１１０千伏常規(guī)變電站綜合自動化現(xiàn)狀與改造

[摘要]110千伏變電站實現(xiàn)綜合自動化是電力系統(tǒng)行業(yè)發(fā)展的趨勢與要求。文章針對110千伏常規(guī)變電站綜合自動化現(xiàn)狀和存在的問題，論述110千伏常規(guī)變電站綜合自動化改造的主要內(nèi)容，并提出110千伏常規(guī)變電站綜合自動化改造要做好的主要工作。

[關(guān)鍵詞]110千伏常規(guī)變電站；綜合自動化；改造

[作者簡介]張建友，廣東電網(wǎng)公司茂名高州供電局，廣東 高州。525200

[中圖分類號]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1007-7723(2008)12-0047-0004

一、引言

隨著計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，各地區(qū)電網(wǎng)都在建設(shè)和實現(xiàn)無人值班變電站，變電站設(shè)備的微機化、自動化已成為發(fā)展的主流和發(fā)展趨勢。但是，同時我們也要看到，在我國電力系統(tǒng)中，現(xiàn)在仍存在著不少的110千伏老式變電站，其一次設(shè)備老化、損壞及腐蝕嚴(yán)重，維護和更新的工作量和費用逐年上升，而且效果不明顯；其二次設(shè)備反映了國內(nèi)設(shè)備發(fā)展的過程，從最古老的電磁型繼電器保護到早期的微機保護、晶體管保護，直到“四合一”的集控臺等，都在同時運行。這些設(shè)備的老化對變電站的安全、優(yōu)質(zhì)、高效運行構(gòu)成很大威脅，這類變電站對系統(tǒng)的安全、最佳運行也是一大隱患。鑒于每年需對這類變電站投入大量資金、人力和物力進行維護整治而效果并不理想，如何合理地、經(jīng)濟地改造這些舊站，使其滿足自動化的要求，已成為電力系統(tǒng)工程技術(shù)人員面臨的迫切問題。

二、110千伏變電站綜合自動化現(xiàn)狀及存在問題

(一)110千伏變電站自動化現(xiàn)狀

1 傳統(tǒng)模式

傳統(tǒng)模式即目前國內(nèi)應(yīng)用最為普遍的遠(yuǎn)方終端裝置(RTU)加上當(dāng)?shù)乇O(jiān)控系統(tǒng)(又稱當(dāng)?shù)毓δ?，再配上變送器(當(dāng)采用交流采樣RTU時，可省去變送器屏柜)、遙信轉(zhuǎn)接、遙控執(zhí)行、UPS等屏柜。站內(nèi)保護裝置的重要信號通過硬接點方式輸入RTU。其中微機型保護裝置亦可通過串行口按約定的規(guī)約與RTU進行通訊。較為典型的產(chǎn)品有NARI系統(tǒng)公司的DISA-1、RD-800系列等。

2 集中配屏模式

目前大多數(shù)廠家的產(chǎn)品均屬此類，在各地110千伏無人值班變電站中應(yīng)用也最廣。與傳統(tǒng)模式相比，最大的改進在于將RTU的遙控、信號、測量、電能計費、通信等功能分別組屏，并由1個或2個總控單元通過串行通信口(R$232、RS422、RS485)與各功能單元(屏柜)以及微機保護、故障錄波、上位機(可選)等進行通訊。比較典型的產(chǎn)品有NARI系統(tǒng)公司的DISA-3型、BJ-1型等。

3 全分散式，其中保護相對獨立，控制和測量合一

該模式的主要特點是以一次主設(shè)備如開關(guān)、變壓器、母線等為安裝對象，將控制、I／O、閉鎖、保護等單元分散，就地安裝在一次主設(shè)備屏柜上。站控單元通過光纖通信串行口與各一次設(shè)備屏柜相連，并與上位機和遠(yuǎn)方調(diào)度中心通信。較為典型的產(chǎn)品有NARI公司的BJ-F3A系列。

