盧星盛
(云南文山電力股份有限公司,云南 文山 663000)
在我國電力系統(tǒng)中,現(xiàn)在仍存在著不少的1l0kV老式變電站其一次設(shè)備老化、損壞及腐蝕嚴(yán)重,維護(hù)及更新的工作量和費(fèi)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(hù)到早期的微機(jī)保護(hù)、晶體管保護(hù)直到“四合一”的集控臺等,都在同時運(yùn)行。這些設(shè)備的老化對變電站的安全、優(yōu)質(zhì)、高效、可靠運(yùn)行構(gòu)成很大威脅,這類變電站對系統(tǒng)的安全、供電可靠運(yùn)行也是較大隱患。鑒于每年需對這類變電站投入大量資金、人力和物力進(jìn)行維護(hù)整治而效果并不理想,如何合理地、經(jīng)濟(jì)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。
1.1.1 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)繼保裝置的重要信號通過硬接點(diǎn)方式輸入RTU,其中微機(jī)型保護(hù)裝置亦可通過串行口按約定的規(guī)約與RTU進(jìn)行通訊。較為典型的產(chǎn)品有NARI系公司的DISA-l、RD-800 系列等。
1.1.2 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110KV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(jìn)在于將RTU的遙控、信號、測量、電能計(jì)費(fèi)、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(RS232,RS422,RS485)與各功能單元(屏柜)以及微機(jī)保護(hù)、故障錄波、上位機(jī)(可選)等進(jìn)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。
1.1.3 全分散式,其中保護(hù)相對獨(dú)立,控制和測量合一
該模式的主要特點(diǎn)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(hù)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(jī)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。
1.1.4 全分散式,其中保護(hù)、控制和測量合一
較為典型的產(chǎn)品有北京四方公司的CSC200O系列、NARI公司的DISA-2等。
1.1.5 局部分散式
此模式綜合了集中式與分散式的特點(diǎn),采用了分散式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),而控制和保護(hù)仍集中配屏。較為典型的產(chǎn)品有DISA-3、FDK系列等。
1.2.1 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(jì)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
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(jì)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(shí)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(xiàng)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(jì)漏洞較多。
(2)不同產(chǎn)品的接口
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(diǎn)進(jìn)行選擇,以滿足自身的使用要求。
(3)抗干擾
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(yùn)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(hù)、隔離和屏蔽等。傳統(tǒng)上的變電站綜合自動化設(shè)備出廠時抗干擾試驗(yàn)手段相當(dāng)原始,僅僅做一些開關(guān)、電焊機(jī)、風(fēng)扇等定性實(shí)驗(yàn),到現(xiàn)場后往往也只加上開合斷路器的試驗(yàn),一直沒有一個定量的指標(biāo),這是一個極大的隱患。變電站綜合自動化系統(tǒng)的抗干擾措施是保證其系統(tǒng)可靠和穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ),選擇時應(yīng)注意。合格的自動化產(chǎn)品,除滿足一般檢驗(yàn)項(xiàng)目外,主要還應(yīng)通過高低溫試驗(yàn)、耐濕熱試驗(yàn)、雷電沖擊電壓試驗(yàn)、動模試驗(yàn),而且還要重點(diǎn)通過四項(xiàng)電磁兼容試驗(yàn),分別是:1MHz脈沖干擾試驗(yàn)、靜電放電干擾試驗(yàn)、輻射電磁場干擾試驗(yàn)、快速瞬變干擾試驗(yàn)。
(4)開放性
變電站綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)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(yùn)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,甚至不能兼容,從而造成各廠家各自為政,重復(fù)開發(fā),浪費(fèi)了大量的財(cái)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(hù)和管理帶來許多問題。
1.2.2 電力管理體制與變電站綜合自動化系統(tǒng)關(guān)系
該系統(tǒng)的建設(shè),使得繼電保護(hù)、遠(yuǎn)動、計(jì)量、變電運(yùn)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(hù)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,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(fèi),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(yùn)行、檢修、檢測,尤其是遠(yuǎn)動系統(tǒng)的實(shí)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(qiáng)。
1.2.3 運(yùn)行維護(hù)人員水平不高
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(duì)伍。要想維護(hù)、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(duì)伍,培養(yǎng)出一批跨學(xué)科的復(fù)合型人才,加寬相關(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(qiáng)電網(wǎng)管理水平,防止電網(wǎng)事故具有重大意義。
常規(guī)l10kV變電站進(jìn)行自動化改造時,主要是對一、二次設(shè)備進(jìn)行升級改造,使之適應(yīng)無人值班運(yùn)行對設(shè)備較高可靠性的要求。
2.1.1 斷路器的改造
主要要求是能實(shí)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(diǎn)改造為雙輔助觸點(diǎn)接線以防信號誤發(fā)。
2.1.2 高壓開關(guān)柜的改造
完善機(jī)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(hù)套的辦法加強(qiáng)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。
2.1.3 過電壓保護(hù)設(shè)備的改造
對變電站l0kV中性點(diǎn)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(yùn)行維護(hù)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。
2.1.4 主變壓器有關(guān)輔助元件改造
改造中性點(diǎn)隔離開關(guān)及其操作機(jī)構(gòu),能實(shí)現(xiàn)遙控操作;對有載調(diào)壓分接開關(guān)實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方遙調(diào)操作;實(shí)現(xiàn)主變溫度遠(yuǎn)方測量及上傳功能等。
2.2.1 二次設(shè)備改造的內(nèi)容要求
