智能供配电管理系统在水泥厂的应用

杨通宇, 董 天, 张永红, 夏 军

(1.四川鹏迪电力设计有限公司, 四川 绵阳 621000;2.珠海万力达电气自动化有限公司, 广东 珠海 519085;3.四川晟源建设工程咨询有限公司, 四川 绵阳 621000)

0 引 言

目前对电力设备运行数据和状态的判断监控主要依靠人的感官观察,红外手持温度扫描仪等简单设备为辅,采用望(看发热)、闻(闻焦臭)、问(读数据)、切(摸温度)、听(听异响)等手段,这种方式对运行人员的经验和责任心要求很高,不然难以及时发现设备隐患。这种带有盲目性的巡检方式占用了运维人员大量工作比重,且实际效果不佳。智能供配电管理系统利用数据库中的实时数据、历史数据,结合各类温度、震动等信息,对电力设备运行情况进行不同维度的统计与分析,形成日报、周报、月报、季报、年报等报表,以便管理人员轻松掌握设备运行情况[1]。在设备出现异常时,运维人员无需从数十条的告警信息中筛选、分析结果,系统能自动对各类报警信息进行整合分析,并将最终结果主动推送,此功能将运维人员从冗杂的信息查看、确认中解放出来,极大减轻了运维人员的工作量,并提升了运维效率,达到智能运维的目标。

1 项目概况

110 kV总降变电站采用了变电站综合自动化系统,主要可以实现“遥控、遥测、遥调、遥信”功能,能满足后台操作和电流、电压的运行数据实时监测、部分设备运行状态实时控制的要求。运行人员无法全面了解设备的运行情况,每天需要人为去巡检和执行停送电作业。

设备的预防主要靠定检、年检来完成,做一些预防性试验。这种常规的做法能发现一些隐患,达到一定的目的。但预防性试验本身对设备就是一种破坏性试验,再加上试验数据不能被充分利用,就会出现过检、漏检现象,甚至出现刚检修结束就出问题情况,不能完全实现想要的效果。

2 建设内容及目标

2.1 项目主要内容

项目主要内容如下:

(1) 110 kV GIS组合开关改造内容包括安装SF6微水及密度传感器、局放传感器等。

(2) 110 kV主变压器改造内容包括在主变进线及出线柱上安装无线测温传感器、局放传感器、油中气体检测(油色谱分析)、主变红外热成像监测等。

(3) 10 kV开关柜改造内容包括安装智能监测装置、人机交互装置、各类传感器、一键顺控软硬件等。

(4) 供配电智能化平台搭建。

2.2 目 标

(1) 工况透明化。通过现场各类传感器将温度、电流、局放、SF6等各类信息采集后上送到后台软件,可实时查看设备的运行工况,同时后台软件能智能地分析设备健康状态,及时预警,避免设备因巡视不及时而发生严重故障。

(2) 系统平台化。将原有设备监测等各类信息集成在同一平台,便于信息管理,打破信息孤岛,为系统的智能化分析提供平台基础。

(3) 信息电子化。设备台账、运维记录、消缺流程由原来的纸质化转为电子化。

(4) 运维智能化。智能供配电管理系统利用数据库中的实时数据、历史数据,结合各类温度、震动等信息,对供配电设备运行情况进行不同维度的统计与分析。在设备出现异常时,系统能自动对各类报警信息进行整合分析,并将最终结果主动推送。

3 具体实施内容

3.1 开关柜改造

实现对断路器机械特性在线监测和分析诊断、分合闸线圈电流监测分析、分合闸时间监测分析,同时实现储能电机的电流监测分析和储能时间的监测分析,并且可实现触头无线测温功能,监测断路器6个触头的温升情况,实时分析诊断,实现了开关柜的状态检修。

3.1.1 智能组件安装

智能组件包括智能监测装置(BRK-3910/IED)、人机交互装置(BRK-3910/DP)、保护装置(DM-200)。其中人机交互装置安装在仪表室柜门上,仪表室柜门面板更换,保护装置和智能监测装置安装在仪表室内。智能组件安装示意图如图1所示。

