论文部分内容阅读
摘 要 GIS设备在电力系统中应用越来越广泛，为了更好的实现GIS设备状态监测，本文针对GIS母线电流提出了一种新的在线监测方法，即利用EMS/SCADA系统中的各出线电流数据及各开关的实时状态，结合GIS的实际拓扑结构，用电网络理论方法对母线电流进行归算，最终实现GIS母线电流的实时在线监测，并以220kV某变电站的110kV GIS设备为例，介绍了整个监测方法的设计过程及计算思路。研究结果表明，该种监测方法可以应用于GIS母线电流的在线监测，为GIS母线设备的日常运维提供辅助决策支持。
关键词 GIS；母线；EMS/SCADA；在线监测；辅助决策
中图分类号TM7 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0172-02
0 引言
GIS（SF6气体绝缘全封闭组合电器）以占地面积少、维护工作量小、检测周期长、不受外界环境影响等优点，在电力系统应用得越来越广泛[1]。随着GIS设备运行年限的增加，GIS设备的一些问题和缺陷也逐渐暴露出来，诸如发热故障、接触不良、三相电流不平衡等等，特别是GIS母管的发热尤其频繁[2-5]。同时，作为GIS设备一种常用的试验方法，红外测试应用广泛，但是对于GIS母线等电流致热型设备来说，红外测试结果要结合实时负荷电流值才更加准确[6]。因此，有必要开展对GIS母线电流的在线监测。
目前，广东电网公司的EMS/SCADA系统中并没有GIS母线设备的电流数据。随着SCADA采集精度的提高和电网能量管理系统EMS功能的完善[7]，已为建立GIS母线电流在线计算及监测提供了良好的基础。
鉴于此，本文将提出一种对GIS母线电流进行在线监测的方法，有效利用EMS/SCADA系统中的数据资源，实现GIS母线电流的实时在线监测。
1 研究思路
由于线路出线电流及变压器进线电流等信号存在差异，母线处于各间隔间的各段电流也是不同的，为了准确监测母线电流，必须对母线的各段电流分别监测。总体研究思路如图1所示。
图1总体思路框架图
2 设计过程
本文以佛山供电局某220kV变电站的110kV等级GIS设备为例，将设计过程陈述如下。
2.1 母线分段
该站110kV等级GIS设备为双母运行结构，共有10个出线间隔，1个母联间隔，3个变中间隔，2个母线间隔。按照现场布置绘制母线分段图如图2所示。
图2 母线分段图
如图2所示，母线按间隔可分为1～13共13段（实为15段，但两边的两段没有电流，不计入）。下面将着重阐述这13段电流的计算方法。
2.2 母线各分段电流计算
母线分段电流计算模型如图3所示。
图3 母线分段电流计算模型
在图3所示的计算模型中，假设所有的开关及刀闸均处于闭合状态。I11—I113为1M的各分段电流，I21—I213为2M的各分段电流，In及in（n=1，2…，10）为出线的两个分支电流，I为母联电流，IA及ia为主变变中的两个分支电流。图3中所示的各箭头方向为各电流的正方向，则按照节点电流法可得如下方程，见式（1）、（2）。
（1）
（2）
式中1M母线各段电流I11-I113以及2M母线各段电流I21-I213为未知量，其他均为电流已知量，其值可从SCADA系统中获取。这些电流已知量分为以下几类：
1）出线类。以吉能线为例，对于I1，只有131开关及1312刀闸全合上时才有值输出。另外，在EMS系统的原始编码中，开关及刀闸闭合时，状态量描述为2，断开时，状态量描述为1，所以可将I1表达如下：
（3）
式中：Z为开关及刀闸的状态量描述，其值可从EMS系统中获取，闭合时为2，断开时为1；I131为131线路电流，可从SCADA系统里获取。
同理，，其他线路类电流作类似处理。
2）主变类。以#1主变为例，与出线类类似，即只有变中开关及母线侧刀闸全合上时才有值，所以也可将IA及ia表述如下：
（4）
（5）
其他主变类电流作类似处理。
3）母联类。该站110kV GIS设备中只有一个母联间隔，即100母联间隔。在上图中母联开关电流为I，这个值的大小可以从EMS系统中获取，而对于其方向的判定可以遵从下述方法，如图4流程图所示。（本文规定I由2M流向1M为正电流方向）。
结合上述三类不同类别电流的计算结果，可得到母线各分段电流，其计算过程可用图5表示。
图4 母联电流方向判定流程图
图5 母线各分段电流计算流程图
3 结论
通过以上研究，可得出以下结论：
1）EMS系统的拓扑结构图与现场布置有差异，不能直接引用，需按照现场布置重新绘制拓扑结构图；
2）结合拓扑结构图，利用节点电流分析方法可得出GIS母线电流与各出线、母联等电流的关系；
3）通过获取EMS/SCADA系统的各电流数据及相应开关的状态量，可以实时计算GIS母线各分段电流，从而实现GIS母线电流的在线监测。
参考文献
[1]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电路（GIS）[M].北京：中国电力出版社，2007.
[2]冯越琼.GIS接地问题的探讨[J].广东输电与变电技术，2006（5）：56-58.
[3]曹诗玉，曾喜闻.江陵换流站GIS串内三相电流不平衡的原因分析及故障处理[J].华中电力.2007（1）：63-64，68.
[4]李敬勇，夏英毅，刘宁.GIS母线导电杆通流能力分析[J].华通技术，2004（3）：15-17.
[5]范镇南，罗永刚，赵斌等.内部导体结构对GIS母线损耗发热的影响[J].电机与控制学报，2011，15（5）：22-27.