4 全分散式，其中保護、控制和測量合一

較為典型的產(chǎn)品有北京四方公司的CSC2000系列、NARI公司的DISA-2等。

5 局部分散式

此模式綜合了集中式與分散式的特點，采用了分散式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而控制和保護仍集中配屏。較為典型的產(chǎn)品有DISA-3、FDK系列等。

(二)存在問題

1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)問題

目前變電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此標(biāo)準(zhǔn)問題是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

(1)生產(chǎn)廠家的問題

目前在變電站綜合自動化系統(tǒng)選型當(dāng)中存在著如所選系統(tǒng)功能不全面、產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)、系統(tǒng)性能指標(biāo)達(dá)不到要求等情況。主要有以下問題：由于生產(chǎn)廠家過分重視經(jīng)濟利益，用戶又過分追求技術(shù)含量，而不重視產(chǎn)品的性能及實用性，因而一批技術(shù)含量雖較高，但產(chǎn)品并不過關(guān)，甚至結(jié)構(gòu)、可靠性很差的所謂高技術(shù)產(chǎn)品不斷被使用；有些廠家就某產(chǎn)品只搞技術(shù)鑒定，沒搞產(chǎn)品鑒定；另外，生產(chǎn)廠家對變電站綜合自動化系統(tǒng)的功能、作用、結(jié)構(gòu)及各項技術(shù)性能指標(biāo)宣傳和介紹不夠，導(dǎo)致電力企業(yè)內(nèi)部專業(yè)人員對系統(tǒng)認(rèn)識不透徹，造成設(shè)計漏洞較多。

(2)不同產(chǎn)品的接口問題

接口是綜合自動化系統(tǒng)中非常重要而又長期未得到妥善解決的問題，包括小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與模擬盤等設(shè)備之間的通信。如果所有廠家自動化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)接口遵循統(tǒng)一、開放的數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，則上述問題可得到圓滿解決，用戶可根據(jù)各種產(chǎn)品的特點進行選擇，以滿足自身的使用要求。

(3)抗干擾問題

抗干擾問題即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要但常被忽視的方面。電磁干擾對系統(tǒng)在線運行的影響非常嚴(yán)重，若不采取有效措施，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果?？稍谙到y(tǒng)的硬件和軟件方面采取一些必要措施，以消除或抑制電磁干擾。如系統(tǒng)接地保護、隔離和屏蔽等。傳統(tǒng)的變電站綜合自動化設(shè)備出廠時抗干擾試驗手段相當(dāng)原始，僅僅做一些開關(guān)、電焊機、風(fēng)扇等定性實驗，到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標(biāo)，這是一個極大的隱患。

(4)開放性問題

變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)不同廠家生產(chǎn)設(shè)備的互操作性，系統(tǒng)應(yīng)能包容變電站自動化技術(shù)新的發(fā)展要求和必須考慮和支持變電站運行功能的要求。而現(xiàn)有的系統(tǒng)卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設(shè)備之間接口困難，甚至不能連接，從而造成各廠家各自為政、重復(fù)開發(fā)，浪費了大量的財力物力。另外，各種屏體及設(shè)備的組織方式不盡相同，給維護和管理帶來許多問題。

2 電力管理體制與變電站綜合自動化系統(tǒng)關(guān)系問題

該系統(tǒng)的建設(shè)，使得繼電保護、遠(yuǎn)動、計量、變電運行等各專業(yè)相互滲透，傳統(tǒng)的技術(shù)分工、專業(yè)管理已經(jīng)不能適應(yīng)變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展。變電站遠(yuǎn)動與保護專業(yè)雖然有明確的專業(yè)設(shè)備劃分，但其內(nèi)部聯(lián)系已經(jīng)成為不可分割的整體，一旦有設(shè)備缺陷均需兩個專業(yè)同時到達(dá)現(xiàn)場檢查分析，有時會發(fā)生推諉責(zé)任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業(yè)銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶”，不利于開展工作。在專業(yè)管理上，變電站綜合自動化設(shè)備的運行、檢修、檢測，尤其是遠(yuǎn)動系統(tǒng)的實時性、遙測精度、遙信變位響應(yīng)速度、信號復(fù)歸和事故總信號等問題仍需要規(guī)范和加強。

