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調度自動化系統高級應用軟件在大港油田電網中的應用

本文對調度自動化系統高級應用軟件在大港油田電網中的應用情況進行了介紹,描述了軟件數據庫采用銘牌值設置參數的具體方法,重點詳述了參數的收集及計算方法。同時,對使用中遇到的問題進行了分析,并總結了使用經驗。

中國石油大港油田電力公司 張曉莉

大港油田電網是110 kV、35 kV電壓等級電網,共有45個變電站,其中110 kV站9個。在用的調度自動化系統是南京南瑞繼保電氣有限公司生產的PCS-9000 EMS調度自動化系統,適用于調度集控無人值守模式。在調度自動化系統高級應用軟件(PAS)的使用方面,應用的主要功能是狀態估計和調度員潮流。狀態估計主要用于檢查錯誤遙信、遙測,計算結果為自動化維護人員使用;調度員潮流主要用于預測有功潮流,幫助調度員預測電網運行方式改變后潮流的變化情況。

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1 油田電網調度自動化系統高級應用軟件使用情況

1.1 狀態估計的應用

根據油田電網的實際情況劃分了12個電氣島,人工排除非綜合自動化站、負荷輕(容易被誤判)的變電站11個。

遙信和遙測預處理總表、可疑數據和不合格量測表是維護人員需要經常瀏覽的畫面。通過定期監視畫面可以觀察錯誤的遙信和遙測。主要內容包括遙信、遙測、有功不平衡、無功不平衡、并列母線誤差大、檔位電壓不匹配和PQI不匹配等信息。以下情況是狀態估計在油田電網運行中發現的典型問題:

1)狀態估計報東某變電站201有功功率P數值為0,工作人員去現場重啟201測控裝置后正常。

2)狀態估計報某平臺變電站35 kV Ⅴ母線電壓為0。檢查運行方式為母線并列運行,Ⅳ母線電壓遙測正常,Ⅴ母線電壓量測出現異常。

3)狀態估計報王某變電站2#主變壓器6 kV側無功功率為0。當時2#變壓器6 kV側電流為189 A,有功2.04 MW,無功遙測異常。

4)狀態估計報某變電站6 kV出線開關-2刀開關位置錯。檢查6 kV出線開關合位,線路有負荷,刀開關位置與實際運行狀況不符。

5)狀態估計報烏某變電站1#變6 kV側 IPQ不匹配,檢查PQ值過小,有功僅0.01 MW,與電流37 A明顯不符。

由上述內容可以看出,狀態估計能比較準確地定位錯誤遙信和問題遙測,在保障電網安全運行方面能夠發揮一定作用。

1.2 調度員潮流的應用

油田電網調度員潮流計算軟件經過兩年多的反復調試,在參數準確、軟件系統穩定的情況下,可以預測區域電網有功潮流變化。目前,在油區北部、中部電網初步實現潮流預測功能。潮流計算數據中有功功率接近實際數值,誤差小于5 %。下表為油田某35 kV變電站兩條進線改變運行方式時,潮流計算值和實際值的對比。其中“-”表示潮流方向為流入母線方向。

潮流軟件的應用可以改變調度員憑經驗預測潮流變化的現狀,提高調度工作的科技水平。還可以應用于按需量繳費的變電站,對電源進線進行有功潮流預測,幫助調度員及時調整運行方式。

2 調度自動化系統PAS參數的收集與計算

狀態估計計算結果是否準確,很大程度上取決于參數庫錄入的參數是否準確,電網模型是否完整,與實際運行情況是否相符。調度員潮流的計算是以狀態估計為基礎進行的,它讀取的是狀態估計斷面,因此潮流計算也依賴于準確的參數庫。在高級應用軟件中,需要錄入數據庫的參數主要包括主變壓器、線路和電容器等。

2.1 參數的查找與錄入

與SCADA對應邏輯庫、物理庫相似,狀態估計對應Rtnet庫。在參數庫中,錄入的參數包括變壓器、線路、電容電抗器和發電機。輸入方式包括銘牌值輸入、標幺值輸入和有名值輸入。經過對幾種錄入方式比較,針對大港油田電網的實際情況,選擇參數錄入方式為銘牌值輸入,下面對錄入方法進行介紹。

