变电站一体化电源系统

2017-03-16马涛杜时光

活力 2016年3期

马涛+杜时光

[摘要]本文对变电站一体化电源的特点及优势进行了分析，对一体化电源的设计方案进行了阐述，对IEC61850监控系统进行了概述。

[关键词]一体化电源；IEC61850监控系统；变电站

1 引言

站用电源是变电站安全运行的基础，随着变电站综自動化程度的越来越高以及大量无人值班站的投运，相应提高站用电源整体的运行管理水平具有非常重要的意义。笔者认为，站用电源始终需要立足于系统技术来研究和发展，根据实际问题、发展现状提出发展思路。现有站用电源在资源整合、自动化水平、管理模式等方面都还存在很大的优化空间，结构紧凑、经济可靠的变电站交直流一体化电源模式具有广阔的应用前景。

2 传统站用电源现状分析

传统变电站站用电源分为交流系统、直流系统、UPS、通信电源系统等，各子系统采用分散设计，独立组屏，设备由不同的供应商生产、安装、调试，供电系统也分配不同的专业人员进行管理。这种模式存在的主要问题：

2.1站用电源自动化程度不高。由不同供应商提供的各子系统通信规约一般不兼容，难以实现网络化管理，系统缺乏综合的分析平台，制约了管理的提升。

2.2经济性较差。站用电源资源不能综合考虑，使一次投资显著增加。

2.3安装、服务协议较难。各个供应商由于利益的差异使安装、服务协调困难，远不如站用交直流电源一体化的“交钥匙工程”模式顺畅。

2.3运行维护不方便。站用电源分配不同专业人员进行管理：交流系统与直流系统由变电人员进行运行维护，UPS由自动化人员进行维护，通信电源由通信人员维护，人力资源不能总体调配，通信电源、UPS等也没有纳入变电严格的巡检范围，可靠性得不到保障。

3 变电站交直流一体化电源

变电站站用交直流一体化电源系统是使用系统技术，针对变电站站用交流、直流、逆变、通信电源整体，根据实际问题、发展现状提出解决方案的站用电源系统。

根据国家电力行业标准《电力用直流和交流一体化不间断电源设备》（DL/T 1074-2007 ）的描述，电力用一体化操作电源的准确定义应为：将直流电源、电力用交流不间断电源（UPS）和电力用逆变电源（INV）、通信用直流变换电源（DC/DC）等装置组合为一体，共享直流电源的蓄电池组，并统一监控的成套设备。

3.1系统组成

根据一体化电源的定义可以知道，站用一体化电源系统由交流电源子系统、直流电源子系统、通讯电源子系统、交流不间断电源子系统（电力用UPS、逆变器）和总监控器组成。每个电源系统互相间提供工作电源，自上而下实现级差配合，形成整体的站用电源系统结构。每种电源独立为子系统，独立监控，子系统通过总监控器集中管理，分散控制，实现各子系统之间无常规二次接线。总监控器触摸屏动态显示各子系统的运行状态，并实现信息数字化网络传输。

3.1.1交流电源子系统

交流电源系统的两路交流进线由两台站用变引入，两路交流进线通过两组ATS开关给交流母线供电，交流母线采用单母分段接线，即1#所用变电源带Ⅰ段交流母线、2#所用变电源带Ⅱ段交流母线，当某一电源故障时ATS开关动作，故障电源所带的某段交流母线由正常电源来供电。

3.1.2 直流电源子系统

直流电源系统的两路交流进线引自交流电源两段母线，直流母线采用单母线分段接线，每段母线带一组蓄电池和一组充电机，两段母线间设置母联开关；

3.1.3 通讯电源子系统

通讯电源系统采用DC/DC变换器模块，变换器模块直流电源分别取自直流电源系统的Ⅰ、Ⅱ段母线，每组通讯电源各带一段母线，DC/DC变换器模块采用热插拔组件连接，可实现在线热插拔，实行N+1冗余备份，通信电源与直流电源共用蓄电池；

3.1.4 交流不间断电源子系统：

交流不间断电源系统（电力用UPS、逆变器），直流进线电源分别取自Ⅰ、Ⅱ段直流母线，交流进线电源、旁路电源及维修电源分别取自交流电源Ⅰ、Ⅱ段母线，交流不间断电源系统由多台电力用UPS模块直接并机组成，电力用UPS模块采用热插拔组件连接，可实现在线热插拔，实行N+1冗余备份，交流不间断电源系统与直流电源共用蓄电池。