图1 智能组件安装示意图

3.1.2 测温元件安装

无线测温传感器捆绑于梅花触头上,通过无线测温接收器采集传感器数据,接收器再通过RS-485接到IED装置上,由IED装置采集温度数据进行分析。无线测温传感器安装示意图如图2所示。

图2 无线测温传感器安装示意图

3.1.3 位移传感器安装

位移传感器安装在操作机构底部,通过支架安装在隔板处,利用U型安装模具,现场打孔安装即可,红外位移传感器直接照射在传动机构杆上,当操作机构操作时,传动杆会移动,此时红外位移传感器就能够测量出机构的位移量。位移传感器安装示意图如图3所示。

图3 位移传感器安装示意图

3.1.4 霍尔传感器安装

霍尔传感器内置在IED装置中,每台装置里配置有3只霍尔传感器,配线时把分合闸线圈、弹簧储能电机线圈通过IED装置里的霍尔传感器采集回路中数据,当机构动作时,霍尔传感器就可感应出线圈电流。这种回路完全独立工作,不影响机构原有动作逻辑。

3.1.5 设备参数

(1) 智能监测装置(BRK-3910/IED)。

IED是智能开关柜的核心部件,负责完成一键顺控的驱动操作,也负责采集各类传感器的数据。在断路器内部加装红外位移传感器,通过硬接线上传IED装置,完成断路器的机械特性监测。在断路器梅花触头和电缆头处安装无线测温传感器,由温度接收模块通过RS-485通信上传到IED完成温度监测。在IED装置内部,断路器、弹簧储能回路里加装霍尔传感器,采集各回路动作时的电流和时间,通过这些数据对各回路电动机构完成保护功能,避免电动设备损坏及故障发生。智能断路器状态监测指标如表1所示。

表1 智能断路器状态监测指标

(2) 人机交互装置(BRK-3910/DP)。

DP是智能开关柜的主要人机交互界面,它和保护装置及IED分别通过RS-232和以太网方式通信,显示开关状态位置信息、运行电气量信息、保护信息、设备状态量信息。并可以查询历史故障信息及操作信息和状态信息,也可以对开关柜进行操作和参数设置。

(3) 保护装置DM-200。

数字化保护装置DM-200具有完善的继电保护功能,并可以对柜内温湿度采集及控制。该装置配有以太网接口和RS-485通信接口,支持IEC-60870-5-103(RS-485通信模式)、IEC-60870-5-104(工业以太网通信模式)标准通信规约以及新一代变电站通信标准IEC 61850,且保护功能完全独立,不依赖网络通信,即使网络瘫痪也不影响装置的保护正确运行。保护软件采用模块化处理,各模块相互独立。

(4) 位移传感器。

位移传感器用于监测断路器的机械特性数据。安装在断路器框架上,接入IED。检测距离为20～80 mm(量程为60 mm);分辨率为0.02 mm;工作电源为13～30 V DC;光源为红色LED632 nm;开关频率不大于1 000 Hz;线性度为±0.4 mm2;重复精度小于0.4 mm2;连接方式为接插件M84针;开关量输出为1×NPN NO/NC;模拟量输出为1～10 V;Q响应时间为500 μs;Qa响应时间为400 μs;光斑尺寸为5 mm×5 mm;防护等级为IP67;工作温度:-20～+60 ℃;外形尺寸为34 mm×20 mm×12 mm;质量为10 g。

(5) 霍尔传感器。

霍尔传感器安装在IED内部,用于采集弹操断路器储能电机电流、分合闸线圈电流,完成对断路器电气特性监测,通过分析电流量及流过的时间,判断断路器是否正常。

(6) 无线测温传感器。

无线测温传感器具备自取电功能,安装在动触头绝缘套管外。通过无线方式与接收器连接,接收器接入IED。测温范围为-30～150 ℃,精度±1.5%FS;测温传感器使用日本进口高精度、高温热敏电阻;现有市场提供的开关设备的型号、规格等一般都能适用,按用电设备结构,配置不同的安装方式;启动工作最小电流为大于5 A(矽钢片最少3匝以上);无线通信频率为2.4 GHz、发射功率小于10 mW;温度传感器模块的供电方式:CT取电(电流互感器取电);数据发送间隔大于2 s;安装方式为SW-600CTB表带式安装;外形尺寸为44 mm×36 mm矽钢片(宽度小于20 mm)。

