220kV變電站綜合自動化系統(tǒng)的改造研究

符良震

摘 要：我國變電站綜合自動化水平與上個世紀(jì)末相比有了很大進步，然而不少地區(qū)的大量傳統(tǒng)220 kV變電站均需要進行綜合自動化改造，文章以某變電站的綜合自動化改造為例，從繼電保護配置、遠動監(jiān)控配置、保護設(shè)備改綜自實施、相關(guān)二次回路改造實施等方面闡述其系統(tǒng)配置、改造實施以及一些具體問題的處理方法，提高保護和控制功能的辨別能力，提升繼電保護正確動作率。

關(guān)鍵詞：220 kV變電站；綜合自動化；繼電保護

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0001-02

隨著電力行業(yè)向智能化的方向發(fā)展，不少信息技術(shù)已經(jīng)引入到電力系統(tǒng)中，其中尤以微機控制技術(shù)最為令人關(guān)注。目前，大部分變電站都在進行綜合自動化改造，以綜合自動化系統(tǒng)來替換二次系統(tǒng)，從而提升變電站的自動控制功能，滿足電網(wǎng)對于變電站的監(jiān)控需求。對變電站進行綜合自動化改造，一方面能夠避免傳統(tǒng)變電站控制模式的不足，另一方面也能夠?qū)ψ冸娬镜闹饕O(shè)備進行在線監(jiān)控，實現(xiàn)與調(diào)度部門的數(shù)據(jù)和資源交互，提高了該站的設(shè)備健康水平和自動化水平。本文以某變電站的綜合自動化改造為例，闡述其系統(tǒng)配置和改造實施，對電網(wǎng)安全運行有著很好的理論價值和實踐意義。

1 綜合自動化系統(tǒng)的配置

海南電網(wǎng)某220 kV變電站設(shè)計出線規(guī)模7回；110 kV設(shè)計出線規(guī)模5回；10 kV設(shè)計出線規(guī)模2回。本文以此為例闡述綜合自動化系統(tǒng)的改造。

1.1 繼電保護配置

①對于元件保護單元，為220 kV線路全部配置全線速動主保護，并為之增設(shè)后備保護功能以及重合閘功能，確保所有的保護均有能力進行獨立選相；兩套保護之間完全獨立運行，不但其交流電流、直流電源、跳閘等方面保持互相獨立，其保護通道也保持獨立運行；分別給每線路設(shè)置分相操作箱；繼電保護的組屏數(shù)量為三面屏。考慮到變電站在當(dāng)?shù)剡M行電力配置的遠期計劃，將其接入元件數(shù)設(shè)置為20。為變電站設(shè)置故障錄波器四個，分別記錄110 kV、220 kV母線電壓等級以及變壓器兩側(cè)的各類數(shù)據(jù)。

②對于主變壓器單元，采用微機保護的形式，為其配置2套主保護，其中一套為差流速斷保護，另一套是比率制動保護；為其配置2套后備保護，一套本體保護。

③對于直流系統(tǒng)，為其配置兩組220 V蓄電池，支持變電站的控制信息傳輸、信號傳輸以及事故照明等。采用80 A高頻開關(guān)整流為蓄電池組進行充電。

1.2 遠動監(jiān)控配置

①對于間隔層測控單元部件，給220 kV配置單元測控設(shè)備，對于測控屏，應(yīng)滿足就地顯示功能，便于進行操作，測控屏同時能夠為后臺工控機提供備用。對就地顯示單元增設(shè)液晶顯示器和人工操作模塊。

②對于站控層監(jiān)控單元，由于變電站的發(fā)展方向是實現(xiàn)少人值守或者無人值守，因此在改造過程中，為站控層做了相對簡化的配置，包括的設(shè)備有：值守者終端2臺，支持站內(nèi)工作人員對設(shè)備進行調(diào)控。終端采用單屏顯示的模式，配置UNIX和性能良好的硬件；為站內(nèi)遠動配置網(wǎng)關(guān)設(shè)備，對間隔層數(shù)據(jù)進行匯聚并驗證和傳輸。