2.1.1線路參數

錄入的內容主要包括線路類型和線路段兩項。

(1)線路類型

線路類型數據庫界面如圖1所示,錄入電網所有線路的型號,對于每一種線路型號,需要錄入名稱(如YJV22-26/35)、每公里正序電阻以及每公里正序電抗。對于海纜還需要錄入每公里充電功率。

需要注意的是,對于架空線來說,不同的架設情況(線路選擇的塔型、導線排列方式不同)每公里的電抗也會出現差異,這樣的導線要按不同線路型號進行處理,需要收集具體參數進行計算,得出不同線路的百公里電抗值填入數據庫。

(2)線路段

對于線路段需要錄入的內容如圖2所示,具體包括如下內容。

1)線路名稱:填庫自動生成。

2)輸入方式:銘牌值輸入。

3)線路類型:在上面錄入的線路類型中選擇本線路對應的電纜/架空線型號。

4)導線長度:本段導線長度,注意如果一條線路由不同型號導線構成,則要錄入每段導線的型號及長度。如一條線路由出口電纜、架空線和電纜組成,則這條線路要分成三段錄入,每段導線都要寫明型號和長度。本系統中一條線路最多可以錄入四種不同類型的導線。

2.1.2主變壓器參數

主變壓器參數選用銘牌值輸入時,需要搜集主變壓器銘牌,錄入數據庫的內容包括短路損耗(計算電阻)、短路電壓(計算電抗)、空載損耗(計算電導)和空載電流(計算電納)、主變壓器檔位情況以及電壓分接頭。

對于主變壓器前四種參數可以從主變壓器的銘牌上直接找到,分接頭數據錄入要按照以下方法進行。以某110 kV變電站主變壓器電壓分接頭為例(110±8)×1.25%/(38.5±2)×2.5%/10.5kV

高壓側調檔:額定電壓110 kV,共17個檔位,最低檔1檔,最高檔17檔,中點分頭位置9檔,不變額定高檔、不變額定低檔均為9,步長為1.25。

中壓測調檔:額定電壓38.5 kV,共5個檔位,最低檔1檔,最高檔5檔,中點分頭位置3檔,不變額定高檔、不變額定低檔均為3,步長為2.5。

2.1.3電容器參數

電容器的參數相對簡單,只需要找到并錄入額定無功和電壓等級即可。

2.2 線路參數的計算

對于不同的導線,計算方法不同,主要計算的內容為交流電阻、交流電抗。

2.2.1架空線

根據導線型號,查出直流電阻、計算半徑DS。根據查找到的內容進行如下計算:

1)將直流電阻換算成交流電阻,表達式為

R交流=1.3×R直流 (1)

2)輸電線路等效電抗計算方法為

x=0.14451og(Deq/DS) (2)

注意:式(2)適用單導線線路,分裂導線不適用。大港油田電網輸電線路都是單導線,故采用此公式。該公式計算的是單相導線電抗,可以直接錄入數據庫。根據桿塔型號確定相間距,計算出導線間幾何間距Deq(mm)。

對于三相導線垂直排列、水平排列的線路,幾何間距為

      Deq=1.26×D×1 000 (3)

對于三相導線三角形排列的線路,幾何間距為

Deq=3 D12D23D31      (4)

對于等邊三角形布置的三相導線,幾何間距為

Deq=D (5)

對于三相垂直排列或水平排列的鋼芯鋁導線,式(2)可以變為

 x=0.14451og(1.26×D×1 000/0.88DS) (6)

式中,D為相間距,m;DS為計算半徑,mm。

根據式(6),將查找到的架空線相間距和導線計算半徑代入其中,計算出這種型號架空線的交流電抗值,并錄入參數庫。

2.2.2電纜

根據電纜型號查找手冊,直接查出每公里交流電阻和交流電抗,錄入數據庫,沒有其他計算工作。

2.2.3海纜

根據電纜型號查找手冊找到每公里交流電阻和交流電抗。根據電纜的每公里電容參數計算出每公里的充電功率,并填入參數庫。計算公式如下

P充電/km=(2π×50×每公里電容×線路電壓等級對應的基本電壓值2)/1 0002 (7)

大港油田目前唯一兩條海纜是通往某平臺的輸電線路,電纜型號為HYJQ41,電容0.166 5 μF/km,線路電壓等級為35 kV,經計算每公里充電功率為0.064 076 7。對于海纜來說,需要錄入數據庫中“每公里充電功率”一項,對于110 kV及以下電壓等級的架空線和電纜,則不需要錄入此列。根據上述方法可以計算出電網35 kV、110 kV各條線路參數。