3.1.5 总监控单元：

总监控单元是一体化电源系统的监控、测量、信号、和管理系统的核心部分。可采集每个电源子系统的运行信息，并对采集的信息进行综合分析，实现对一体化站用电源系统的实时监控和管理，同时把这些信息通过IEC61850规约上传至站用站后台监控网络。

根据变电站的电压等级不同，一体化电源系统组成也不相同，为此一体化电源系统结构也不相同，由一体化电源系统结构形成的监控通信网络构架也有区别。

根据一体化电源系统组成结构情况，将各个功能单元模块化，每种电源作为一个子系统，分别设置监控器（35KV/66KV变电站各电源子系统共用一套监控器），每个子系统中分别设置多个功能模块，如交流进线模块、电能计量及电能质量检测模块、馈线状态监测模块、数据采集模块、充电模块、绝缘监测模块、蓄电池巡检模块、通信电源模块、UPS模块等；这些功能模块与系统的监控器进行信息交换与传递，并受其监控。子系统的监控器又与总监控器进行通讯，使整个系统汇成一体网络，由总监控器汇总信息通过IEC61850规约传输至后台，进行统一监管：

3.1.5.1对站用电源的各个子系统运行状态进行实时监测；

3.1.5.2对站用电源自动完成性能的月检、季度检、年检工作；对各个电源子系统的运行状态按要求形月报表、年报表和柱状图；对关键功能单元的检测数据形成曲线图；

3.1.5.3对站用电源实现程序化控制；

3.1.5.4采用以太网传输，将设备运行状态信息数据上送，存储到数据中心的服务器中，通过管理分析软件对数据进行分析处理和WEB发布；

3.1.5.5运行维护人员根据需要和各自权限通过IE浏览器登录系统数据服务器查看站内各电源系统的实时运行状态及历史运行数据，实现对站内各电源系统的在线集中监测，各地电源专家可通过密码在网络上浏览站内各电源系统的各项数据报表，以此为依据来会诊本电源系统内出现的问题。

3.1.6 一体化电源监控模块

一体化电源监控电源模块作为总监控单元，是一体化电源监控、测量、信号和管理系统的核心部分，它能根据各子系统的运行状态，综合分析各种数据和信息，对整个系统实施控制和管理，存储整个站用电源数据，按IEC61850标准通过以太网接入变电站综合自动化系统，实现与调度自动化终端的通信及一体化电源系统的远程维护管理。一体化电源监控模块即使故障，也不会影响各子系统的正常运行。其特点如下：

3.1.6.1总监控模块可对各子电源系统集中管理、分散控制；

3.1.6.2总监控模块采用分级控制，即设置不同的权限，防止对电源系统的误操作；

3.1.6.3总监控模块采用两种通讯方式：1.保留传统的通讯方式，以保证系统的可靠性；2.增加数字化网络接口，通過IEC61850规约与数据中心的服务器相连，满足数字化变电站的要求；

3.1.6.4总监控模块主画面显示一体化系统及各子系统的结构图；

3.1.6.5总监控模块主画面动态显示系统主开关的状态（分/合闸、脱扣）；

3.1.6.6总监控模块主画面动态显示各功能单元的运行状态（正常/故障）；

3.1.6.7在总监控模块主画面触摸要查看的功能单元，即可进入该功能单元的子画面，查看各子系统的运行状态。

3.1.7监控系统概述

当前电力系统中，对变电站自动化的要求越来越高，为方便变电站中各种IED的管理以及设备间的互联，就需要一种通用的通信方式来实现。应运而生的IEC61850提出了一种公共的通信标准，通过对设备的一系列规范化使其形成一个规范的输出，实现系统的无缝连接。下面就一体化变电站中几种常用的通信方案进行一下简单的概述。

①方案一

该方案特点是只加装一台总监控，与后台连接只有一根电缆。

不改变现有监控（子监控），实现起来比较容易。

由于中间环节（子监控）的存在，所以增加了发生故障的几率。

数据的完整性、实效性差。

与IEC61850标准的要求（互操作性）差距较大。

如果总监控出现故障，那么整个电源系统的信息都无法上传。

各子系统的信息共享是依靠总监控完成。

系统内总线无仲裁、节点故障自动退出等功能，某个单元故障有可能造成总线瘫痪。

②方案二

该方案最接近IEC61850标准的要求。

取消所有的子监控，可靠性高。