3 運行維護人員水平不高的問題

解決好現(xiàn)行的變電站綜合自動化系統(tǒng)管理體制和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等問題的同時，還要培養(yǎng)出一批高素質(zhì)的專業(yè)隊伍。要想維護、管理好變電站綜合自動化系統(tǒng)，首先要成立一支專業(yè)化的隊伍，培養(yǎng)出一批跨學(xué)科的復(fù)合型人才，拓寬相關(guān)專業(yè)之間的了解和學(xué)習(xí)。其次，變電站綜合自動化專業(yè)的劃分應(yīng)盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管”的現(xiàn)象。變電站綜合自動化專業(yè)的明確，對于加強電網(wǎng)管理水平，防止電網(wǎng)事故具有重大意義。

三、110千伏變電站自動化改造的主要內(nèi)容

常規(guī)110千伏變電站進行自動化改造時，主要是對一、二次設(shè)備進行升級改造，使之適應(yīng)無人值班運行對設(shè)備較高可靠性的要求。

(一)一次設(shè)備的改造及技術(shù)要求

1 斷路器的改造

主要要求是能實現(xiàn)無油化及遙控操作功能，并提供可靠的斷路器位置信號；斷路器輔助觸點改造為雙輔助觸點接線以防信號誤發(fā)。

2 高壓開關(guān)柜的改造

完善機械防止誤操作措施，完善柜間距離。要求隔離物起絕緣支撐作用，要具有良好的阻燃性能；采用包絕緣護套的辦法加強母線導(dǎo)體間、相對地間絕緣水平；采用額定電壓12kV、最高工作電壓75kV的電流互感器，使之達(dá)到高壓開關(guān)柜使用工況要求的絕緣水平。

3 過電壓保護設(shè)備的改造

對變電站10kV中性點加裝自動跟蹤、自動調(diào)諧的消弧線圈或經(jīng)小電阻接地；為減少變電站的運行維護工作量，降低殘壓，防止避雷器的爆炸，變電站10kV避雷器宜更換為無間隙金屬氧化物避雷器。

4 主變壓器有關(guān)輔助元件改造

改造中性點隔離開關(guān)及其操作機構(gòu)，能實現(xiàn)遙控操作；對有載調(diào)壓分接開關(guān)實現(xiàn)當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方遙調(diào)操作；實現(xiàn)主變溫度遠(yuǎn)方測量及上傳功能等。

(二)二次設(shè)備改造的內(nèi)容要求及注意事項

1 二次設(shè)備改造的內(nèi)容要求

(1)斷路器控制回路改造后，要簡單、可靠、無迂回接線，控制、保護、信號及測控單元電源分離。

(2)斷路器控制回路斷線、失去控制電源時應(yīng)實現(xiàn)遠(yuǎn)方報警，并保留控制回路故障信號。

(3)保護回路單獨設(shè)有熔斷器的變電站，保護回路直流消失后，能遠(yuǎn)方報警。

(4)重合閘裝置要實現(xiàn)自動投退，在遙控和當(dāng)?shù)夭僮骱祥l后，重合閘電源應(yīng)自動投入，重合閘放電回路自動斷開。在遙控和當(dāng)?shù)夭僮魈l后，自動退出重合閘電源，同時重合閘裝置自動放電。根據(jù)需要實現(xiàn)重合閘后加速和一次重合閘。