③配置5 kV/A的UPS系統(tǒng)，電源的連接模式為串聯(lián)冗余，電源為變電站的監(jiān)控模塊、電量計量模塊以及網(wǎng)絡(luò)通訊模塊提供電能。

④對于時鐘同步網(wǎng)絡(luò)，為其配置時鐘同步系統(tǒng)，實現(xiàn)所有設(shè)備的時鐘信號。其中主時鐘進行冗余配置，并且采用熱備用的運行模式。主時鐘分別連接GPS信號，GPS能夠為使用者提供足夠準(zhǔn)確的連續(xù)、實時的時間、位置、速度等數(shù)據(jù)，無論是在軍事領(lǐng)域還是民用領(lǐng)域均，發(fā)揮著比較大的作用。

⑤對于安全監(jiān)視系統(tǒng)，為變電站設(shè)置電子圍欄，當(dāng)不法分子通過圍欄進入監(jiān)視區(qū)域，這些信息通過程序接口連接到遠程的安全監(jiān)控服務(wù)器，以自定義模塊與通用程序模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理，以合理的格式傳輸至監(jiān)控終端以及告警單元，形成安全保障的防線。

對于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，系統(tǒng)采用快速以太網(wǎng)，將各類設(shè)備作為客戶端，服務(wù)器則作為主機端。設(shè)備的信號在以太網(wǎng)的支持下實現(xiàn)與服務(wù)器之間的通信。具體過程為：設(shè)備發(fā)出連接遠程服務(wù)器的請求，服務(wù)器接收到信號之后返回相關(guān)的響應(yīng)信息，經(jīng)過確認之后便與服務(wù)器建立了網(wǎng)絡(luò)連接，可以進行數(shù)據(jù)傳輸。為了保證傳輸?shù)男珊蜏?zhǔn)確度，采用TCP/IP進行數(shù)據(jù)包檢查與超時檢查。

2 綜合自動化系統(tǒng)改造的實施

2.1 220 kV保護改造的實施

在對220 kV線路進行綜合自動化改造的時候，必須臨時停用母線保護，因此在過渡時期內(nèi)，母線保護一直為停用，當(dāng)2#主變保護已經(jīng)改造結(jié)束，且母線保護能夠承擔(dān)投運要求之后才可以重新投運母線保護；同理，220 kV線路故障錄波器在改造期間也退出服務(wù)，直至錄波器改造結(jié)束之后重新投入運行。對變電站母線保護相關(guān)的全部電流繞組均在端子箱進行短接處理，改造結(jié)束之后恢復(fù)原來的接線。

2.2 主變保護改造的實施

在對220 kV變電站的綜合自動化改造時，其母線保護一直處于停用的狀態(tài)；同理，當(dāng)1#主變保護過渡之前，其備自投應(yīng)處于退出服務(wù)狀態(tài)；當(dāng)1#主變保護已經(jīng)改造結(jié)束，錄波器能夠?qū)?#主變信息進行記錄；2#主變以類似的模式進行處理。在對備自投進行改造的時候，尤為注重的是避免聯(lián)跳回路的安全性，制定必要的有針對性的安全措施。

2.3 二次回路改造的實施

變電站的遙測設(shè)備使用的是基于交流采樣的模式，配置2套直流電壓變送器，對220 V母線電壓進行測量和記錄，將變送器單元配置在系統(tǒng)測控屏處；基于變電站內(nèi)部二次設(shè)備微機化逐漸成熟，實現(xiàn)了分散安裝。變電站遙測設(shè)備當(dāng)前僅傳輸斷路器位置信號，另外的信號在改造前難以實現(xiàn)調(diào)度端的實時監(jiān)控。在改造方案中，為其增設(shè)合理的信號采集功能，從而實現(xiàn)對一次設(shè)備的實時監(jiān)視。遙控設(shè)備不再使用常規(guī)控制部件，全部通過遠程監(jiān)控設(shè)備進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)操作的網(wǎng)絡(luò)化和自動化。

