变电站数字化改造.doc

上海希明電氣技術有限公司 一月 25, 2020变电站数字化改造-介绍一种面向未来的解决方案就在2008年初，上海超高压输变电公司的领导根据发展的需要提出了所谓“大集控”的设想，这种大集控的概念，就是一种变电站管理扁平化的概念。是一个了不起的创新。其终极成果就在于更少的人管更多的站。而变电站设备数字化则为这种可能性提供了依据。数字化变电站已由梦想变成真实，并且预示着未来。数字化的一次变电设备将在510年后成为新建变电站的主流产品，从而取代传统设备。但是毛主席说：“一万年太久，只争朝夕。”在当下因为要大集控，我们需要的是一种承前启后的解决方案，而这个方案我把它称之为变电站的数字化改造。在国内，还没有供应商在做变电站数字化改造的研究。而都在研究数字化变电站的实现，热衷于新建一个数字化变电站，鉴于全球数字化变电设备的CT、PT、断路器等尚未形成成熟可靠的产品，所以只是在高压变电站试验，至今尚未能用于超高压。而不同的情形发生在了发达国家，特别是在美国。因为他们已经很少再造新的变电站，所以他们更加注重于老站的数字化改造。这里我愿意重点介绍一下GE公司为美国电力公司在俄亥俄州的一个342KV变电站进行数字化改造的成功案例，希望这种解决方案也适用于超高压公司。这里，我要介绍的是该方案的核心元件。它有几种叫法，1.叫做HardFiber，意为硬核光导，2.叫做IEC61850现场过程总线，3俗称“Brick”砖块的意思。我给它起了一个中文名字叫“魔砖”，因为它的确有些神奇。我们从它的这么多名字中就可以明白，它实际上是一种IT设备。它可以做如下的事情1.模数转换，2.控制编码，3.遵循IEC61850-9-2和8-1。它之所以被称作“Brick”是因为它不但看上去就像块砖头，而且和砖头一样经得起日晒雨淋。（IP66的防护等级）它的输入/输出是双向的，一方面就地采集了所有一次设备的信息，由一根细长的单芯光缆连接到控制室的保护、控制及计量等二次设备。另一方面还可以通过这根光缆把来自控制室的控制信号和同步信息送到“魔砖”。实现控制功能。其实，只要把这块“魔砖”安装在“开关/流变端子箱”外边，从此这些一次设备就被数字化了。（见图）详细的技术说明见附件。下面我再占用一些篇幅说一下“魔砖”的功能：1.它通过光缆供电，可以是交流也可以是直流220 ( V )或110 ( V )。2.两组交流（ABC三相及零相，可以是8个电流输入，也可以是4电流和四电压）输入，四个完全独立的数字核输出。即所有输入可分别供四个用户共享。我们可以把它理解为CT/PT次级的扩展功能。输入的交流量，可以是来自传统CT/PT，也可以是电子式的EPT/ECT，或光学的OCT/OPT。这样的考量主要是本着面向未来的原则。3.直流输入既考虑了开关量也考虑了模拟量。模拟量可以接入非电气量变送器输出（如压力、温度等），开关量共有18个量，模拟量共有3个。4.直流输出有4个固态继电器。另外还有2个C型继电器和1个双位置继电器。5.典型配置考虑了双母线加旁路或一个半开关结线的双重化冗余配置。其实很简单，这样一来，我们传统的一次设备就实现了数字化。下面再分析一下这种改造方案的几大优点。第一点：改造速度快！以一个220KV线路间隔为例，设备停电一天即可以完成改造。系统由于停电方式带来的风险几乎可以不考虑。第二点：改造后的保护 和二次回路可以免维护。（其实也省去了二次操作）因为二次回路由原来的接线保证方式，改成了通信保证方式。不存在二次回路常见的接触和绝缘隐患。第三点：改造后，由于CT/PT的二次负载减小，从而提高了保护、测量及计量的精度。第四点：改造后，由于在开关现场就将大电流、高电压转换成了数字量，从而提高了二次回路人员工作的安全性。第五点：设计简化图纸简单。图纸量为传统设计的二十分之一。极易管理。第六点：大量节约了材料和空间（十分之一）。最后，我比较一下传统二次回路改造和数字化改造的全周期成本（LCC） 非数字化与数字化保护改造方案的LCC分析比较（以常规改造与数字化改造比较），以一条220KV线路保护改造（单侧双重化）作为命题讨论分析。一般所考虑的一条220KV线路的寿命（这里特指二次设备和保护）为0 年,，以净现金流N PV为比较依据,主要从成本方面进行考虑:全寿命周期成本计算公式LCC = CI + CO + CM + CF + CD 式中LCC全寿命周期成本( life cycle cost) ;CI投入成本，包括设计成本、采购成本、施工成本( investment costs) ;CO运行成本，包括操作成本、管理成本、耗电成本、(operation costs)CM 维护成本，包括定期检验成本和备品备件(maintenance costs) ;CF故障成本,亦称惩罚成本包括停电成本、不正确动作成本和缺陷处理成本(outage or failure costs) ;CD废弃成本包括拆除及回收成本( disposal costs) 。1.投入成本中的解释1.1设计成本: 尽管数字化设备的二次设计出图量仅是常规设计的十分之一,但是由于现行设计费用是根据总造价的百分比来收取的,所以如果造价相似,设计费也不会有变化.1.2采购成本是指设备的采购成本。实际上数字化的二次是一次设备的一部分,而常规的二次除保护装置以外,其它的都不算设备。1.3施工成本是指支付给施工承包商的全部费用,其中包括直接费和间接费利润等,其中直接费用主要由材料和人工等组成.2.运行成本中的解释2.1操作成本是指改变回路运行状态所发生的人工成本,一般一条220kv线路由运行改成检修状态的操作成本包括六个人工加二个车辆台班大约为一万到一万五千元。2.2管理成本是指设备巡视和图纸核对这二项每年一个220kv回路二次约需二个人工折合费用约二千元。2.3耗电成本由二次压降带来的间接成本（以一个220kv路为抵消计量所增加的网损费用约为5到6万元。）和冬雨季用于加热和干燥的电费（用于加热4kw4个月合电量424304=11520kwh）。3.维护成本：定期检验以4年一个周期，常规约合3.7万元/回路。4.故障成本解释4.1停电成本包括由于停电造成运行方式改变带来的风险成本，操作成本，及网损约10万元/次。4.2不正确动作及处缺成本。前者可不计入比较，后者发生的概率约二年一次，平均一个车辆台班二个人工，每次成本约一万元。5.根据规定拆除成本为安装成本的70%。综上所述：结论详见下表 单位万元（RMB） 常规费用数字化改造费用1.投入成本（CI）1.1设计成本11.51.2采购成本2801.3施工成本501.52.运行成本（CO）2.1操作成本*10（NPV(8%,30000,4)）52.2管理成本*2.6(NPV(5%,2000,20)0.22.3耗电成本*80(NPV(5%,62000,20)*14(NPV(5%,11000,20)3.维护成本（CM）*12(NPV(8%,37000,4)14.故障成本（CF）4.1停电成本*33(NPV(8%,100,000,4)*9.25(NPV(8%,10,000,1)4.2处缺成本*6.7*0.925.拆除成本（CD）*32.4*9.7LCC229.70123.07注：其中*为净现值。上述总计可节约成本100万元左右，通过上述分析，可以认为，保护回路进行数字化改造，不仅有利于变电