱共计 5 个。
4.1.2 电气二次部分
万福 110kV 变电站改造将更换全站综合自动化系统 1 套主要包含#1、#2 主变测控、公用测控、各电压等级母线测控、110kV、35kV 及 10kV 电压等级线路用保测一体装置等。在主控室公用测控屏内分别安装 110kV、35kV 电压等级母线测控装置。在主控制室设置公用测控柜一面,实现对变电站层设备、组合电源、智能辅助装置、故障录波、时间同步、火灾报警等公用设备的控制与测量。
在公用测控柜内安装了两套 PCS9705C-H2-5A 型测控装置,一套母线 PCS9705D-H 型测控装置,一套 35kV 的 PCS9662D-220V 型电压并列装置。在监控主机柜内安装了两台高性能服务器,一台显示器,一台 RB104V 型的 KVM 切换器。在综合应用服务器柜内配置一台Ⅲ区及Ⅳ区数据网关机,一台显示器,一台综合应用服务器(RH2288华为处理器),防火墙装置,正向、反向隔离装置各一面,一台 RB104V 型的 KVM 切换器等主要设备。
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第五章 结论

5.1 研究结论
电力变电站的综合自动化系统是按照电力生产的基本要素和运行流程将功能各异的子系统进行功能融合而成的复杂控制系统。在充分整合调配站内资源的条件下,变电站综合自动化系统对电力传输、分配、消纳等环节产生的海量数据进行分门别类的收集处理后再提供给一线生产技术人员和后台管理人员随时查看和处理,从而达到对所辖变电站内相关设备起到实时监视和及时控制的目的。得益于对站内设备的全面监测和实时控制,生产人员获得了高效便捷地完成设备日常巡视和快速发现并处理电力事故隐患的能力。以计算机技术、电力系统通信、数据库为平台逐步成型的变电站综合自动化系统因为具有功能多样,结构复杂,人机对话画面友好等明显优势而备受广大生产技术人员欢迎。
本文根据万福 110kV 变电站现在的运行状况和存在的问题,提出了该站改造的必要性并且制定了符合万福变电站的综合自动化系统改造方案。万福 110kV 变电站变综自改造工程的总体设计方案中重点介绍了万福 110kV 变电站需要改造的一、二次设备的内容,设备的选型、通信网络结构选型及相关设备校核。根据万福变的现场勘查情况和改造的目标,形成了万福变即将采用施工调试方案。通过万福站改造工程的实施及调试过程存在的关键性问题及时发现并制定好合理的解决方案。对在施工及调试中所采用的创新管理及技术在工程中的应用进行总结。根据万福变的现场勘查情况和改造的目标,形成了万福变即将采用的综合自动化系统及站内主要的一、二次设备、生产辅助系统的选型方案。
改造后的万福 110kV 变电站综合自动化系统使得远方调度台的监视人员对全站的一、二次相关设备实现了及时监视,在具备遥测、遥信、遥调、遥控功能的基础上,增加了故障录波装置、视频监控子系统,安全子系统,访问控制子系统,环境监控子系统,空调风机控制子系统,火灾报警子系统等功能。在对万福变电站站内相关二次设备进行全面验收测试得到的数据和动作行为显示装置符合实验合格的要求,从万福站站内后台系统发送给地调控制中心监控台的站内生产数据和告警信号对比一致,以上实际检测均表明改造设计路线正确可行。经过了全面改造后的万福 110kV 变电站能够很好地融入到万福地区的的电力网络中去,为万福电网的安全可靠运行提供强有力的网架支撑。
参考文献(略)