午山智能化改造方案解读

1、220kV220kV午山变电站智能化改造方案午山变电站智能化改造方案山东电力集团公司青岛供电公司山东电力集团公司青岛供电公司于立涛于立涛n午山变电站午山变电站220kV系统系统为室内为室内GIS组合电器，组合电器，双母线接线方式。双母线接线方式。220kV进线进线3回，回， 220kV主变主变2台，台，220kV/35kV，容量均为，容量均为150MVA。35kV系统为室内开关柜系统为室内开关柜，单母线分段接线，接，单母线分段接线，接地方式为经小电阻接地地方式为经小电阻接地。本期。本期10回线路，回线路， 2个个电容器组，电容器组，2个站用变。个站用变。现状现状- -数字化变电站数字化变电站现

2、状现状- -数字化变电站数字化变电站n 午山数字化变电站的典型特征：午山数字化变电站的典型特征： 午山数字化变电站分层构建，分为过程层、间午山数字化变电站分层构建，分为过程层、间隔层和站控层，过程层采用了电子式互感器及隔层和站控层，过程层采用了电子式互感器及GISGIS智能控制柜等新技术，间隔层与站控层间的智能控制柜等新技术，间隔层与站控层间的通信采用通信采用IEC61850IEC61850通信规范。通信规范。山东午山山东午山220kV数字化变电站数字化变电站 全站全站220kV220kV及及35kV35kV侧均采用电子式互感器，配置南京侧均采用电子式互感器，配置南京南瑞继保电气有限公司的南瑞

3、继保电气有限公司的PCS-9250PCS-9250系列电子式电流系列电子式电流电压互感器。电压互感器。ECVTECVTECVTECVTBCAMU1MU2母差保护1线路保护1MU3MU4YYMU5MU6MU8MU7ECVTMU7MU1计量设备测控装置MU3MU5中压侧CT、PT或合并单元低压侧CT、PT变压器保护1测控装置母差保护2线路保护2MU8MU2MU4MU6变压器保护2PMU/故录PMU/故录测控装置PMU/故录中压侧CT、PT或合并单元低压侧CT、PT山东午山山东午山220kV数字化变电站数字化变电站 午山站采用了午山站采用了GISGIS智能控制装置智能控制装置（PCS-9821PCS

4、-9821），实现了对室内），实现了对室内GISGIS的的智能控制智能控制. .装置将二次测控功能与装置将二次测控功能与GISGIS就地汇控功能结合在一起，构成就地汇控功能结合在一起，构成智能开关功能，并可与间隔保护装智能开关功能，并可与间隔保护装置一起组屏安放于置一起组屏安放于GISGIS间隔旁，构成间隔旁，构成保护及智能控制柜，实现面向间隔保护及智能控制柜，实现面向间隔的保护、测控和的保护、测控和GISGIS智能控制一体化。智能控制一体化。山东午山山东午山220kV数字化变电站数字化变电站 GISGIS室内的线路间隔有室内的线路间隔有3 3面屏面屏: :- 1- 1面智能控制屏面智能控制屏

5、- 2- 2面双重化配置的保护屏面双重化配置的保护屏（每面屏含独立的（每面屏含独立的1 1套保护装套保护装置和置和1 1个合并单元）。个合并单元）。山东午山山东午山220kV数字化变电站数字化变电站 改造原则改造原则n本次智能化改造基于数字本次智能化改造基于数字化的基础，智能化改造的化的基础，智能化改造的总体思路是积极实践总体思路是积极实践智智能变电站技术导则能变电站技术导则中规中规定的智能化重点内容，实定的智能化重点内容，实现信息平台一体化、运行现信息平台一体化、运行维护智能化、实现高级应维护智能化、实现高级应用、对辅助系统进行智能用、对辅助系统进行智能化改造，充分体现智能变化改造，充分体现

6、智能变电站信息化、自动化和互电站信息化、自动化和互动化的特征。动化的特征。午山站智能化改造后的预期目标午山站智能化改造后的预期目标 在变电运行方面：通过实现智能化高级应用，如智能告警在变电运行方面：通过实现智能化高级应用，如智能告警及分析决策、顺序控制等，提高运行管理的自动化程度及分析决策、顺序控制等，提高运行管理的自动化程度，延长变电站巡视周期，减少维护工作量。变电站倒闸，延长变电站巡视周期，减少维护工作量。变电站倒闸操作时间和停电时间大大缩减，工作效率得到提升，主操作时间和停电时间大大缩减，工作效率得到提升，主要设备的使用周期得以延长。要设备的使用周期得以延长。在检修方面：系统通过配置在线

