變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造分析

江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地 邱云峰

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變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造分析

江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地 邱云峰

【摘要】變電站作為電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及中心樞紐，其智能化水平不僅關(guān)系著電網(wǎng)的整體運(yùn)行效率，還關(guān)系著智能電網(wǎng)建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但從目前我國(guó)變電站應(yīng)用現(xiàn)狀來看，仍然存在著一批智能化水平較低的老式變電站，直接影響著電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此，對(duì)舊式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造的研究具有一定的實(shí)際意義。文章主要結(jié)合某變電站工程實(shí)例進(jìn)行研究，具體的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造方法及技術(shù)可為類似變電站工程處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】變電站；綜合自動(dòng)化系；改造

縱觀我國(guó)電網(wǎng)現(xiàn)狀，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用電規(guī)模不斷增加，不得不大力建設(shè)新的電網(wǎng)及新的變電站，還要對(duì)舊式變電站進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造，在消除舊式變電站運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜、停送電倒閘速度慢、運(yùn)維人員巡視耗時(shí)多、設(shè)備自動(dòng)化程度過低、運(yùn)行的可靠性低等問題的基礎(chǔ)上，又節(jié)約建設(shè)成本。因此，若電網(wǎng)的舊式變電站，若滿足綜自造條件，須全面對(duì)這些老式的變電站進(jìn)行綜自改造，以保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所謂的綜合自動(dòng)化改造就是指通過電力電子技術(shù)和現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)將舊式變電站的原有二次系統(tǒng)中所具備的項(xiàng)目進(jìn)行更新升級(jí)，使得信息可以上傳至監(jiān)控后臺(tái)和調(diào)控中心，使得信號(hào)等信息可以共享，使得變電站可以實(shí)現(xiàn)無人值守，通過遠(yuǎn)方的監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)站內(nèi)設(shè)備的遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙控、遙視等功能。某220kV變電站是該地區(qū)電網(wǎng)投運(yùn)較早的一個(gè)老式的變電站，變電站的一、二次設(shè)備都無法滿足現(xiàn)今電網(wǎng)的智能化水平，因此，很有必要對(duì)這座老變電站進(jìn)行改造升級(jí)，以保證該變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1、變電站一次設(shè)備的改造

由于投運(yùn)較早，該變電站許多電氣設(shè)備已逐漸老化，出現(xiàn)了各種故障，主要表現(xiàn)于冷卻器的、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等關(guān)鍵設(shè)備，需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行更換升級(jí)。

1.1變壓器冷卻器的改造

該變電站有一臺(tái)變壓器的冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，主要由風(fēng)扇、氣道、熱交換器等構(gòu)成。該冷卻器面積小，一旦運(yùn)行中出現(xiàn)問題，跳閘時(shí)間很快，可靠性無法滿足系統(tǒng)要求。 需要對(duì)冷卻器進(jìn)行改造，將老的強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷冷卻器更新為油浸自冷式冷卻器。油浸自冷式冷卻器應(yīng)用后，變壓器溫度可以大幅度降低，而且運(yùn)行噪音較少，不存在滲漏油現(xiàn)象，也不需要依靠站用電源。

1.2斷路器的改造

在變電站運(yùn)行維護(hù)過程中，倒閘操作是非常普通的，因此斷路器尤為重要，必須科學(xué)合理的應(yīng)用斷路器，例如斷路器的應(yīng)用一定要考慮運(yùn)行工作環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度；斷路器的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)都要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求等。因此，經(jīng)過對(duì)該變電站斷路器使用現(xiàn)狀的統(tǒng)計(jì)分析，以及考慮現(xiàn)場(chǎng)工作條件和資金等因素，決定全部更換為具有快速分合閘功能的彈簧操作機(jī)構(gòu)。

