基于當前技術(shù)的常規(guī)變電站綜合自動化改造實踐分析

沈位軍

（國網(wǎng)荊州公安縣供電公司檢修建設(shè)工區(qū)，湖北 荊州434300）

1 綜合自動化系統(tǒng)概述

目前，國內(nèi)對電氣綜合自動化保護系統(tǒng)的研究一般都是基于發(fā)電廠和變電站，本文重點對變電站綜合自動化改造進行分析。變電站綜合自動化保護系統(tǒng)（下面簡稱綜自保）是在計算機、電力電子、自動控制、通信網(wǎng)絡、信息等技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的一種自動化系統(tǒng)，其最大的作用是能夠進一步提高變電站的整體運行和管理水平。在變電站二次設(shè)備尚未實現(xiàn)微機保護前的很長一段時間里，常規(guī)二次系統(tǒng)的監(jiān)控、保護、遠動裝置全部都是分開設(shè)置。由于這些裝置的功能、原理、實現(xiàn)技術(shù)各不相同，加之裝置與裝置之間互不兼容，致使形成了多個獨立的技術(shù)部門。自從變電站實行了微機保護之后，監(jiān)控、保護和遠動這3種裝置出現(xiàn)了共同點，如實現(xiàn)裝置功能的軟件相同、裝置的控制對象相同等，如果仍然將3種裝置分開設(shè)置，并配備各自的技術(shù)部門，不但會浪費大量的人力、物力，而且還無法充分發(fā)揮出微機的全部作用。基于這一背景，變電站綜合自動化保護系統(tǒng)被正式提出，并于20世紀80年代后期90年代初期進入了實用階段?？梢哉f，綜自保是在常規(guī)二次系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其較為明顯的特征是功能自動化、運行管理智能化、結(jié)構(gòu)微機化、監(jiān)控可視化、通信網(wǎng)絡化，這些特性為變電站安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行提供了有效保障。

2 基于當前技術(shù)的常規(guī)變電站綜合自動化改造實踐分析

為了便于本次研究的順利開展，下面以筆者參與的已完成的110kV閘口變電站綜自改造為依托，對綜合自動化改造進行分析。該變電站是早期修建的老式常規(guī)變電站，受當時技術(shù)條件等多方面的限制，變電站本身的自動化程度相對較低，并且在多年的運行過程中，大部分電氣設(shè)備都越來越陳舊，故障率也呈現(xiàn)出不斷增長的態(tài)勢。例如，該變電站的主變冷卻方式為油循環(huán)風冷卻，當冷卻裝置出現(xiàn)故障或是冷卻器的供電電源出現(xiàn)故障時，便會導致變壓器油溫升高，大約20min左右冷卻裝置全停、保護跳閘；部分110kV線路距離保護裝置插件不靈敏，時好時壞，而因安裝運行時間長，廠家已不再生產(chǎn)配件，導致不能更換插件。這些情況均嚴重影響了變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運行。此外，該變電站也無法達到無人值守的要求。鑒于以上問題，對變電站進行升級改造已勢在必行。本次改造的最終目標是進一步提高變電站的綜合自動化水平和一、二次設(shè)備的運行穩(wěn)定性。

2.1 斷路器改造

在該變電站中，110kV系統(tǒng)為少油斷路器、35kV系統(tǒng)為多油斷路器，該類型斷路器體積龐大，用油作為滅弧介質(zhì)，增加了爆炸和火災發(fā)生的危險，而且爆炸后由于油斷路器內(nèi)的高溫油發(fā)生噴濺，形成大面積的燃燒，易引起相間短路或?qū)Φ囟搪?，破壞電力系統(tǒng)的正常運行，使事故擴大，甚至造成嚴重的人身傷亡事故。另外，油斷路器檢修、維護工作量大，原材料消耗大，經(jīng)濟成本高，安全性差。在考慮SF6和真空斷路器時，真空雖滅弧能力好，無污染，但因其熄弧能力太強，容易產(chǎn)生過電壓，因此決定在35kV系統(tǒng)上使用ZW7－40.5真空斷路器；而SF6介質(zhì)的自恢復能力強，有極強的吸附性和零點熄弧能力，因此決定在110kV系統(tǒng)上使用LW46－126SF6斷路器。

2.2 電流互感器改造

在整個電力系統(tǒng)當中，電流互感器是進行電能計量、繼電保護和監(jiān)控測量的重要設(shè)備。該變電站所有的電流互感器二次繞組少，以前都是計量、保護或測量共用一個繞組，不能滿足一個功能只能對應一個獨立繞組的最新反措，并且部分老式電流互感器不能滿足當前綜自改造后的精度要求，達不到電力系統(tǒng)要求的可靠性和靈敏性。經(jīng)過研究討論，決定將該站所有電流互感器換成滿足二次繞組數(shù)量及精度要求的最新型電流互感器。在改造過程中，必須確?；ジ衅鞯慕泳€極性正確，因為一旦極性出現(xiàn)錯誤，就會造成繼電保護裝置差動保護誤動作及測量、計量不準確。所以，在更換完畢設(shè)備送電之后，應進行六角圖檢查。

