【節(jié)能學(xué)院】智能配電系統(tǒng)監(jiān)控解決方案在長白山機場配電工程的研究與應(yīng)用

摘要：現(xiàn)如今各領(lǐng)域不斷的進步，促進電力電網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對電力系統(tǒng)運行的安全性以及穩(wěn)定性的要求越來越高，本文提到的智能配電系統(tǒng)監(jiān)控整體解決方案能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的運行起到保護作用。本文針對大型機場供配電系統(tǒng)特點及供配電系統(tǒng)高可靠性的要求，提出了保護類、監(jiān)測類產(chǎn)品解決方案，包括微機保護裝置、電氣接點溫度在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置和機場智能配電電力監(jiān)控系統(tǒng)等。本文介紹的AM5SE系列微機保護裝置，可以針對長白山機場配電工程中不同保護對象提供對應(yīng)的保護功能，并且通過電力監(jiān)控系統(tǒng)采集相關(guān)遙測、遙信數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，能大大提高變電站運行的可靠性、安全性、提高供電質(zhì)量，有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化，實現(xiàn)無人或少人值班。

關(guān)鍵詞：大型機場；可靠性；微機保護；接點溫度監(jiān)測；電能質(zhì)量監(jiān)測；弧光保護；智能配電電力監(jiān)控。

0項目概述

長白山機場位于中國吉林省白山市撫松縣松江河鎮(zhèn)長白山保護開發(fā)區(qū)池西區(qū)，西北距撫松縣縣城15.5千米，東距長白山天池37千米，西距白山市中心99千米，為4D級森林旅游支線機場。2006年7月10日，長白山機場開工建設(shè)；2008年8月3日，長白山機場建成通航；2018年4月，長白山機場二期改擴建工程開工。

本項目為長白山機場的二期擴建改造工程，包括機場中心變電站擴建、變配電工藝、場內(nèi)供電、航站區(qū)停車場及道路照明等內(nèi)容。中心變電站新設(shè)32臺10kV高壓開關(guān)柜（現(xiàn)有高壓開關(guān)柜搬遷至車庫變電所），更換高壓柜直流操作電源，高壓系統(tǒng)運行方式為：高壓側(cè)為單母線分段，母聯(lián)開關(guān)手動操作。兩路高壓市電進線開關(guān)與一路母聯(lián)開關(guān)之間設(shè)電氣聯(lián)鎖，同時只有兩個開關(guān)處于合閘位置。低壓側(cè)為單母線分段，母聯(lián)開關(guān)自動投切。中心變電站現(xiàn)有一套供電系統(tǒng)，改造為包括機場飛行區(qū)助航燈光、航管樓、供水站、消防站等負荷供電，總負荷容量為825kW。擬利舊兩臺1000kVA干式變壓器，對部分低壓配電柜回路負荷調(diào)整，低壓配電柜利舊3面、更換開關(guān)4面、新增3面。本供電系統(tǒng)中，油機供電的負荷容量增加至530kW，擬將現(xiàn)有一臺240kW油機更換為600kW油機。系統(tǒng)運行方式不變，即兩臺變壓器同時運行且互為備用，當市電失電后油機自動投入，要求油機從市電斷電開始、到油機恢復(fù)對末端設(shè)備供電的時間不大于15s，油機為自投不自復(fù)。增加一套供電系統(tǒng)，為機場航站區(qū)其他負荷供電，總負荷容量為648kW。10kV新設(shè)兩臺800kVA干式變壓器、9面低壓配電柜。系統(tǒng)運行方式為：兩臺變壓器同時運行，單母線分段。當其中一臺變壓器因故退出后，母聯(lián)開關(guān)合閘，由另一臺變壓器帶全部負荷。

1項目需求

為滿足智能配電監(jiān)控的要求，本次中心變電站新建要求在高壓柜裝設(shè)微機保護裝置和弧光保護裝置，其中微機保護要求如下：進線柜設(shè)三段過流及速斷保護，變壓器柜設(shè)帶時限的過電流保護、電流速斷保護、變壓器溫度保護等；弧光保護要求在每面高壓柜母線室裝設(shè)弧光探頭，由弧光保護擴展單元采集弧光探頭數(shù)據(jù)至弧光保護主控單元。

