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ABB智能變電站解決方案
一、智能變電站
智能變電站,即采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備,以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求,自動完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能,并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)與相鄰變電站、電網(wǎng)調(diào)度等互動的變電站。智能變電站可分為過程層(設(shè)備層)、間隔層、站控層。過程層包含由一次設(shè)備和智能組件構(gòu)成的智能設(shè)備、合并單元和智能終端,完成變電站電能分配、變換、傳輸及其測量、控制、保護(hù)、計(jì)量、狀態(tài)監(jiān)測等相關(guān)功能。間隔層設(shè)備一般指繼電保護(hù)裝置、測控裝置等二次設(shè)備,實(shí)現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于該間隔一次設(shè)備的功能,即與各種遠(yuǎn)方輸入/輸出、智能傳感器和控制通信。站控層包含自動化系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等子系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)面向全站或一個以上一次設(shè)備的測量和控制的功能,完成數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)、操作閉鎖以及同步相量采集、電能量采集、保護(hù)信息管理等相關(guān)功能。
廈門ABB開關(guān)有限公司自成立以來就關(guān)注著變電站的技術(shù)發(fā)展方向,經(jīng)歷了傳統(tǒng)、程序化、數(shù)字化、智能化變電站的發(fā)展歷程。早在2002年,公司就著手研制開發(fā)斷路器手車及接地開關(guān)的電動操作,并于2004年4月,成功應(yīng)用于蘇州110kV新河變10kV程序化開關(guān)站,至今運(yùn)行狀況良好,設(shè)備無任何故障,大大提高了操作人員效率。2008年投入運(yùn)行了專門針對電動進(jìn)出車的MDC2電機(jī)驅(qū)動手車數(shù)字控制單元,2011年推出集電機(jī)驅(qū)動手車數(shù)字控制\保護(hù)和開關(guān)柜關(guān)溫度監(jiān)測為一體的智能化操作及在線監(jiān)控裝置MDC4,為今天智能變電站的實(shí)現(xiàn)提供了安全、可靠的智能化二次設(shè)備。
二、智能的一次設(shè)備
廈門ABB開關(guān)有限公司生產(chǎn)的UniGear ZS1型智能金屬鎧裝式開關(guān)柜是由德國ABB公司設(shè)計(jì)開發(fā)的居先進(jìn)技術(shù)地位的開關(guān)設(shè)備,融合了ABB公司先進(jìn)的真空開關(guān)制造技術(shù)。其成熟的斷路器手車和接地刀電動操作技術(shù)更是智能變電站建設(shè)的必要條件。
1.UniGear-ZS1智能金屬鎧裝式開關(guān)柜
UniGear ZS1開關(guān)柜由固定的柜體和可移開部件兩大部分組成,柜體用隔板分成母線室(A)、斷路器室(B)、電纜室(C)和低壓室(D)四個不同的功能單元。(見下圖)
開關(guān)柜的外殼和隔板是采用高強(qiáng)度、耐腐蝕的覆鋁鋅鋼板經(jīng)CNC數(shù)控機(jī)床加工和折彎之后,在專用工裝夾具上由螺栓鉚接而成,保證了尺寸上的統(tǒng)一性及很高的機(jī)械強(qiáng)度。開關(guān)柜外殼防護(hù)等級達(dá)到IP4X,斷路器室門打開時防護(hù)等級為IP2X。