3 問題與結論

PAS在發現問題遙信遙測、預測有功潮流變化方面取得成效,在大港油田電網實際運行工作中發揮了一定作用。但是,在實踐過程中仍然存在諸多問題。

3.1存在問題與原因分析

存在的主要問題有:

1)潮流計算結果中,無功功率計算不準確。無功在實際運行中數值一般較小,技術人員將計算結果與實際進行比對,發現無功誤差較大,分析認為誤差的產生可能與線路電抗參數不準或電網模型不完整有關。

2)對合環電流預測不夠準確。環流計算值與實際值有出入,部分數據誤差超過30%。經過比對認為,誤差的產生可能與合環瞬間負荷分配與實際不一致有關,或與無功潮流計算不準、電網模型不完整有關。

3)潮流軟件本身存在的問題較多,應用過程不夠順暢。目前應用的軟件存在數據庫不同步、填庫出現前景丟失以及母聯電流不能自動參與計算等問題,這些都有待生產廠家進行改進。由于在基礎參數管理、軟件系統等方面存在這樣一些問題,使調度員潮流功能不能充分發揮應有的作用,需要繼續努力,推動潮流軟件的應用。

4)損耗計算數據不夠理想,實際損耗與計算值誤差較大。從目前所做的工作來看,有可能“銘牌值輸入”方式不能滿足線損計算要求,可以考慮采用其他輸入方式,如有名值輸入(即實測參數),這就需要加大資金投入和合理安排線路停電時間。

5)線路參數不準確、電網模型不完整影響計算結果。這是影響潮流計算、損耗計算的一個重要問題。當線路的阻抗參數缺少或不正確時,線路的阻抗計算值和實際值相差較大,造成潮流計算數據誤差。此外,參數不準確還會影響狀態估計對不合格遙測的判斷,由于參數不對,狀態估計計算出的遙測量必然與實測遙測有較大出入,這時PAS就會報出錯誤的可疑遙測。油區一些變電站不是綜合自動化站也是造成電網模型不完整的原因,因此無法采集遙信、遙測信號,而被設置排除計算。

3.2 經驗小結

幾年來,在狀態估計的應用過程中,雖然存在很多問題,但電網遙測數據的準確性得到了提高,檢查遙測遙信的方法也得到了改進。

調度員潮流功能雖然沒能在調度實際工作中運用起來,但是在對這項功能進行實際應用方面做了大量工作,這些工作為大港油田未來開展調控一體化和智能電網建設起到一定推動作用,是探索先進技術在油田落地的有益嘗試。

下面將近幾年摸索出的經驗進行總結,希望能給同行業技術人員提供一定參考:

1)PAS使用的前提是調度自動化系統采集廠站數據較為齊全,電網模型完整準確。使用PAS最好的條件是:電網建設各變電站均為綜合自動化站,電網結構和建模完整準確,這樣計算結果比較接近實際值。這種要求在調度員潮流的使用上顯得尤其重要。缺少某些變電站遠動數據,可以通過軟件設置“廠站排除”,令該廠站不參與計算,這樣做不會影響狀態估計功能對錯誤遙測遙信的判斷。但是,排除廠站過多,會使電網模型不完整,對潮流計算結果的準確性有很大影響。

2)基礎參數要完整準確。Rtnet參數庫必須錄入正確的設備參數,才能保證計算結果的可用性。要求管理部門必須具備完整準確、及時更新的設備參數檔案,充分應用生產管理系統對設備參數進行動態管理。同時要求技術人員要針對電網一次設備變化對參數庫和電網模型進行及時更新。

3)制定管理制度,規范工作流程。應建立相應管理制度,規范參數變更、提交、審核、錄入和缺陷處理等各環節相關崗位職責,建立行之有效的工作閉環。

4 結束語

使調度自動化系統PAS在大港油田電網實際運行工作中發揮作用,仍需要我們繼續努力,在生產管理、調度運行、軟件改進、參數管理和計算工作等方面繼續做大量工作,從而使這一技術能充分發揮作用,更加有效地服務于油田的生產生活。本文只是作者對PAS部分功能實際運用的一些經驗之談,受個人水平所限,難免有誤,懇請讀者批評指正。

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