7、监测技术，及时发现一次在检修方面：系统通过配置在线监测技术，及时发现一次设备运行中的缺陷，如绝缘、泄露、油温、气体等，为设备运行中的缺陷，如绝缘、泄露、油温、气体等，为综合判定设备的检修状况提供基础数据。减少突发性事综合判定设备的检修状况提供基础数据。减少突发性事故，延长设备运行寿命，最终提高供电的可靠性、经济故，延长设备运行寿命，最终提高供电的可靠性、经济性和安全性。性和安全性。在智能设备应用方面：配置功能高度集成的智能组件，与在智能设备应用方面：配置功能高度集成的智能组件，与一次设备组成有机结合体，实现高压设备智能化。一次设备组成有机结合体，实现高压设备智能化。在运行管理方面：通过辅助设备

8、智能化改造，实现变电站在运行管理方面：通过辅助设备智能化改造，实现变电站运行环境与智能巡检的有效结合，具备变电站设备运行运行环境与智能巡检的有效结合，具备变电站设备运行温度、湿度等环境定时检测功能，实现空调、风机、加温度、湿度等环境定时检测功能，实现空调、风机、加热器的远程控制与温湿度控制器的智能联动，优化变电热器的远程控制与温湿度控制器的智能联动，优化变电站管理。站管理。午山站智能化改造后的预期目标午山站智能化改造后的预期目标n 在设计方面在设计方面: :通过建立一体化信息平台，实现各种通过建立一体化信息平台，实现各种数据包的快速高效接入、存储与检索。将在线监测数据包的快速高效接入、存储与检

9、索。将在线监测、保护、测控、通信、计量、直流辅助系统、环境、保护、测控、通信、计量、直流辅助系统、环境监测、视频、安防、环境参量等数据的模型标准化监测、视频、安防、环境参量等数据的模型标准化，保证基础数据的完整性及一致性，建立统一的全，保证基础数据的完整性及一致性，建立统一的全景数据处理平台，同时供站控层各子系统的标准化景数据处理平台，同时供站控层各子系统的标准化规范化信息访问以及主站上送。规范化信息访问以及主站上送。n 在标准化建设方面：本试点项目通过统一建模、高在标准化建设方面：本试点项目通过统一建模、高级应用、智能组件、状态监测、纯光纤式互感器、级应用、智能组件、状态监测、纯光纤式互感器

10、、辅助设备智能化、站用电源一体化设计，为智能变辅助设备智能化、站用电源一体化设计，为智能变电站的改造打下良好的标准建设基础电站的改造打下良好的标准建设基础. .智能化改造的各个主要环节智能化改造的各个主要环节n 电气一次部分：电气一次部分： （1）220kV 黄埠岭线纯光学电流互感器黄埠岭线纯光学电流互感器 （2）高压设备智能化）高压设备智能化 #1、#2变压器智能组件柜变压器智能组件柜 220kVGIS断路器智能组件柜断路器智能组件柜 （3）避雷器远传）避雷器远传 （4）变电站运行环境监控）变电站运行环境监控 （5）智能巡检系统及其巡视轨道）智能巡检系统及其巡视轨道n 电气二次部分：电气二次

11、部分： （1） 220kV 黄埠岭线纯光学电流互感器配套的二次设备黄埠岭线纯光学电流互感器配套的二次设备 （2）新后台监控系统高级应用功能）新后台监控系统高级应用功能 （3）智能变电站一体化平台系统）智能变电站一体化平台系统 （4）#1#2变压器的高压断路器选相分合闸变压器的高压断路器选相分合闸 （5）一体化电源）一体化电源 220kV 黄埠岭线纯光学电流互感器黄埠岭线纯光学电流互感器n经向阿海珐、许继经向阿海珐、许继、南瑞航天、南瑞、南瑞航天、南瑞继保等多家厂家调继保等多家厂家调研，本着不改动研，本着不改动GIS本体的原则，挂网本体的原则，挂网光互感器采用在光互感器采用在GIS出线套管底部缠

12、绕出线套管底部缠绕的方案。的方案。高压设备智能化高压设备智能化n 本期改造范围为变压器、断路器及避雷器。本期改造范围为变压器、断路器及避雷器。n 智能设备有以下三种主要实现方式：智能设备有以下三种主要实现方式：（1）一次设备机构）一次设备机构+智能单元智能单元+监测单元；监测单元；（2）一次设备机构）一次设备机构+集成智能组件（智能单元兼监测集成智能组件（智能单元兼监测单元）；单元）；（3）一次设备机构本体内嵌集成智能组件（智能单元）一次设备机构本体内嵌集成智能组件（智能单元和监测单元）。和监测单元）。n 本工程为智能变电站改造试点工程，技术上既要适本工程为智能变电站改造试点工程，技术上既要适