2.3 主變保護裝置改造

在整個變電站當中，主變壓器是最為重要的設(shè)備之一，其運行的安全穩(wěn)定與否不但關(guān)系到變電站能否正常運轉(zhuǎn)，而且還與電網(wǎng)的運行密切相關(guān)。為了滿足供電系統(tǒng)的快速性、可靠性要求，在對該變電站主變進行改造時，廢棄了原常規(guī)電磁繼電器保護，選用了WBH－810系列微機變壓器保護裝置，該保護具有差動、后備、非電量保護3種方式，所有保護均為獨立裝置、獨立工作電源、獨立CPU插件，所有保護功能全部由軟件和壓板來實現(xiàn)，數(shù)據(jù)監(jiān)控則由獨立主變測控裝置負責。裝置在軟硬件設(shè)計上采取充分的抗干擾措施，6U全封閉機箱，整體面板，強弱電嚴格分開，大大提高了抗干擾能力，對外的電磁輻射也滿足相關(guān)標準。完善的A／D采樣回路自檢能避免A／D采樣出錯導致的裝置誤動；開出回路自檢可以準確檢測任一路開出回路斷線或開出擊空故障，發(fā)出告警并可靠閉鎖保護；定值自檢能夠檢測定值存儲區(qū)出錯、定值越限等。

2.4 線路保護改造

該變電站的110kV線路為LL－11A型繼電器距離保護裝置，該保護使用年限久，靈敏度差，不能滿足當前要求，因該站處雷擊常發(fā)地區(qū)，且線路障礙較多，而該站又是此地區(qū)的一個中心樞紐站，如不能及時判別切除故障或造成保護誤動作，將會給電網(wǎng)正常運行造成很大損失。在本次改造中，選用了WXH－811A微機保護裝置及FCK－801A測控裝置，該保護為三段相間及接地距離保護、四段零序保護等，配置有三相重合閘功能。經(jīng)過改造的110kV線路主保護源代碼完全由軟件機器人自動生成，正確率達到100%，杜絕了人為原因產(chǎn)生軟件BUG。通過分層、模塊化、元件化的設(shè)計，裝置內(nèi)部實現(xiàn)了元件級、模塊級、總線級三級監(jiān)視點，可對發(fā)生的故障進行快速準確的定位，具備距離保護、零序電流方向保護、重合閘、失靈保護等功能，可通過軟件控制和壓板選擇投退。

2.5 變電站綜合自動化的實現(xiàn)

目前，變電站綜合自動系統(tǒng)種類繁多，通過技術(shù)性和經(jīng)濟性比選之后，決定選用CBZ－8000系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有控制、測量、保護、五防、信息采集、遠動等功能。系統(tǒng)為3層分布式框架結(jié)構(gòu)體系，即站控層、間隔層、通信層。具體如下：（1）站控層。站控層主要包括遠動主站、操作員站、工程師站，其設(shè)備利用分布、集中相結(jié)合的網(wǎng)絡實現(xiàn)各站之間的通信，并向間隔層設(shè)備發(fā)布指令。每個主站均配有能夠存儲模擬量和開關(guān)量信息的數(shù)據(jù)庫，在變電站運行時，主站分為工作主站和備用主站，由備用主站負責監(jiān)控工作主站的運行情況，若工作主站出現(xiàn)故障，備用主站便立即進入運行狀態(tài)，根據(jù)操作員的命令向間隔層設(shè)備下發(fā)控制命令，進而控制、監(jiān)視、操作變電站所有設(shè)備。該變電站主站的硬件采用雙機冗余運行，操作系統(tǒng)為Windows XP。工程師硬件平臺具備監(jiān)視、記錄、查詢設(shè)備運行相關(guān)信息和故障告警等功能。遠動主站采用雙機配置，可完全替代RTU系統(tǒng)，負責變電站與調(diào)度中心、監(jiān)控中心的相互通信，以實現(xiàn)對變電站的遠程監(jiān)控。五防工作站負責對遙控命令實施防誤操作閉鎖檢查，其閉鎖系統(tǒng)由機械編碼鎖、五防主機、電氣編碼鎖、電腦鑰匙構(gòu)成，具備與綜合自動化系統(tǒng)相互通信的功能。（2）間隔層。該層主要包括繼電保護裝置、故障錄波器和自動裝置等設(shè)備，這些設(shè)備在沒有網(wǎng)絡的情況下全都可以獨立運行，它們能夠從一次設(shè)備的電壓互感器中采集電氣量，并通過相關(guān)運算對斷路器進行控制，然后將故障信號及動作信息傳給測控裝置。該變電站綜自改造測控屏采用的是FCK－851／2測控裝置，其具有處理速度快、效率高、可靠性高、可維護性好、便于操作查詢、抗干擾能力強等優(yōu)點。（3）通信層。該層也可稱為網(wǎng)絡層，其能夠?qū)㈤g隔層采集到的所有數(shù)據(jù)信息傳至網(wǎng)上，站控層內(nèi)的所有設(shè)備均可共享這些信息。同時，由站控層發(fā)出的指令也可通過該層傳給間隔層。

3 結(jié)語

總之，電力電子、計算機、自動化控制、通信網(wǎng)絡等技術(shù)的不斷完善，給電氣綜合自動化改造方式的選擇提供了有利條件。本文依托某變電站，對其設(shè)備改造和綜合自動化系統(tǒng)的實現(xiàn)進行了論述，期望能夠?qū)ν惞こ痰膶嵤┯兴鶐椭?。在未來一段時期，應加大對綜合自動化系統(tǒng)各方面性能的研究力度，使其更加穩(wěn)定可靠，這有助于綜自系統(tǒng)的大范圍推廣應用。

［1］王虎軍.基層分層分布模式的變電站綜合自動化系統(tǒng)的研究［D］.太原理工大學，2004