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化工厂内35kV变电所自动化系统如何实施

文章更新时间:2024-04-02 点击量:68
  35kV变电站综合自动化系统的设计,主要遵循电网调度自动化的整体需要,其配置、功能要满足电网安全、经济、信息分层传输、资源共享等要求。本文以35kV及以下变电站自动化系统的设计为指导思想,对设计工作进行相关讨论。
 
  引言
 
  化工厂内35kV及以下区域变电所的建设是工厂内非常关键的项目,在建设过程中,由于技术要求高、投入资金大、电力设施较多等因素,对变电所工作人员的各项能力有较高的要求。因此,管理部门要提高变电站的运行和管理水平,使其达到自动化,从而提高变电站运行的可靠性和经济效益。
 
  在此背景下,新型微型二次装置的使用及对传统分立装置的替代,使保护、控制、监控、远动等多种功能得以加强,实现了设备和信息的共享,使变电站设计布局更趋于简洁、紧凑,运行也更加安全、可靠。变电所集成控制系统采用现代计算机技术和通信技术,改造原有的二次设备结构,对系统结构进行大幅简化,不仅实现了数据共享,而且其布线结构更加简便、二次设备占用空间更少,使得35kV以下变电站呈现全新的面貌[1]。
 
  1电气主接线的方案解析
 
  主接线应该以工作可靠、简洁明了、易于使用为原则,并且具有发展空间。设计方案为35kV接线两回为主的变压器进线和内桥线路,10kV母线采用母线分段配线,10kV出线25条线路,其中2条电容补偿线路,10kV线路全部为高压真空断路器。变压器的中性点接地方式是35kV侧无接地,10kV侧的中性点经消弧线圈接地,10kV侧均为电缆出线。因此,在10kV侧均为电缆,故而采用消弧线圈进行补偿。由于10kV主变侧无中性点,故采用了变电站与消弧线圈共用的接地变压器,并可以调整各消弧线圈的容量。本方案以300MVA的短路能力为基础,对短路电流进行了分析,确定了装置的选型。
 
  主变压器选用有效节能、低损耗、有载调压变压器(S11-35型),容量按供电地区的实际负载及计划负载而定,变压器容量为20MVA。35kV装置采用全封闭的复合绝缘金属铠装式开关柜,箱体内部装有高压真空开关,主变压器是三相双绕组自冷却风机有载调压变压器S11-20000/35,其阻抗电压Uk%=8.35±3×2.5%/10.5kV。10kV装置采用金属铠装移动开关柜,箱体内部装有高电压的真空开关。从测量准确度的角度来看,变压器的测量精度都达到了0.2s级。10kV分段母线配有一套并联电容器和一套消弧线圈设备。
 
  在大楼楼顶安装接闪网,以防止直接雷击。在35kV、10kV母线、电容器、10kV出线等处,采用具有优良防护性能的金属氧化锌避雷器。35kV区域变电所的调度和管理工作,应当将遥测、遥信、遥控等信息发送到上级220kV变电站。将公用的测控设备,集中于电力监控室内。电力供应采用SBH15-M-630/10变电站的10kV变压器,并将其与10kV的母线相连接。整个变电所里都安装了工作灯和意外灯,在断电情况下,应急照明电路可自动转换到EPS供电系统。
 
  2 35kV变配电所主接线方案
 
  通过对各种有关数据的分析,发现采用低损失的节电变压器是减少电力损耗的有效途径。当电压偏差达不到规定值时,35kV降压变电站应优先选用有载调压变压器。35kV变电站的主接线通常为单母线、单母线分段、双母线接线、单元接线、内桥、外桥,具体的实现要结合实际情况来确定[2]。35kV变电站的主接线,需要依据变电站在电网中的地位、进线和出线回路数量、设备特点和负载特性来决定。同时还需要满足供电可靠、操作灵活、操作维修方便、节约投资以及方便扩建的需要。
 
  变电站的主要线路应满足安全可靠、灵活、经济的基本需求。其中,安全包含了设备和人员的安全。可靠度应符合一级负荷和二级负荷对供电可靠性的要求。灵活运用小的开关,可适应多种工况,维修时使用方便,并可以适应负载发展,方便扩展,尽可能简化接线,减少投资,减少占地,降低运行费用。35kV变电站一般有两种类型,一种是户内式,另一种是室外式。户内式操作简单,维修简单,占用空间少。而室外式的建筑成本较低,能安装报警装置,散热状况良好。由此可见,户内式的优势和室外式的优势相辅相成,因为厂房占地面积有限,所以采用了户内布局,即35kV和10kV配电装置,主变压器采用户内安装。
 
  3供电可靠性分析
 
  电力供应的可靠性是指不中断的电力供应。电力供应中断不但会对化工厂生产造成一定的影响,还会对设备形成损害,严重时会导致人员伤亡、发生爆炸,造成严重的负面影响。比如,电力供应中断对主要生产设备的运行造成影响,严重时会导致关键工序的连续性,造成重大的经济损失,即便是恢复了电力供应,也需要很长一段时间。为了保证供电的可靠性,对这些关键的用电设备,需要采用双回路的供电模式。保证供电质量,保证电压波动的技术指标。
 
  交流电的频率直接影响到交流电机的工作性能,而频率的变化则会对其速度产生一定的影响。《电能质量电力系统频率偏差》中,对50Hz额定频率的交流电要求标准是其频率与标称值的偏差不允许超出±0.2~±0.5Hz,也就是±0.4%~±1%[3]。电压限制是衡量电网质量的另一个重要指标。电压偏差是指电气装置的实际电压与运行中的额定电压之间的差异。耗电设备对电压偏差有一定的适应性,但当电压偏差增大时,会影响电气设备的性能,甚至会导致设备故障。例如,白炽灯在超过其额定电压5%的情况下运行,则会减去一半的使用寿命。因此,国内对电气设备的电压偏差有明确的规定。如电机的电压偏差不得超过额定电压的±5%,灯泡的电压偏差不得超过额定值的-3%和-2.5%。
 