13、当超前又要具有可行性，因此采用集成智能组件实当超前又要具有可行性，因此采用集成智能组件实现一次设备的智能化。现一次设备的智能化。高压设备智能化高压设备智能化n对于本工程变压器、对于本工程变压器、GIS智能组智能组件测量、控制部分改造的原则为件测量、控制部分改造的原则为：采用本期改造后的控制功能，：采用本期改造后的控制功能，取消原有控制；原有测量改接入取消原有控制；原有测量改接入新的智能组件，没有的测量参数新的智能组件，没有的测量参数新配置传感器。智能组件采取新配置传感器。智能组件采取1+1模式，即保护独立于智能组模式，即保护独立于智能组件。件。主变压器智能化改造方案主变压器智能化改造方案 n

14、每台主变压器就地安装智能柜二每台主变压器就地安装智能柜二面，智能柜一安装主变压器油中面，智能柜一安装主变压器油中气体监测、铁心接地电流监测、气体监测、铁心接地电流监测、套管电容、介质损耗监测等智能套管电容、介质损耗监测等智能电子装置（电子装置（IED）；智能柜二安）；智能柜二安装集合了主变压器测量、控制、装集合了主变压器测量、控制、非电量功能的综合智能组件。两非电量功能的综合智能组件。两面柜通过光纤连接，通过站内原面柜通过光纤连接，通过站内原有双光纤环网接入站内一体化平有双光纤环网接入站内一体化平台。台。主变压器智能化改造测量项目表序号测量参量采样方法应用技术要求接入形式1主油箱油面温度Pt1

15、00过热、冷却装置异常1(不确定度)本体端子箱2气体继电器节点信息气体继电器轻瓦斯气体继电器重瓦斯内部严重放电、短路0差错本体端子箱3压力释放器状态信号继电器内部严重放电、短路0差错本体端子箱4主油箱油位油位计上限、下限1cm(不确定度)新增远传油位计5分接开关油箱油位油位计上限、下限1cm(不确定度)新增远传油位计6风扇电机电流、电压电流、电压传感器风扇及风扇电机状态1.5%(不确定度)主变本体散热器7油流继电器信号继电器油泵异常指示0差错主油路8有载分接开关电源电压电压传感器操动电源状态1.5%(不确定度)有载调压操作箱9有载分接开关切换次数继电器机械寿命0误差有载调压操作箱10有载分接开

16、关当前分接位置继电器状态量0差错有载调压操作箱11各侧负荷电流及中性点电流小电流传感器保护、状态感知符合设计要求本体端子箱 220kV午山变电站主变压器智能化改造控制项目表午山变电站主变压器智能化改造控制项目表序号智能化项目技术要求接入形式1冷却系统对已运行变压器，可由控制器就地自主控制，亦可由智能组件通过控制器控制。主变本体风扇2有载分接开关对已运行变压器，可由控制器就地自主控制，亦可由智能组件通过控制器控制。有载调压操作箱220kV午山变电站变压器智能化改造监测项目表午山变电站变压器智能化改造监测项目表序号监测项目技术要求安装形式1油中溶解气体酌情选择电化学法、色谱法、光谱法等技术，满足智

17、能组件状态可视化的基本要求。就地安装离线式油中气体监测装置，主变本体取油口取样。2油中含水量3气体聚集量（轻瓦斯）10ml（不确定度）4铁心接地电流2.5%（不确定度）穿心CT5电容式套管电容量0.5%（不确定度）套管末屏取信号6套管介质损耗因数0.001（不确定度）套管末屏取信号7局放500pc10000pc铁芯接地主变压器智能化改造方案主变压器智能化改造方案 220kVGIS改造方案n 午山变电站220kV配电装置测量、控制、保护装置仍布置于原有保护柜、智能汇控柜内，本期改造的间隔设置智能组件柜一面，柜内安装断路器监测、SF6监测、避雷器监测智能组件。n 220kV配电装置智能化改造监测项

18、目配电装置智能化改造监测项目序号监测项目技术要求采样方法安装形式1断路器分合闸线圈电流波形分合闸线圈电流波形允许测量不确定度为1.5%（幅值）、1ms（时间）；分合闸时间允许测量不确定度为1ms。电流互感器智能汇控柜内控制回路安装2断路器分合闸时间位移传感器就地操作机构箱内安装3断路器储能电机工作状态断路器储能电机工作参量包括电机电流、电压、工作时间，允许不确定度分别为1.5%、1.5%和5s/24h；对于液压机构，还应统计储能电机的启动次数/24h、累计工作时间/24h等。行程开关电源回路安装4SF6密度-0.10.9MPa；精度0.30.7MPa时1.5级，其余2.5级继电器原有SF6密度