開關(guān)柜的頂部,在斷路器室、母線室和電纜室上方均設(shè)有壓力釋放裝置。當(dāng)發(fā)生內(nèi)部電弧時,伴隨電弧的出現(xiàn),開關(guān)柜內(nèi)部氣壓升高,頂部裝設(shè)的壓力釋放金屬板將被自動打開,釋放壓力及排泄氣體,裝設(shè)在門上的特殊密封圈把柜前密封起來,以確保操作人員和開關(guān)柜安全。相鄰的開關(guān)柜拼接在一起時,由各自側(cè)板相互隔開,側(cè)板之間形成4mm空氣緩沖層,減緩電弧故障的影響。母線室之間的隔板并能確保電弧故障不會蔓延至相鄰的開關(guān)柜。
UniGear ZS1開關(guān)柜具有各種防誤操作的措施,滿足“五防”功能要求。
2.電動操作的斷路器VD4
通過MDC4智能化操作可控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)手車電動進(jìn)出,同時實(shí)時監(jiān)控并判斷電機(jī)是否處于正常工作條件。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)受阻(如安裝不到位或機(jī)構(gòu)因其它原因?qū)е虏粫?達(dá)到保護(hù)條件時,立即對電機(jī)制動。
同時,逆向驅(qū)動電機(jī)解除卡死狀態(tài),以便在故障保護(hù)狀態(tài)下順利實(shí)現(xiàn)手動、電動切換。
斷路器手車電動操作增加了系統(tǒng)的可靠性,保證人身安全的同時,在開關(guān)柜全壽命周期成本上也極具優(yōu)勢,例如,在遠(yuǎn)控中心即可以高效地完成日常運(yùn)行操作,節(jié)省大量的操作工時、管理成本和交通成本。
3.電動操作的接地開關(guān)
配備傳統(tǒng)接地開關(guān)的開關(guān)柜,當(dāng)進(jìn)行檢修試驗(yàn)時,人員需要進(jìn)入柜內(nèi)工作,為保障人員的安全,就要把接地開關(guān)合上,檢修完成后,工作人員撤離工作現(xiàn)場,再把接地開關(guān)分開。接地開關(guān)配上電動操作機(jī)構(gòu),分、合操作就可在控制室以遙控命令的形式完成,檢修人員無需到現(xiàn)場操作,充分保證檢修人員的人身安全。
三、智能的二次設(shè)備
UniGear ZS1型柜在首先推出馬達(dá)驅(qū)動斷路器手車技術(shù),并研制了具有專利技術(shù)的馬達(dá)驅(qū)動手車數(shù)字保護(hù)及智能在線溫度監(jiān)控MDC4。UniGear ZS1型開關(guān)柜與智能操作及在線溫度監(jiān)控MDC4相配合,在遠(yuǎn)控中心即可以高效地完成日常運(yùn)行操作,節(jié)省大量的操作工時、管理成本和交通成本。同時可實(shí)現(xiàn)對開關(guān)柜關(guān)鍵點(diǎn)溫度進(jìn)行檢測,為智能變電站建設(shè)提供完整的一次、二次設(shè)備方案。
1.MDC4智能化操作及在線監(jiān)介紹
1.1馬達(dá)驅(qū)動手車數(shù)字保護(hù)功能
在手車驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)受阻(如安裝不到位或機(jī)構(gòu)因其它原因?qū)е聜鲃硬粫常┻_(dá)到保護(hù)條件時立即對電機(jī)制動,防止電機(jī)因堵轉(zhuǎn)而燒毀,同時自動逆向驅(qū)動電機(jī),解除卡死狀態(tài),以便在故障保護(hù)狀態(tài)下順利實(shí)現(xiàn)手動、電動切換。其不但可獨(dú)立完成電機(jī)驅(qū)動與各種運(yùn)行狀態(tài)間切換,而且可增加系統(tǒng)可靠性,而且簡化了閉鎖回路,便于維護(hù)。
1.2智能在線溫度監(jiān)控結(jié)構(gòu)及原理
電力系統(tǒng)中運(yùn)行的開關(guān)設(shè)備處于高電壓、高溫、強(qiáng)磁場等特殊環(huán)境。開關(guān)柜一次回路中,對于母排和電纜頭關(guān)鍵搭接部位,以及斷路器觸指與開關(guān)柜靜觸頭插入接觸部位,可能由于搭接處未鎖牢,或者人為地誤操作導(dǎo)致插入接觸不良,就會導(dǎo)致這些部位溫度急劇升高,損壞絕緣部件,從而導(dǎo)致絕緣放電等嚴(yán)重故障的發(fā)生。因此,對這些關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度在線監(jiān)視,特別是斷路器梅花觸指的溫度監(jiān)測,為開關(guān)柜運(yùn)行工況提供判據(jù),并在發(fā)熱(接觸不良)缺陷初期就發(fā)出預(yù)警,以便進(jìn)行必要的消缺處理,從而防止缺陷發(fā)展為故障。