  4变电站系统数据链路整体设计分析
 
  4.1综合自动化系统结构
 
  变电站综合自动化系统采用分层分布式结构,分层分布式监控系统实现了信息资源共享,充分发挥和利用了计算机系统整体资源和效率,是目前监控系统的主流方式。该系统包括一个隔离层和一个站控层,该隔离层与站控层之间采用双以太网相互连接。符合IEC61850标准。隔离装置包括:I/0测控装置、继电保护装置、多功能电表、低压电动机保护器等智能化设备。通过通信管理器和以太网交换器将所有的智能装置连接到站控层,所有的智能设备支持Modbus通信规约。在间隔层分别设置若干台通信管理机,该通信管理机应采用嵌入式应用的工业通信计算机,所有的串口设备通过通信管理机(通信协议采用Modbus)和以太网交换机接入站控层,所有的以太网设备通过以太网接口与本地交换机连接后接入站控层,所有的通信接口具有隔离保护功能。
 
  站控层设备主要实现对各类监控图像、图形曲线的调用、控制指令的发布、各类报告、操作票、数据库的产生、管理、打印事故报警、控制间隔层设备的打印、监控、管理、控制间隔层等,构成全站监控、管理中心、与远程监控中心通信。站控层主要包括监控主站、工程师站、综合应用服务器、数据库服务器、保护管理工作站、OPC服务器、通信服务器、打印机、等设备组成。监控主站采用双机热备模式,正常情况下由监控主站完成整个变电所监控功能,备用主站处于热备用状态。当监控主站一旦出现故障,备用主机立即提升为监控主站,完成监控主站的一切功能,当监控主站恢复正常后,备用主机又将监控权交给监控主站,备用主站继续处于热备用状态,双机切换无扰动。
 
  4.2控制系统数据流
 
  控制系统按需要分为多层结构,分别为底层的设备层、间隔层、站控层。各层次内部及层次之间采用高速网络通信,通信媒介为网络线或光纤。
 
  平台软件按作业区、采油区、计量站的管理方式设计,与实际的管理方式吻合。同时还考虑到该系统是一个平台,各个页面采取数据库管理的方式进行管理,非常适应第三方软件的嵌入等扩展性。
 
  5安科瑞AcrelCloud-1000变电所运维云平台
 
  5.1概述
 
  基于互联网+、大数据、移动通讯等技术开发的云端管理平台,满足用户或运维公司监测众多变电所回路运行状态和参数、室内环境温湿度、电缆及母线运行温度、现场设备或环境场景等需求,实现数据一个中心,集中存储、统一管理,方便使用,支持具有权限的用户通过电脑、手机、PAD等各类终端链接访问、接收警报,并完成有关设备日常和定期巡检和派单等管理工作。
 
  5.2应用场所
 
  适用于电信、金融、交通、能源、医疗卫生、文体、教育科研、农林水利、商业服务、公用事业等行业变配电运行维护系统的新建、扩建和改建。
 
  5.3系统结构
 
  系统可分为四层:即感知层、传输层、应用层和展示层。
 
  感知层:包含变电所安装的多功能仪表、温湿度监测装置、摄像头、开关量采集装置等。除摄像头外,其它设备通过RS485总线接入现场智能网关RS485端口。
 
  传输层:包含现场智能网关和交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据,并可进行规约转换,数据存储,并通过交换机把数据上传至服务器端口,网络故障时数据可存储在本地,待网络恢复时从中断的位置继续上传数据,保证服务器端数据不丢失。
 
  应用层:包含应用服务器和数据库服务器,若变电所数量小于30个则应用服务器和数据库服务器可以合一配置。服务器需要具备固定IP地址,以接收各智能网关主动传送过来的数据。
 
  展示层:用户通过手机、平板、电脑等多终端的方式访问平台信息。
 
5.4系统功能
 
  用能月报;站点监测;变压器状态;运维;配电图;监控;电力运行报表;APP监测
 
  5.5系统硬件配置
 
6结语
 
  化工厂区35kV变电所综合自动化控制系统,解决了传统保护装置无法与外部通信的不足,将控制、保护、数据采集、监控、数据传输等多个主要模块整合在一起,实现了数据的共享。该系统包括保护装置、数据采集装置、事件和故障录波装置、控制操作闭锁装置、同步装置、通信装置、数据处理及记录装置和自诊断装置等。
 
  近几年,越来越多的化工厂区35kV变电所采用了计算机集成自动化,并且陆续投入运行,这也充分体现了化工厂区35kV变电所自动化技术的日趋成熟和的优势,达到减人增效、降低工程造价的目的,以保障变电站可靠运行和提高经济效益。
 
  参考文献
 
  [1]党延辉.35kV变电所综合自动化系统的开发与设计[J].河南科技,2013,1.
 
  [2]张健.35kV及以下变电所常见设计问题分析[J].安徽建筑,2021,4.
 
  [3]郭刚,谢晓东,等.煤矿采区变电所智能监控系统设计[J].自动化与仪器仪表,2022,6.
 
  [4]范维斌.变电所电气设备安装出现的问题探讨[J].中国设备工程,2021,13.
 
  [5]朱中原.化工厂内35kV及以下变电所综合自动化[J].中蓝连海设计研究院
 
  [6]安科瑞企业微电网设计与应用设计,2022,05版.