2022 年 8 月以来,某省遭遇历史罕见的大范围、长时间极端高温天气,连续多日出现 40℃以上高温,用电负荷持续大幅增长,保供电面临的形势十分严峻。

XX 是水电大省,水电装机占比约达 80%,因水电发电能力断崖式下降,造成全省供电支撑能力大幅下跌。四川水电日发电量大幅下降,天然来水电量由同期约 9 亿千瓦时下降至目前约 4.5 亿千瓦时,降幅达 50%,且以日均 2%的速度持续下降。供应大幅下降的同时,高温导致的用电需求却出现激增。高温之下,大家纷纷开启空调“续命”,造成降温负荷居高不下,以 x 府为例,高峰期空调用电负荷已占到成都市电力负荷的 40%至 50%。全省电力供需形势已由 7 月的高峰时期电力“紧缺”,转变为全天电力电量“双缺”的严峻局面,预计全省最大用电负荷比去年同期增加 25%。


变压器是变电站的核心设备之一,变压器是由铁芯、线圈、油箱、油枕、呼吸器、防爆管、散热器、绝缘套管、分接开关、瓦斯继电器、还有温度计等附件组成。变压器在输配电系统中占有极其重要的地位,它的主要用途是升高电压把电能送到用电地区,再把电压降低为各级使用电压,以满足用电需要。变压器是连接各种电压等级母线的中间环节,一旦发生故障,轻则会造成大面积停电,给工农业生产带来极大的危害,重则会危及整个电力系统的稳定。

变电站设备室风机及电源空开状态在线监控系统(建设背景)

根据《电力变压器运行规程》DL/T572-2021 的相关要求,当电力变压器冷却方式为强迫油循环风冷时,冷却介质最高温度不应超过 40℃,最高顶层油温不应超过 85℃。随着国家经济增长和全球气温的变化,极端高温天气日益频繁,用电负荷逐年攀升,在供电负荷和天气温度的双重影响下,变压器运行温度面临严峻挑战。某供电公司曾统计:从 2015 年至 2017 年夏季高温期间,52 台主变压器超温报警共计 158 次,集中在夏季 7-9 月,时间段主要集中在上午 10 点-下午 3 点,严重影响主变压器的安全可靠运行,并且影响设备使用寿命,增加电网运行风险。随着城区的不断扩大,高压输电网迅速扩张并深入到城市中心。当变电站室外布置时,城区征地拆迁费占比越来越重,变电站运行时给周围居民带来较大的噪声。因此,大多数城区变电站基本采用户内布置型式。在减少占地的同时,对变压器室内的通风排热提出了新的要求。根据《发电厂供暖通风与空气调节设计规范》DL∕T5035-2016 的相关要求,油浸式变压器室宜采用自然通风,当自然通风不能满足要求时,可采用机械通风。油浸式变压器室的通风可按夏季排风温度不超过 45℃,进风和排风温差不超过 15℃设计。受日益高涨的用电负荷和极端天气的影响,变压器室的散热通风不良是一个普遍存在的问题。变压器室通风风机的正常运行也变得更加重要,对通风风机的运行状态监测和远程控制也极具必要性。

变电站主变、电抗器室等设备室因室内设备在运行中会大量散热,当风机正常开启时,室内温度可控制在适当范围,以保证设备安全可靠运行。然而,设备室风机在长期运行中,因回路或风机故障等原因,易发生电源空开跳闸,风机未正常运转,但因无相应空开跳闸、风机停运等信号,无法及时发现该问题,导致室内温度在此期间快速攀升,极端情况下还会危及设备运行。尤其是迎峰度夏和迎峰度冬期间,主变满载或超载运行,负荷重,产生的热量大,屋顶风机未正常运行严重影响主变散热,导致主变油温及绕温急速上升,主变超温或过热运行会对主变绝缘和运行寿命产生较大影响,不利于主变安全运行,现阶段,因无法实时监测风机及电源运行状态,只有在运维人员到站例巡或监控人员通知变压器油温达到 70℃(强油)或 75℃(自冷、风冷)需运维人员到站特巡时,才能发现屋顶风机是否正常运转、风机空开是否跳闸等,发现及消缺已大幅滞后,因此,研发套变电站设备室风机及电源空开状态监测及远控系统亟待解决。

近年来,随着极端高温天气的不断持续,变压器本体冷却系统已无法缓减变压器温度的上升,各地均出现了利用雾炮机对变压器加强降温的临时措施。该临时措施需要人工搬运、人工补水、人工巡视、手动操作,运维压力剧增……因此,本次提出的《变电站设备室风机及电源空开状态在线监控系统方案》就很有必要了。

变电站设备室风机及电源空开状态在线监控系统的建设预期将实现:

  1. 通过控制箱、风机、雾炮机的状态监测,可及时发现设备运行异常状况,及时做出相关处置方案,避免设备室、变压器温度异常升高,影响变压器稳定运行。
  2. 雾炮机无人化改造后,实现自动控制功能、自动补水功能,最终实现无人值守、远程可控,在提高设备运行可靠性的同时降低运维压力。

变电站设备室风机及电源空开状态在线监控系统(即变电站动环监控系统)具体来说:

  1. 设备室风机、雾炮机运行情况监测。采集控制箱电源电压、接触器辅助触点、出线电流等信号,展示控制箱电源状态,展示风机、雾炮机运行状态、故障信号。
  2. 设备室环境及变压器本体运行情况监测。采集、展示设备室环境温湿度、变压器本体温度,为控制终端(风机、雾炮机)提供自动控制依据。
  3. 雾炮机无人化运行改造。完善雾炮机水箱自动补水功能;通过改造雾炮机控制箱,实现自动启停功能,最终实现无人值守自动喷雾。
  4. 物联接入。将风机控制箱、雾炮机控制箱状态信号、异常信号接入设备及通道状态监测系统和物联网管理平台;将风机、雾炮机运行状态信号、异常信号接入设备及通道状态监测系统和物联网管理平台。
  5. 动环联动运行模式研究。通过风机、雾炮机联动功能试点,研究变电站辅助设备在边缘侧的联动策略,实现辅助设备的“本地联动”“计划模式”“远程模式”的多模式应用能力。

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