1.3隔離開關(guān)的改造

該變電站目前隔離開關(guān)采用的是水平斷口雙柱式的刀閘，這些刀閘也都具備了電動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式。但由于該變電站投運(yùn)年限較長(zhǎng)，站內(nèi)的這些戶外刀閘或多或少都出現(xiàn)了許多問題，有些刀閘在高負(fù)荷和高溫的時(shí)期就會(huì)出現(xiàn)過熱發(fā)紅的問題，有些刀閘則因?yàn)殚L(zhǎng)久以來的遇到過些許故障或雷電侵襲，導(dǎo)致觸頭有灼傷現(xiàn)象，直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。 因此，急需將站內(nèi)的隔離開關(guān)（刀閘）進(jìn)行全方位的更換，一次解決刀閘銹死、合不到位、高溫高負(fù)荷過熱等一系列問題，經(jīng)過分析比較，決定更換為GW4 型隔離開關(guān)（刀閘）。

1.4電壓互感器的改造

該變電站有一部分為前幾年更換過的電容式電壓互感器，但仍有一批非常陳舊的電磁式PT，在倒閘操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生諧振的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至有可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。經(jīng)過比較分析，結(jié)合各方面因素，最終決定將PT 拆掉，更換為電容式的 PT，防止諧振，而且電容式電壓互感器操作起來也比電磁式來的簡(jiǎn)單。

1.5電流互感器的改造

目前該變電站線路所用電流互感器大部分都是老式充油式電流互感器，雖然運(yùn)行情況良好，但是由于設(shè)備本身的質(zhì)量問題，導(dǎo)致部分電流互感器出現(xiàn)了一些問題，例如放電，滲、漏油等?？紤]投資成本，只需要將有缺陷的電流互感器進(jìn)行更換即可。

2、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的改造

繼電保護(hù)裝置的重要性不言而喻，雖然該變電站安全自動(dòng)裝置和繼電保護(hù)裝置都配置齊全，但是由于運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，主變壓器、220kV線路以及220kV母線保護(hù)裝置的靈敏性、可靠性和選擇性都存在許多問題，需要進(jìn)行改造升級(jí)。

2.1主變壓器保護(hù)裝置的改造

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司的雙套繼電保護(hù)裝置配置規(guī)定，結(jié)合該變電站站內(nèi)電網(wǎng)實(shí)際情況，最后決定為電力變壓器選用兩套配備同樣CPU插件的繼電保護(hù)裝置，可以獨(dú)立完成電流差動(dòng)保護(hù)功能以及變壓器三側(cè)的各側(cè)后備保護(hù)，這些主保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)功能都可通過軟件實(shí)現(xiàn)，而且電力變壓器的本體主保護(hù)都設(shè)置在獨(dú)立的操作機(jī)箱上。通過保護(hù)雙重化的原則配置，兩套主保護(hù)同時(shí)運(yùn)行，即使有一套出現(xiàn)問題，也不會(huì)失去保護(hù)，這就大大的提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定。

2.2220kV線路保護(hù)裝置的改造

與主變保護(hù)一樣，站內(nèi)的220kV線路保護(hù)也較落后，所有的出線和進(jìn)線采用的都是高頻保護(hù)，而高頻保護(hù)所使用的通信通道是高壓電力載波線路，該通道通常是受各種惡劣天氣的影響，會(huì)出現(xiàn)通道堵塞、中斷等問題。因此，根據(jù)保護(hù)裝置雙重化原則，決定保留其中的一套高頻保護(hù)，然后把另外較老的那一套改造為現(xiàn)在的主流產(chǎn)品——光纖差動(dòng)繼電保護(hù)裝置。既滿足了保護(hù)雙重化配置的要求，又提高了保護(hù)的可靠性，完成了預(yù)計(jì)的目標(biāo)。