19、继电器5SF6微水501000ppm；测量精度7.3ppm9.2%（读数）ppm继电器加装SF6微水继电器6工频泄漏电流实时监测泄漏电流传感器原有设备加装传感器7动作次数记录动作次数继电器加装继电器 避雷器远传避雷器远传n避雷器改造方案为对避雷器工避雷器改造方案为对避雷器工频泄露电流检测及动作次数实频泄露电流检测及动作次数实现远传，分别接入各自间隔的现远传，分别接入各自间隔的智能组件。智能组件。n实施方案为安装氧化锌避雷器实施方案为安装氧化锌避雷器在线监测报警远传系统在线监测报警远传系统 变电站运行环境监测系统变电站运行环境智能监控系统变电站运行环境智能监控系统安全防护安全防护环境监控及控制环

20、境监控及控制消防消防图像监控图像监控门禁红外对射温度湿度浸水空调控制灯光控制风机控制烟雾明火检测相关设备控制现场图像远程控制、告警联动录像、画面切换NSS一体化信息平台一体化信息平台电缆温度检测电缆温度检测电缆夹层电缆温度实时监测变电站运行环境监测系统n 1、安全防护子系统：阻止非法闯入，遇到警情立即告警。n 门禁：身份确认，禁止无卡人员进入；n 2、环境监控子系统：主要监视变电站的环境温度、湿度，以及浸水情况，必要的时候可以远程启停空调及风机等设备。n 3、电缆温度监测子系统：主要监视电缆夹层中的电缆温度，当发现温度超过警戒值时立即告警，预防事故的发生。n 4、消防子系统：在重要的场合设置烟

21、雾传感器，将传感器的信号接入到监控系统中，一旦出现警情，系统自动告警。n 5、图像监控子系统：主要将变电站现场的各种设备运行情况、现场环境情况通过远程图像直观的显示出来，确保变电站的安全运行,并与灯光进行联动。智能巡检机器人n 智能巡检机器人系统，包含移动站系统和基站系统。移动站系统以四轮小车为载体，在巡视路线上铺设磁条进行导航，基站系统组屏安装，放在220kV生产综合楼继电器室内，数据经过基站系统的分析处理后，通过智能接口机，接入NSS一体化信息平台。n 在户外220kV出线侧新建2.4m*1.2m机器人充电室一间，提供220V电源，作为机器人移动站系统的充电点和待机停靠点。n 巡视内容 智

22、能机器人携带红外监测和可见光监测设备，负责监测主变区、220kV进出线等区域所有设备本体及接头的发热、外观异常（破损、异物、油污等）、刀闸分合状态、仪表读数等。智能巡检机器人n 导航方式 虽然磁导航的施工工作量较大，路线扩展不方便，但它具有极高的可靠性、抗电磁干扰能力和室外环境适应性，因此，从实用性角度，本站智能机器人采用磁导航RFID的导航定位方式。220kV 黄埠岭线纯光学电流互感器配套黄埠岭线纯光学电流互感器配套的二次设备的二次设备监控系统后台高级应用方案 目前午山变电站告警信息的分层分类、顺序控制有了一定的应用和尝试，但变电站高级应用的智能化程度还不够，仍需对变电站内数据进一步的挖掘、

23、分析，以实现智能告警、事故综合分析决策等高级应用功能。根据青岛午山变电站的系统情况，增加一台NSS201子站控制器设备和一台NSS100当地监控设备，两台设备均统一采用一体化信息平台，互为冗余备用实施以下的主要高级应用如下： 顺控控制; 智能告警及分析决策; 设备位置状态可视化; 网络记录分析系统。智能变电站网络结构智能变电站网络结构智能变电站一体化平台设计方案n 本期改造工程实现集SCADA、通信、保护信息管理、在线监测等信息于一体的信息平台，并在一体化信息平台的基础上，构建当地监控系统，实现顺序控制、设备状态可视化、智能告警及分析决策等高级应用。n 改造规模为保持现有午山站当地监控后台设备