(7) 柜内温/湿度监测与控制。

时刻监视柜内温/湿度,能够有效地判断温升及湿度多少,进而能够采取措施,温/湿度传感器将温/湿度信息通过保护装置上传,并自动控制柜内除湿设备。电源为3.3～5.2 V DC;湿度测量为0～99.9%RH;测量温度为-40～80 ℃。

3.2 水阻柜温度、液位监测

采用温度液位一体式远传监测仪,一次性将液位及温度同时采集并显示,数据可通过RS-485总线的方式最终传输至智能供配电管理系统。该远传监测仪采用干式陶瓷电容传感器或带温度补偿的隔离膜片式扩散硅压力传感器,内置高精度PT100传感器测量温度,双4～20 MA信号输出,一路液位信号,一路温度信号,利用流体静力学原理测量水位或液位。

3.2.1 110 kV主变压器在线监测

(1) 温度在线监测。

在主变压器的进线及出线柱上安装无线测温传感器,接收模块采集后将数据上传至智能供配电管理系统,结合综合自动化系统中的电气量数据,进线电流及温度的实时曲线,分析接线柱连接处是否存在绝缘破坏等现象,完成对110 kV主变压器的寿命分析、故障预测。

(2) 局部放电在线监测。

变压器局部放电过程中会产生电脉冲、电磁辐射、超声波、光以及一些新的生成物,并引起局部过热。采用一定的技术手段对局部放电产生的这些非电量的信号和电量信号进行监测,进行实时的在线监测和数据建模,分析得到放电数据,并进行模式识别和绝缘剩余寿命评估,进行故障预警。

(3) 油中气体在线监测。

系统首先对主变进行充分的油循环,保证所取分析的油样能反映变压器内部的真实油样;将变压器中的油样充分地循环后再获取少量油样,进入油气分离装置,由真空装置抽取真空将特征气体(H2,CO,CH4,C2H4,C2H6,C2H2,CO2,H2O)与被检测油样分离,被分离后的特征气体进入色谱柱进行气体组分的分离,在载气的推动下经过气体传感器,将气体浓度值转换成电压信号,此电压信号通过高精度A/D转换器转换成数字序列信号,并通过RS-485通信线上传到后台控制系统进行详尽的分析、存储和显示。

3.2.2 GIS开关在线监测

(1) 微水密度在线监测。

SF6气体的密度、露点和温度是否处于额定范围之内,决定着该断路器的安全运行状态,所以依据电网运行规程强制规定,在设备投运前和运行中都必须定期对 SF6气体的密度和含水量进行检测。通过安装相应的传感器和微水密度主机完成数据的采集,再通过RS-485通信的方式将数据通信到管理机,最终上传至智能供配电管理系统。

(2) 局部放电监测。

通过对GIS盆式绝缘子处泄漏的局部放电电磁波信号进行监测,有效监测绝缘老化、发生击穿、闪络等严重现象。局放监测装置完成数据采集后通过RS-485通信的方式将数据通信到管理机,最终上传至智能供配电管理系统。

3.2.3 智能供配电建设的功能需求

智能供配电软件将电气运行信息和设备状态信息汇总整理后进行分析和呈现,为今后全厂智慧工厂提供链接到功能模块的入口。

利用信息化和智能化相关技术,增加在线传感器的数据采样,并对原SCADA系统运行数据与新增采样数据进行综合管理,提供分析结果,提高供电可靠性和管理效率的需求。实现用户权限登录、设备管理、运维管理、专家分析、运行报告、提高用电效能、移动应用等功能。

4 结 语

本文介绍了如何通过智能供配电管理系统的改造、建设,让用户运维人员从冗杂的信息查看、确认中解放出来,以减轻运维人员的工作量,提升运维效率,最终达到智能运维的目的。