本次變電所建設(shè)還要求每面高壓柜需裝設(shè)智能操控裝置，帶電氣接點無線測溫功能，監(jiān)測斷路器上觸頭、斷路器下觸頭、母排與電纜出線搭接頭等接點處的溫度；為了能提高機場配電的供電質(zhì)量，在10kV總進線柜裝設(shè)電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，實時監(jiān)測供電電壓的穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)和暫態(tài)數(shù)據(jù)。

針對上述要求，配置對應(yīng)的產(chǎn)品型號及功能如下：

產(chǎn)品圖片	型號	主要功能
	AM5SE-F 線路保護裝置	三段式過流保護（可經(jīng)低壓閉鎖，可帶方向）、反時限過流保護（可經(jīng)低壓閉鎖）、兩段式零序I01過流/反時限過流保護、兩段式零序I02過流/反時限過流保護、重合閘、后加速過流保護（可經(jīng)低壓閉鎖）、過負荷告警、過負荷跳閘、失壓跳閘、失壓告警、過電壓保護、零序過壓保護、逆功率保護、低頻減載/高頻保護（可經(jīng)滑差閉鎖）、PT斷線告警、控制回路斷線告警、FC回路配合的過流閉鎖功能、非電量保護、檢同期。
	AM5SE-T 變壓器保護裝置	三段式過電流保護（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖） 、反時限過流保護（可經(jīng)復(fù)合電壓閉鎖）、兩段式零序I01過流保護、兩段式零序I02過流保護、零序反時限過流保護、過負荷告警、過負荷跳閘、PT斷線告警、控制回路斷線告警、非電量保護。
	AM5SE-UB PT并列及監(jiān)測裝置	I母PT投入、II母PT投入、PT自動并列解列、PT遙控并列解列、I母PT低電壓告警、I母PT過電壓告警、I母PT零序過壓告警、I母PT斷線告警、II母PT低電壓告警、II母PT過電壓告警、II母PT零序過壓告警。
	APQM-E 電能質(zhì)量監(jiān)測裝置	暫態(tài)數(shù)據(jù)（電壓暫降、電壓暫升、短時中斷、沖擊電流等） 穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)（電流、電壓、功率；基波；電壓偏差；頻率偏差；短閃變、長閃變；電壓波動等）。
	ASD320 智能操控裝置	一次回路模擬圖動態(tài)指示；帶電顯示及自檢/核相；兩路獨立溫濕度測量與控制；開關(guān)觸頭、電纜搭接頭溫度測量功能；斷路器分合次數(shù)計數(shù)；語音防誤提示；分/合閘、遠方/就地轉(zhuǎn)換開關(guān)；分合閘回路完好指示；分合閘回路電壓測量；預(yù)分預(yù)合閃光指示功能；人體感應(yīng)自動照明控制。
	ATE200 無線測溫傳感器	溫度監(jiān)測
	ARB5-M 弧光保護主控單元	8組弧光保護、4組失靈保護、4組電流回路TA監(jiān)測、4組三相電流采集、11路可編程跳閘出口、非電量保護、裝置故障告警；2路RS485、2路以太網(wǎng)、1路打印接口、1路IRIG-B碼對時接口。
	ARB5-E 弧光保護擴展單元	弧光信號采集 模擬狀態(tài)傳輸 配合ARB5-M主控單元使用
	ARB5-S 弧光探頭	弧光信號監(jiān)測

2系統(tǒng)方案

本工程10kV配電工程中心變電站上圖方案如下：

圖110kV中心變電站上圖方案（一）

圖2 10kV中心變電站上圖方案（二）

圖3 10kV中心變電站上圖方案（三）

整個10kV中心變電站所設(shè)產(chǎn)品型號與數(shù)量如下：

上述變電所共配置27臺AM5SE系列微機保護裝置，32臺ASD320智能操控?zé)o線測溫一體裝置，2臺APQM-E電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，1臺弧光保護主控單元ARB5-M，1臺弧光保護擴展單元ARB5-E，32個ARB5-S弧光探頭。