3 現(xiàn)場施工的相關(guān)問題分析

3.1 對信號的處理問題

在綜合自動化改造過程中，發(fā)現(xiàn)其主變“控制回路斷線”對于信號的處理存在不足之處。在主變壓器二次主開關(guān)的回路出現(xiàn)斷線故障時，可以產(chǎn)生“斷線”故障提示信息，然而假若由于操作失誤而使控制直流開關(guān)打開，或者因為其他因素而導(dǎo)致開關(guān)跳開，則主變壓器此時不會自動產(chǎn)生“斷線”故障提示信號。

經(jīng)過進行原因的查找，其主要的原因是該單元僅有兩對接點，其中一對是給系統(tǒng)的遠動單元發(fā)出信號；另一對兼具發(fā)出信號的功能和為自投提供位置的功能，因此必須為這一對接點配置重動繼電器單元，而此時必須考慮到重動繼電器單元的電源來源是二次主控直流，此單元屬于一個常開接點，因此在錯誤地打開控制直流開關(guān)以及由于一些外部因素使得開關(guān)跳開的情況下，系統(tǒng)是難以產(chǎn)生“斷線”信號的。

經(jīng)過以上的分析，最終決定把重動繼電器單元的電源引至保護屏總電源模塊，解決了無法發(fā)出故障信息的問題。接線圖如圖1所示。

3.2 部件內(nèi)部接線問題

在對一套220 kV線路保護進行調(diào)試的過程中，以手動的方式把重合閘固定在停用狀態(tài)的時候，發(fā)現(xiàn)保護重合閘的部件此時還是可以出口；當(dāng)對B相以及C相進行接地故障模擬的時候，保護裝置的動作全部是三相跳閘狀態(tài)，導(dǎo)致產(chǎn)生了誤動。此時對保護裝置的跳閘位置進行檢查，重點檢查相關(guān)繼電器的接點，最終發(fā)現(xiàn)在保護裝置內(nèi)有2處錯誤接線：一是在重合閘把手處的接線有不對的地方，導(dǎo)致在把重合閘固定在停用狀態(tài)的時候，“停用”信息無法傳輸至相關(guān)裝置，造成重合閘在這個狀態(tài)之下難以放電，因此會出現(xiàn)錯誤動作；二是繼電器接點回路的接線有不對的地方，因為跳閘處的繼電器接點被接反，因此在出現(xiàn)單相接地的時候，保護設(shè)備判定故障相無法及時跳開，導(dǎo)致保護三跳出口被啟動，出現(xiàn)了保護裝置的誤動。之后對這兩處進行了修改，其示意圖如圖2所示。

4 結(jié) 語

對傳統(tǒng)的變電站進行綜合自動化改造，最大的優(yōu)勢是能夠顯著提升變電站對于設(shè)備運行的實時監(jiān)控和自動化數(shù)據(jù)共享，同時采用先進的家電保護和自動控制技術(shù)，在很大程度上提升了繼保設(shè)備的正確動作率，繼電保護裝置已采用保護測控一體化技術(shù)，即所謂的四合一裝置。從而使電量的損失降到最低限度，一方面使變電站所轄區(qū)域的供電可靠性顯著提升，另一方面也降低了人力成本，為無人值守變電站創(chuàng)造了良好的技術(shù)條件。目前相關(guān)的電力新技術(shù)正在快速發(fā)展，當(dāng)前，我國不少地區(qū)大量傳統(tǒng)的220 kV變電站均需要進行綜合自動化改造，由于變電站往往具有自身的特殊性，因此在改造的過程中也會面臨各種各樣的問題，工程技術(shù)人員應(yīng)該因地制宜，結(jié)合變電站的不同情況為其制定具有針對性的改造策略，確保改造過程的順利進行。

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