24、不变，另外增加两台一体化信息平台设备，接入站内间隔层智能设备，实现智能化应用。接入的智能设备包括在线监测系统、变电站运行环境监控系统、一体化站用电源系统、变电站智能巡检系统等。n 根据电力二次系统安全防护的相关要求，本站二次系统进行如下安全分区：将监控系统、五防系统、继电保护、一体化站用电源系统置于控制区；将故障录波装置、电能量远方终端置于非控制区；将在线监测系统、变电站运行环境监控系统、变电站智能巡检系统置于管理信息大区。断路器选相分合闸技术应用n通过一定的手段使断路器动、静触头在系统通过一定的手段使断路器动、静触头在系统电压波形的指定相角处分合，使得空载变压电压波形的指定相角处分合，使得空

25、载变压器、电容器组等电力设备在对自身和系统冲器、电容器组等电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投切入电力系统。击最小的情况下投切入电力系统。断路器选相分合闸技术应用 本期智能改造在#1、#2主变220kV侧分别安装断路器选相分合闸装置一台，安装在GIS主变间隔断路器智能汇控柜内。断路器选相分合闸装置的电流信号取自主变220kV侧GIS的常规互感器；电压信号取自母线电压互感器的计量绕组，为模拟量回路。一体化电源及在线监测系统n 一体化电源集成系统在电气方面主要由直流系统，交流系统,逆变电源系统,通信电源系统四个分系统组成。n 一体化电源系统在功能上由各种模块组成，包括：（1）一体化监控模块。

26、（2）交流分系统。 （3）直流分系统。 （4）逆变电源分系统。（5）通信电源分系统。 设备改造停电计划设备改造停电计划n 1）间隔层停电时间）间隔层停电时间 两个主变本体及两个主变本体及220kV试点间隔的智能组件设备信号对点及试点间隔的智能组件设备信号对点及试验需要按每间隔停电试验需要按每间隔停电2天进行。天进行。n 2）在线监测系统停电时间）在线监测系统停电时间 每个各间隔安装断路器状态监测传感器（包含每个各间隔安装断路器状态监测传感器（包含SF6气密及微气密及微水监测）、避雷器监测传感器装置时需停电水监测）、避雷器监测传感器装置时需停电1天，各间隔分天，各间隔分步停电进行，步停电进行，6

27、个间隔小计停电个间隔小计停电6天。每台主变套管监测安天。每台主变套管监测安装套管监测传感器时需停电装套管监测传感器时需停电1天，主变区小计停电天，主变区小计停电2天。局天。局部放电、红外热像、油气含量监测传感器安装时无需停电部放电、红外热像、油气含量监测传感器安装时无需停电即可安装。各类监测即可安装。各类监测IED、智能组件安装无需停电。、智能组件安装无需停电。n 3）站控层停电要求）站控层停电要求 站控层系统主要是基于一体化信息平台的当地后台和子站站控层系统主要是基于一体化信息平台的当地后台和子站控制器，两者互为备用。系统数据建模应在工厂调试时完控制器，两者互为备用。系统数据建模应在工厂调试

28、时完成，与其它系统如环境检测、智能巡检等接口数据及接口成，与其它系统如环境检测、智能巡检等接口数据及接口功能调试也应在工厂调试时完成，现场调试主要是现场实功能调试也应在工厂调试时完成，现场调试主要是现场实际信号对点，该项工作应结合间隔层智能组件与在线监测际信号对点，该项工作应结合间隔层智能组件与在线监测系统的停电计划进行，不需要单独停电。系统的停电计划进行，不需要单独停电。智能化改造需要注意的问题智能化改造需要注意的问题1、220kV午山变改造工程主要涉及一次设备与辅助设午山变改造工程主要涉及一次设备与辅助设备智能化、智能巡视与智能检测、信息一体化及程备智能化、智能巡视与智能检测、信息一体化及

29、程序化操作等高级应用功能等。改造覆盖面大，涉及序化操作等高级应用功能等。改造覆盖面大，涉及设备多。必须制定相应的实施方案和技术措施。设备多。必须制定相应的实施方案和技术措施。2、改造设备（包括改造的辅助设备）的投运，应由相、改造设备（包括改造的辅助设备）的投运，应由相关部门制定启动方案，并严格按照相应方案进行。关部门制定启动方案，并严格按照相应方案进行。3、智能变电站信息量很大，主要增加了四个模块的信、智能变电站信息量很大，主要增加了四个模块的信息：一次设备状态监测、变电站运行环境监测、一息：一次设备状态监测、变电站运行环境监测、一体化电源的监控、智能巡检机器人检测。该四个模体化电源的监控、智能巡检机器人检测。该四个模块的信息发送至公司哪个部门还需要进一步明确责块的信息发送至公司哪个部门还需