(5)低頻減負(fù)荷裝置或其他系統(tǒng)穩(wěn)定措施裝置動作跳閘時，應(yīng)自動閉鎖重合閘。

(6)取消斷路器位置信號燈的不對應(yīng)閃光功能，信號燈具改為發(fā)光二極管等節(jié)能型燈具，提高可靠性。

(7)加裝遙控與就地跳、合閘閉鎖回路。

(8)中央信號裝置有關(guān)回路作相應(yīng)改造。

2 二次設(shè)備改造注意事項

(1)檢查全站所接電壓互感器的二次回路確實只有一個接地點，且接地位置應(yīng)設(shè)在PT接口屏地排處。

(2)檢查電流互感器中性線確實是一點接地且接地點應(yīng)設(shè)在保護室內(nèi)，滿足“安評”要求。

(3)檢查控制電纜屏蔽層是否兩點接地。這對于微機保護的抗干擾是十分重要的。

四、110千伏變電站自動化改造要做好的主要工作

(一)對一、二次設(shè)備進行改造

110千伏變電站改造為無人值班站后，需要穩(wěn)定可靠的一、二次設(shè)備，只有可靠的設(shè)備才能使值班員免于疲于奔命，有充裕的時間進行監(jiān)控、操作和對設(shè)備異常、事故的處理。主要是對一些一次設(shè)備(如斷路器、高壓開關(guān)柜、過電壓保護設(shè)備等)進行大修或更換；舊式保護裝置(如電磁型、晶體管、集成電路保護等)，其運行壽命已接近設(shè)計值，又不能實現(xiàn)通信功能，很難和變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連，且這類保護維護校驗復(fù)雜，費時費力，對這些保護進行更換；對35kV及以下保護都更換為四合一保護；對110千伏保護更換為微機保護加數(shù)字測控裝置。

(二)完善四遙功能

有人值班變電站中一般具有遙信、遙測功能，但不具備遙控功能，其遙信、遙測功能只是為調(diào)度自動化服務(wù)。因調(diào)度所關(guān)注的遙信量相對較少，而無人值班后監(jiān)控值班員對變電站運行情況的判斷和處理就全部依賴監(jiān)控系統(tǒng)。所以在無人值班改造中要充分考慮所采集的信息全面、夠用，也要考慮遙控、遙調(diào)點的實用性，保證能夠及時發(fā)現(xiàn)異常，及時處理異常和事故，盡可能減少值班員在變電站和監(jiān)控中心間無謂的往返。

1 遙信的完善

對遙信的調(diào)整原則是實現(xiàn)遠(yuǎn)方對異常和事故的判斷，為此需增加如下遙信項目。

(1)線路(旁路)單元：隔離開關(guān)位置信號、斷路器操作機構(gòu)異常信號、斷路器控制回路斷線信號、保護裝置異常信號、交流回路斷線信號、光端機裝置異?；蛲ǖ栏婢盘?、重合閘動作信號、斷路器三相位置不一致、SF6氣壓低、SF6低壓閉鎖、油泵頻繁啟動、遠(yuǎn)方和就地控制信號、小電流接地信號、單元事故總信號。

(2)主變單元：冷卻系統(tǒng)異常信號、冷卻器全停信號、控制回路斷線信號、主變油位異常信號。

(3)中央信號：預(yù)告總信號、直流接地信號、直流裝置異常信號、35，10 kV系統(tǒng)接地信號、PT一次回路異常信號、故障錄波器動作信號、故障錄波器異常信號、低周減載裝置動作信號、低周減載裝置異常信號、站用電源自投裝置動作信號、備用電源自投裝置異常信號、站用電系統(tǒng)異常信號、消防裝置動作及報警信號、消防裝置異常信號、遠(yuǎn)動及通訊裝置異常信號、控制方式由遙控轉(zhuǎn)為當(dāng)?shù)乜刂频男盘?、防盜報警信號、GIS設(shè)備的有關(guān)信號。

2 遙測的完善

遙測是判斷站內(nèi)運行情況的重要根據(jù)，為了采集盡量充足和合理的數(shù)據(jù)，對遙測主要增加了以下內(nèi)容：110千伏三相操動機構(gòu)開關(guān)電流增加至三相；采集母線三相電壓；分段、母聯(lián)電流；直流電壓；變壓器油溫；站用變低壓側(cè)三相電壓。

3 遙控和遙調(diào)的完善

由于對電壓質(zhì)量的控制要求越來越嚴(yán)格，需頻繁對主變分接頭進行調(diào)節(jié)，在多變壓器的站中，這將伴隨變壓器中性點接地刀閘的頻繁操作，故結(jié)合改造，實現(xiàn)了主變中心點接地刀閘的遙控。為了方便檢修和調(diào)試，防止誤控開關(guān)，在每個開關(guān)上安裝了遠(yuǎn)方就地切換開關(guān)，只有切至“遠(yuǎn)方”位置時才能進行遙控。