2.2.1.1 斷路器控制回路改造后,要簡單、可靠、無迂回接線,控制、保護(hù)、信號及測控單元電源分離。
2.2.1.2 斷路器控制回路斷線、失去控制電源時應(yīng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方報(bào)警,并保留控制回路故障信號。
2.2.1.3 保護(hù)回路單獨(dú)設(shè)有熔斷器的變電站,保護(hù)回路直流消失后,能遠(yuǎn)方報(bào)警。
2.2.1.4 重合閘裝置要實(shí)現(xiàn)自動投退,在遙控和當(dāng)操作合閘后,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(shí)現(xiàn)重合閘后加速和一次重合閘。
2.2.1.5 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。
2.2.1.6 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。
2.2.1.7 加裝遙控與就地跳、合閘閉鎖回路。
2.2.1.8 中央信號裝置有關(guān)回路作相應(yīng)改造。
2.2.2 二次設(shè)備改造注意事項(xiàng)
2.2.2.1 檢查全站所接電壓互感器的二次回路確實(shí)只有一個接地點(diǎn),且接地位置應(yīng)設(shè)在PT接口屏地排處。
2.2.2.2 檢查電流互感器中性線確實(shí)是一點(diǎn)接地且接地點(diǎn)應(yīng)設(shè)在保護(hù)室內(nèi),滿足“安評”要求。
2.2.2.3 檢查控制電纜屏蔽層是否兩點(diǎn)接地。這對于微機(jī)保護(hù)的抗干擾是十分重要的。
l10kV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)備才能使值班員避免顧此失彼,有充裕的時問進(jìn)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(hù)設(shè)備等)進(jìn)行大修或更換;對舊式保護(hù)裝置(如電磁型、晶體管、集成電路保護(hù)等),其運(yùn)行壽命已接近設(shè)計(jì)值,又不能實(shí)現(xiàn)通信功能,很難和變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連,且這類保護(hù)維護(hù)校驗(yàn)復(fù)雜,費(fèi)時費(fèi)力,對這些保護(hù)進(jìn)行更換;對35KV及以下保護(hù)都更換為四合一保護(hù);對ll0kV保護(hù)更換為微機(jī)保護(hù)加數(shù)字測控裝置。
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(yùn)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(diǎn)的實(shí)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。
3.2.1 遙信的完善
對遙信的調(diào)整原則是實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方對異常和事故的判斷,為此需增加如下遙信項(xiàng)目。
(1)線路(旁路)單元:隔離開關(guān)位置信號、斷路器操作機(jī)構(gòu)異常信號、斷路器控制回路斷線信號保護(hù)裝置異常信號、交流回路斷線信號、光端機(jī)裝置異常或通道告警信號、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、瓦斯信號、油溫信號。
(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、l0KV系統(tǒng)接地信號、二次回路異常信號、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(bào)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(bào)警信號、GIS設(shè)備的有關(guān)信號。
3.2.2 遙測的完善
遙測是判斷站內(nèi)運(yùn)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:l10kV三相操動機(jī)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。遙測的完善已經(jīng)收到了明顯的效果:如出現(xiàn)某個l10kV變電站在改造后,進(jìn)行倒閘操作時,發(fā)生拉開一組l10kV隔離開關(guān)后,隔離開關(guān)位置指示都在拉開狀態(tài),值班員在檢查時發(fā)現(xiàn)一相電流不為零,經(jīng)查為單相連桿拉斷,從而避免了一次帶負(fù)荷拉刀閘的惡性誤操作事故。
3.2.3 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(jìn)行調(diào)節(jié)。在多變壓器的站中,這將伴隨變壓器中性點(diǎn)接地刀閘的頻繁操作,故結(jié)合改造,實(shí)現(xiàn)了主變中心點(diǎn)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(jìn)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(jìn)行重合閘、過流保護(hù)、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(hù)實(shí)現(xiàn)了以上功能的遠(yuǎn)方投退。
110kV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(yùn)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(jī)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(jī)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(jìn)行控制。通過主機(jī)實(shí)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(jī)互聯(lián)。值班員可以在監(jiān)控中心對變電站進(jìn)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(jìn)行聯(lián)動:如將一個或者多個攝像頭轉(zhuǎn)向告警點(diǎn),開啟燈光,進(jìn)行錄像,鳴響警笛,對入侵人員進(jìn)行嚇阻,同時在監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)上推出該點(diǎn)畫面,并發(fā)出告警音響提示值班員有情況發(fā)生,進(jìn)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(jī)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(jìn)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)。
為提高與l10kV變電站數(shù)據(jù)通信的實(shí)時性信息傳輸容量、擴(kuò)展性和可靠性,在改造中應(yīng)用電力實(shí)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(shí)時性強(qiáng)等優(yōu)勢來克服和解決系統(tǒng)實(shí)時性的瓶頸問題。
進(jìn)行此項(xiàng)改造工程時,要使用交流電源,如后臺機(jī)、通信主機(jī)、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(shí)踐證明,由于UPS的電池得不到及時的維護(hù),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(yàn)算后,安裝了在線式逆變電源。在運(yùn)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)備的不問斷供電和切換。
近年來,通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)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(shí)際操作過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),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(jìn)行變電站綜合自動化系統(tǒng)的建設(shè),以保證電網(wǎng)安全、可靠、高效的運(yùn)行。
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