2.3母線保護(hù)裝置的改造

原來母線差動(dòng)保護(hù)裝置為電磁式，存在的缺點(diǎn)和不足，并帶來了一些隱患，影響電網(wǎng)的安全運(yùn)行，隨著科技的發(fā)展，如今電力系統(tǒng)變電站內(nèi)的母線保護(hù)都慢慢換為了快速性、靈敏性、可靠性更高的危機(jī)型母線差動(dòng)保護(hù)設(shè)備。我們站內(nèi)的高壓220k V端的母線差動(dòng)我們遵循220k V母線差動(dòng)保護(hù)配置雙重化的原則，經(jīng)過研究比較、討論分析，最終決定將站內(nèi)220k V母線的母差繼電保護(hù)兩套都更換為微機(jī)型繼保裝置。

3、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的改造

一次設(shè)備和繼電保護(hù)裝置升級(jí)改造完成后，需對(duì)該變電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，通過多方面的分析比較，最終采用的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過對(duì)變電站的控制、保護(hù)、測(cè)量、“五防”、遠(yuǎn)動(dòng)、信息采集等實(shí)現(xiàn)設(shè)備的綜合自動(dòng)化管理，該系統(tǒng)主要由四臺(tái)遠(yuǎn)方后臺(tái)操作機(jī)、一臺(tái)連接防務(wù)閉鎖裝置的微機(jī)“五防”機(jī)、一臺(tái)遠(yuǎn)程工程師站機(jī)、一臺(tái)繼保自動(dòng)化部門的遠(yuǎn)動(dòng)主站、一臺(tái)GPS對(duì)時(shí)機(jī)和八組測(cè)控柜組成，所有這些設(shè)備全都是由雙套網(wǎng)路進(jìn)行連接，當(dāng)有一套網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)通信中斷等故障時(shí)，還能有一套通道互為備用，主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1站控層

站控層設(shè)備通過集中分布的組合式網(wǎng)絡(luò)，彼此溝通，采集各種消息，在間隔層將指令發(fā)出?？刂浦鳌湔镜墓δ芘c配置都是一樣的，

每個(gè)站都可以是主站，它們都擁有一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)動(dòng)態(tài)模擬和各測(cè)點(diǎn)的信息量開關(guān)站。系統(tǒng)正常運(yùn)行，一個(gè)站作為主站正常工作，另一個(gè)站作為備站備用，但是作為備用的站要同時(shí)監(jiān)視運(yùn)行主站的工況，互為備用。遠(yuǎn)程工程師站主要用于存儲(chǔ)和分析設(shè)備分散錄波的數(shù)據(jù)，該綜合自動(dòng)化設(shè)備中的自動(dòng)化遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)主要是完成變電站與監(jiān)控中心、調(diào)度中心的通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和調(diào)度對(duì)站內(nèi)的遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制。而“五防”工作站的主要功能是對(duì)遙控命令進(jìn)行防誤操作閉鎖檢查。

3.2間隔層

間隔層的各種元件可以不依靠獨(dú)立運(yùn)作的網(wǎng)絡(luò)，他們直接采集電壓互感器及電流互感器等現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備，運(yùn)行后直接識(shí)別開關(guān)的控制后，將故障信號(hào)傳送到控制設(shè)備動(dòng)作信息。該變電站綜自改造裝置采用先進(jìn)的微處理器的性能（MPC），現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）實(shí)現(xiàn)電參數(shù)的數(shù)據(jù)收集在一起。

3.3通信層

通信層將數(shù)據(jù)信息傳至網(wǎng)絡(luò)，所有的站控層設(shè)備可以共享數(shù)據(jù)和信息，站控層命令也可以通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到間隔層。該變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)所采用的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)支持540M電信號(hào)以太網(wǎng)和光纖以太網(wǎng)絡(luò)，通信協(xié)議采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，光纖系統(tǒng)連接的通信接口通過交換機(jī)完成。

4、結(jié)語(yǔ)

通過文章的分析可以看出，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造是一個(gè)整體性的過程，需要從每一個(gè)環(huán)節(jié)著手綜合考慮方案的經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性、可行性及有效性，從而提高綜自改工程項(xiàng)目的綜合效益。

參考文獻(xiàn)

［1］王俊.常規(guī)變電站綜合自動(dòng)化改造工程應(yīng)用研究［D］.華北電力大學(xué)，2015.