3系統(tǒng)需求

為實時監(jiān)視整個配電室的運行以及數(shù)據(jù)采集，該項目配置一套Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)，主要實現(xiàn)對10kV中心變電站的用電監(jiān)控與管理。

Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能如下：

實時監(jiān)測：

以配電一次圖的形式直觀顯示配電線路的運行狀態(tài)，可以實時監(jiān)測各回路電壓、電流、功率、功率因數(shù)等電參數(shù)信息，動態(tài)監(jiān)視各配電回路斷路器、隔離開關(guān)、地刀等合、分閘狀態(tài)。

圖4 10kV高壓柜配電監(jiān)測界面

電參量查詢：

在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細電參量，包括三相電流、三相電壓、總有功功率、總無功功率、總功率因數(shù)、正向有功電能等。

運行報表：

查詢各回路或設(shè)備指定時間的運行參數(shù)，報表中顯示電參量信息應(yīng)包括：各相電流、三相電壓、總功率因數(shù)、總有功功率、總無功功率、正向有功電能等，報表格式有日報表、月報表、年報表等。

實時告警：能夠?qū)ε潆娀芈窋嗦菲鳌⒏綦x開關(guān)、接地刀分、合動作等遙信變位，保護動作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

歷史事件查詢：

能夠?qū)b信變位，保護動作、事故跳閘，以及電壓、電流、功率、功率因數(shù)越限等事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報警信息進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

故障錄波：

能夠在系統(tǒng)發(fā)生故障時，自動準確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況，通過對這些電氣量的分析、比較，對分析處理事故、判斷保護是否正確動作、提高電力系統(tǒng)安全運行水平有著重要作用。

事故追憶：

能夠自動記錄事故時刻前后一段時間的所有實時穩(wěn)態(tài)信息，包括開關(guān)位置、 保護動作狀態(tài)、遙測量等，形成事故分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

曲線查詢：

能夠查詢實時曲線和歷史曲線，包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等所有遙測量。

圖5 實時曲線顯示界面

用戶權(quán)限管理：

設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）。系統(tǒng)可以定義不同操作權(quán)限的權(quán)限組（如管理員組、工程師組、操作員組等），在每個權(quán)限組里分配不同用戶，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

網(wǎng)絡(luò)拓撲圖：

支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；可在線診斷設(shè)備通訊狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。

圖6 網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

遙控功能：

根據(jù)電力規(guī)程要求，可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進行遠程遙控操作。

通信管理：

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備通信情況進行管理、控制、數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

4現(xiàn)場安裝照片

本項目微機保護裝置、智能操控裝置、電能質(zhì)量監(jiān)測裝置、弧光保護主控單元就地分散安裝在各個高壓開關(guān)柜上，無線測溫傳感器安裝于斷路器上觸頭、斷路器下觸頭、母排與電纜出線搭接頭上，弧光探頭安裝于母線室，現(xiàn)場照片如下：

圖7安科瑞智能配電監(jiān)控產(chǎn)品在10kV中心變電站配電工程現(xiàn)場安裝圖片

5結(jié)束語

智能配電監(jiān)控保護類、監(jiān)測類產(chǎn)品解決方案對于供配電系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用，尤其是微機保護裝置在電力系統(tǒng)中具有舉足輕重的地位，它能夠反應(yīng)設(shè)備的故障和不正常工作狀態(tài)并自動迅速地、有選擇性地動作于斷路器將故障設(shè)備從系統(tǒng)中切除，保證無故障設(shè)備繼續(xù)正常運行，將事故限制在很小范圍，提高系統(tǒng)運行的可靠性，很大限度地保證向用戶安全、連續(xù)供電。本文介紹的AM5SE系列微機保護裝置、電氣接點溫度在線監(jiān)測裝置、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置和Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)等，可以針對長白山機場配電工程中不同保護對象提供對應(yīng)的保護功能和監(jiān)測功能，并且通過電力監(jiān)控系統(tǒng)采集相關(guān)遙測、遙信數(shù)據(jù)進行監(jiān)控，能大大提高變電站運行的可靠性、安全性、提高供電質(zhì)量，有利于實現(xiàn)變電站綜合自動化，實現(xiàn)無人或少人值班。

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THE END