由于市政工程造成線路工作頻繁，而值班員需頻繁進行重合閘、過流保護、備自投等的投切工作，為這些工作頻繁往返變電站顯然不合算，故對大部分保護實現(xiàn)了以上功能的遠(yuǎn)方投退。

(三)裝設(shè)安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)

110千伏變電站改造為自動化無人值班后，站內(nèi)的防火防盜工作重要性凸顯，變電站安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)集智能的防盜、防火、輔助巡視、事件記錄和管理等功能于一身，為無人值班變電站的安全運行提供了重要技術(shù)手段。變電站安全視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括攝像機等監(jiān)視設(shè)備，紅外對射、紅外雙鑒、高分貝聲光告警裝置等防盜設(shè)備，以及主機及數(shù)據(jù)采集和控制單元。主要在圍墻配置紅外對射，在主要出入口配置紅外雙鑒，在主建筑或者圍墻上裝設(shè)高分貝聲光告警裝置，并且對燈光進行控制。通過主機實現(xiàn)圖像的壓縮和遠(yuǎn)傳、告警和連動、圖像的記錄、與消防主機互聯(lián)。值班員可以在監(jiān)控中心對變電站進行可視化監(jiān)控。如現(xiàn)場有非法侵入，可以按照預(yù)先的設(shè)定進行聯(lián)動：如將一個或者多個攝像頭轉(zhuǎn)向告警點，開啟燈光，進行錄像，鳴響警笛，對入侵人員進行嚇阻。同時在監(jiān)控中心計算機上推出該點畫面，并發(fā)出告警音響提示值班員有情況發(fā)生，進行監(jiān)控。也可對火警動作的區(qū)域?qū)嵭新?lián)動錄像。消防系統(tǒng)與視頻監(jiān)控的有機整合有利于及時判斷火情的真?zhèn)?，減少值班員沖到現(xiàn)場進行判斷的不必要勞動。為及時組織救火節(jié)約時間，現(xiàn)場的錄像也可作為事故及原因分析的輔助依據(jù)。

(四)提升數(shù)據(jù)通信處理能力

為提高與110千伏變電站數(shù)據(jù)通信的實時性、信息傳輸容量、擴展性和可靠性，在改造中應(yīng)用電力實時數(shù)據(jù)傳輸規(guī)約，采用網(wǎng)絡(luò)通信和常規(guī)串行通信兩種方式自動切換，來保證信息傳輸?shù)目煽啃?、正確性、唯一性和一致性，并依靠成熟、可靠、快速的自愈光纖通信網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮新型通信規(guī)約傳輸容量大、功能豐富、實時性強等優(yōu)勢來克服和解決系統(tǒng)實時性的瓶頸問題。

(五)改進計算機電源系統(tǒng)

進行此項改造工程時，要使用交流電源，如后臺機、通信主機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。如果對這些設(shè)備斷電的話，將造成變電站失去監(jiān)控，歷史數(shù)據(jù)丟失，所以這些設(shè)備都要求不間斷供電。傳統(tǒng)的電源都采用UPS，但實踐證明，由于UPS的電池得不到及時的維護，電池的容量在1～2年后將大幅度減少，在市電失去后，不能保證供電時間。故在改造中，經(jīng)過對站用蓄電池容量驗算后，安裝了在線式逆變電源。在運行中還嚴(yán)格要求非重要負(fù)荷不能接到逆變電源上，保證了這些重要設(shè)備的不間斷供電和切換。

五、結(jié)語

近年來，通信技術(shù)和計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，給變電站綜合自動化技術(shù)水平的提高注入了新的活力，變電站綜合自動化技術(shù)正在朝著網(wǎng)絡(luò)化、綜合智能化、多媒體化的方向發(fā)展。鑒于變電站綜合自動化系統(tǒng)當(dāng)前還缺乏一個統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，這就需要與之相關(guān)的各崗位的電力工作者在實際操作過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，找到其規(guī)律性，不能因循守舊，而應(yīng)根據(jù)具體情況，遵循科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髟瓌t，用發(fā)展的眼光來進行變電站綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè)，以保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)的運行。