[6]陈永辉，蔡葵，刘勇军等.供电设备红外诊断技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006.
[7]汪永华，王正风.基于SCADA/EMS的负荷实测与网损在线计算的研究与应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16（增刊）：26-31.
关键词 GIS；母线；EMS/SCADA；在线监测；辅助决策
中图分类号TM7 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0172-02
0 引言
GIS（SF6气体绝缘全封闭组合电器）以占地面积少、维护工作量小、检测周期长、不受外界环境影响等优点，在电力系统应用得越来越广泛[1]。随着GIS设备运行年限的增加，GIS设备的一些问题和缺陷也逐渐暴露出来，诸如发热故障、接触不良、三相电流不平衡等等，特别是GIS母管的发热尤其频繁[2-5]。同时，作为GIS设备一种常用的试验方法，红外测试应用广泛，但是对于GIS母线等电流致热型设备来说，红外测试结果要结合实时负荷电流值才更加准确[6]。因此，有必要开展对GIS母线电流的在线监测。
目前，广东电网公司的EMS/SCADA系统中并没有GIS母线设备的电流数据。随着SCADA采集精度的提高和电网能量管理系统EMS功能的完善[7]，已为建立GIS母线电流在线计算及监测提供了良好的基础。
鉴于此，本文将提出一种对GIS母线电流进行在线监测的方法，有效利用EMS/SCADA系统中的数据资源，实现GIS母线电流的实时在线监测。
1 研究思路
由于线路出线电流及变压器进线电流等信号存在差异，母线处于各间隔间的各段电流也是不同的，为了准确监测母线电流，必须对母线的各段电流分别监测。总体研究思路如图1所示。
图1总体思路框架图
2 设计过程
本文以佛山供电局某220kV变电站的110kV等级GIS设备为例，将设计过程陈述如下。
2.1 母线分段
该站110kV等级GIS设备为双母运行结构，共有10个出线间隔，1个母联间隔，3个变中间隔，2个母线间隔。按照现场布置绘制母线分段图如图2所示。
图2 母线分段图
如图2所示，母线按间隔可分为1～13共13段（实为15段，但两边的两段没有电流，不计入）。下面将着重阐述这13段电流的计算方法。
2.2 母线各分段电流计算
母线分段电流计算模型如图3所示。
图3 母线分段电流计算模型
在图3所示的计算模型中，假设所有的开关及刀闸均处于闭合状态。I11—I113为1M的各分段电流，I21—I213为2M的各分段电流，In及in（n=1，2…，10）为出线的两个分支电流，I为母联电流，IA及ia为主变变中的两个分支电流。图3中所示的各箭头方向为各电流的正方向，则按照节点电流法可得如下方程，见式（1）、（2）。
（1）
（2）
式中1M母线各段电流I11-I113以及2M母线各段电流I21-I213为未知量，其他均为电流已知量，其值可从SCADA系统中获取。这些电流已知量分为以下几类：
1）出线类。以吉能线为例，对于I1，只有131开关及1312刀闸全合上时才有值输出。另外，在EMS系统的原始编码中，开关及刀闸闭合时，状态量描述为2，断开时，状态量描述为1，所以可将I1表达如下：
（3）
式中：Z为开关及刀闸的状态量描述，其值可从EMS系统中获取，闭合时为2，断开时为1；I131为131线路电流，可从SCADA系统里获取。
同理，，其他线路类电流作类似处理。
2）主变类。以#1主变为例，与出线类类似，即只有变中开关及母线侧刀闸全合上时才有值，所以也可将IA及ia表述如下：
（4）
（5）
其他主变类电流作类似处理。
3）母联类。该站110kV GIS设备中只有一个母联间隔，即100母联间隔。在上图中母联开关电流为I，这个值的大小可以从EMS系统中获取，而对于其方向的判定可以遵从下述方法，如图4流程图所示。（本文规定I由2M流向1M为正电流方向）。
结合上述三类不同类别电流的计算结果，可得到母线各分段电流，其计算过程可用图5表示。
图4 母联电流方向判定流程图
图5 母线各分段电流计算流程图
3 结论
通过以上研究，可得出以下结论：
1）EMS系统的拓扑结构图与现场布置有差异，不能直接引用，需按照现场布置重新绘制拓扑结构图；
2）结合拓扑结构图，利用节点电流分析方法可得出GIS母线电流与各出线、母联等电流的关系；
3）通过获取EMS/SCADA系统的各电流数据及相应开关的状态量，可以实时计算GIS母线各分段电流，从而实现GIS母线电流的在线监测。
参考文献
[1]罗学琛.SF6气体绝缘全封闭组合电路（GIS）[M].北京：中国电力出版社，2007.
[2]冯越琼.GIS接地问题的探讨[J].广东输电与变电技术，2006（5）：56-58.
[3]曹诗玉，曾喜闻.江陵换流站GIS串内三相电流不平衡的原因分析及故障处理[J].华中电力.2007（1）：63-64，68.
[4]李敬勇，夏英毅，刘宁.GIS母线导电杆通流能力分析[J].华通技术，2004（3）：15-17.
[5]范镇南，罗永刚，赵斌等.内部导体结构对GIS母线损耗发热的影响[J].电机与控制学报，2011，15（5）：22-27.
[6]陈永辉，蔡葵，刘勇军等.供电设备红外诊断技术[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006.
[7]汪永华，王正风.基于SCADA/EMS的负荷实测与网损在线计算的研究与应用[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2011，16（增刊）：26-31.