1.2.1測溫模塊及接收單元結(jié)構(gòu)
測溫模塊安裝于手車式開關(guān)柜的真空斷路器的觸臂套筒內(nèi)(圖1),接收單元安裝于開關(guān)柜低壓室(圖2),獨(dú)立式HMI安裝于低壓室門板,實(shí)時顯示監(jiān)控信息。
1.2.2 在線監(jiān)控工作原理
實(shí)時在線監(jiān)控利用可靠的無線射頻技術(shù),進(jìn)行無線信號傳輸,將安裝于高壓處的測溫模塊與接收單元進(jìn)行徹底的隔離。測溫模塊采用自供電技術(shù),安全可靠。投入MDC4后,可以對柜內(nèi)關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度在線監(jiān)視,并且?guī)в羞h(yuǎn)程通信接口,可通過現(xiàn)場工業(yè)總線組網(wǎng),實(shí)現(xiàn)信息共享。因此可實(shí)現(xiàn)無人值班的情況下的實(shí)時監(jiān)測,及時發(fā)現(xiàn)和處理開關(guān)設(shè)備隱患,防范于未然,保證開關(guān)柜的安全和供電的可靠性。
2.MDC4智能化操作及在線監(jiān)控技術(shù)特點(diǎn)
2.1嵌入式智能化觸臂
測溫模塊采用嵌入式的設(shè)計(jì)方式,使得該部分完全裝于觸臂的絕緣層內(nèi),同時在安裝時采取了隔熱、抗震等措施,使得原有的絕緣距離不受影響,保障了原有的絕緣能力。每個測溫模塊均具有的ID號,MDC4智能監(jiān)控單元能自動搜索各監(jiān)測點(diǎn)的溫度。同時,配合eKey的專利設(shè)計(jì),既便是在現(xiàn)場更換備用斷路器或智能觸臂也十分快捷和方便。
2.2自供電技術(shù)
測溫模塊采用了自供電供技術(shù),不但可以解決電池供電使用壽命短、更換電池等一系列的問題,而且該方案不會對產(chǎn)品的絕緣、穩(wěn)定性帶來任何不利影響。
2.3測溫技術(shù)
目前用于開關(guān)設(shè)備的測溫技術(shù)主要有以下方法:
(a) 紅外線測溫技術(shù)
紅外線測溫技術(shù)是通過吸收紅外線輻射能量,測量出設(shè)備表面的溫度及溫度場的分布,從而判斷設(shè)備的發(fā)熱情況。只可測量在傳感器直視范圍內(nèi)的測量點(diǎn)溫度,無法適用于針對開關(guān)柜內(nèi)部的斷路器觸頭溫升的測量。
(b) 光纖傳感測溫技術(shù)
光纖傳感測溫技術(shù)是依據(jù)光纖的光時域反射(OTDR)原理以及光纖的后向喇曼散射(Raman scattering)溫度效應(yīng)。該技術(shù)組成的元件具有結(jié)構(gòu)簡單、耐腐蝕、小巧、測量靈敏度高等特點(diǎn),而且不受電磁干擾影響,但裝置成本較貴,經(jīng)濟(jì)性差。同時,通過光纖隔離存在著沿面放電問題,需要有較長的沿面爬電距離。
(c) 無線射頻測溫技術(shù)
無線射頻測溫技術(shù)的原理是通過溫度傳感器的單片微處理器控制將被測設(shè)備溫度由溫度傳感器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,再通過無線發(fā)射接收模塊傳遞至接收器,通過微處理器將采集到的溫度信息,然后上傳到后臺顯示系統(tǒng)。
MDC4采用了無線射頻測溫技術(shù),可以完全擯棄紅外線測溫技術(shù)和光纖測溫技術(shù)的不足之處,不但具有結(jié)構(gòu)簡單、小巧、成本低等特點(diǎn),而且可以適用于針對開關(guān)柜內(nèi)部的斷路器觸指溫度的直接監(jiān)測,也可以完全實(shí)現(xiàn)對移動部位進(jìn)行溫度監(jiān)測。
MDC4無線無源測溫與其他測溫技術(shù)比較
測量原理
紅外測溫
光纖傳感
無線射頻技術(shù)
2.4簡化的二次控制回路
MDC4簡化了斷路器手車位置和接地開關(guān)之間的聯(lián)鎖,減少電氣節(jié)點(diǎn),增加系統(tǒng)可靠性,便于維護(hù),并且也滿足“五防”的要求。
2.5支持便攜式無線操作
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