場站110kV主變非電量信號系統(tǒng)集成設(shè)計與實現(xiàn)

邱秀金 楊勇軍 姜宏偉 單宏偉

（中國工程物理研究院，四川 綿陽 621907）

某單位有一座110kV變電站，有2條來自于不同220kV變電站的110kV架空電源線和1條110kV保安電源線，站內(nèi)有2臺主變，系統(tǒng)圖如圖1所示。為滿足供電轄區(qū)內(nèi)日益增多的電氣設(shè)備對電能的需求，于2014年實施#1主變擴容改造工程。

電建公司完成原有主變拆除、阿爾斯通主變安裝，并按照GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗標準》的要求，完成主變過負荷、復壓閉鎖過流、復壓閉鎖低電壓、差動過流、差動速斷、諧波、非電量及 10kV電力電纜等試驗。試驗結(jié)果及調(diào)度中心組織的驗收，表明#1主變擴容工程具備送電條件。

根據(jù)電氣調(diào)度命令，進行#1主變試送電。變電站值班人員無法合上#1主變的高壓側(cè)斷路器161和低壓側(cè)斷路器831，遂查找原因并尋求解決方案。

1 原因分析

鑒于監(jiān)控系統(tǒng)沒有給出明確的故障提示，采取分析和排除兩種方法，查找故障的本質(zhì)原因。最終，確認為主變非電量保護動作，導致高、低壓兩側(cè)斷路器無法正常合閘[1]。

1.1 有載調(diào)壓重瓦斯試驗按鈕試驗后未復原

電建公司在完成#1主變二次接線后，按照規(guī)程進行主變非電量保護試驗。試驗人員在主變端按下帶自鎖功能的有載調(diào)壓重瓦斯試驗按鈕，驗證有載調(diào)壓重瓦斯保護正常后，沒有將試驗按鈕復歸，故無法合上主變的高、低壓斷路器。

1.2 沒有將主變非電量信號接入后臺監(jiān)控系統(tǒng)

在#1主變擴容改造之前進行的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)（supervisory control and data acquisition,SCADA）升級改造，因為通信規(guī)約不匹配[2]，沒有將主變的非電量保護信號引入 SCADA系統(tǒng)，所以有載調(diào)壓重瓦斯信號人為接通后，變壓器本體保護裝置內(nèi)調(diào)壓重瓦斯跳閘及信號回路接通，無法合上主變高、低壓側(cè)斷路器，SCADA系統(tǒng)沒有顯示有載調(diào)壓重瓦斯遙信接通，也沒有給出告警信號提示現(xiàn)場人員檢查有載調(diào)壓瓦斯繼電器。

圖1 110kV變電站系統(tǒng)圖

2 非電量信號系統(tǒng)改造設(shè)計與集成

分析該站主變非電量信號原來接入情況，發(fā)現(xiàn)引自主變的非電量信號均接入變壓器本體保護裝置，非電量信號由本體保護裝置通過西門子S7-200可編程控制器后，由RS-485總線傳送至SCADA系統(tǒng)。鑒于通信協(xié)議原因，在本站進行綜合自動化系統(tǒng)改造時，未能將非電量信號接入SCADA系統(tǒng)。

我們決定實施主變非電量保護信號系統(tǒng)改造，以便將 SCADA系統(tǒng)能實時顯示非電量信號，并在非電量保護動作時準確發(fā)出告警信號[3-4]。

2.1 加裝測控裝置

經(jīng)過充分論證，在變電站后臺系統(tǒng)改造增加的輔助通信柜內(nèi)增加一臺PSR 661U綜合測控裝置。在保證站內(nèi)施工人員人身安全和站內(nèi)設(shè)備運行安全的前提下，自輔助通信柜分別敷設(shè)兩根 KVV2237×1.5電纜至兩臺主變保護控制柜。按照綜合布線規(guī)范的要求掛好電纜標識牌和導線標號后，將兩臺主變的本體重瓦斯、調(diào)壓重瓦斯、本體輕瓦斯和調(diào)壓輕瓦斯等非電量信號接入綜合測控裝置的遙信接線端子[5-6]，主變非電量信號系統(tǒng)接入裝置的原理圖如圖2所示。

鑒于此次進行非電量信號系統(tǒng)集成的場站帶有一定數(shù)量的一級負荷，因而要求信號系統(tǒng)的集成施工不能影響整個場站的安全運行，且要求所集成的信號系統(tǒng)必須滿足選擇性、速動性、靈敏性和可靠性等4個電力系統(tǒng)繼電保護原則。為此，施工前，必須認真分析原有屏柜的控制原理圖、接線圖和端子排圖，厘清重瓦斯、輕瓦斯、壓力釋放、油溫高、油位低和風冷消失等非電量信號接入信號系統(tǒng)的原理，以及保護屏柜端子排上引自變壓器傳感器的各信號線的具體端子排號。掌握詳實的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，制定切實可行的施工方案。施工期間，必須按照擬定的施工方案，按照規(guī)范敷設(shè)主變保護屏柜至新增的安裝有測控裝置的測控屏柜的KVV2237×1.5控制電纜，校線后立即按照規(guī)范穿好控制導線的線號。完成上述工作之后，按照《綜合布線系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)范》GB 50311的要求，實施控制電纜接線，并確認所有接入的導線正確無誤。

圖2 主變非電量信號接入原理圖

2.2 組網(wǎng)

完成變壓器本體保護裝置與綜合測控裝置兩端的二次接線，僅能實現(xiàn)變壓器本體保護裝置將非電量保護信號傳送至綜合測控裝置。為此，關(guān)鍵還需要實現(xiàn)綜合測控裝置與原有 SCADA系統(tǒng)的通信。經(jīng)過分析，利用綜合測控裝置的RJ45通信口，用以太網(wǎng)線與交換機連接，實現(xiàn)了改造新增裝置與SCADA系統(tǒng)的組網(wǎng)，改造后變電站通信拓撲圖如圖3所示。

施工期間，為了確保 SCADA系統(tǒng)能可靠接收來自主變各非電量傳感器的信號，以保證場站主變的安全可靠運行，必須保證通過以太網(wǎng)接入SCADA系統(tǒng)的非電量信號信號衰減在系統(tǒng)允許范圍。為此，在信號回路增加一臺交換機。

2.3 SCADA系統(tǒng)組態(tài)

完成所有的硬件安裝、連接及設(shè)備組網(wǎng)后，需要二次開發(fā)變電站SCADA系統(tǒng)[7]。進入SCADA系統(tǒng)公用測控遙信子系統(tǒng)，完成設(shè)備編號、設(shè)備類型、規(guī)約類型、設(shè)備名稱和通信地址等參數(shù)數(shù)據(jù)庫定義，然后將開入量與接入 SCADA系統(tǒng)的主變非電量信號進行鏈接，組態(tài)后 SCADA系統(tǒng)主變非電量畫面如圖4所示。

2.4 調(diào)試

為了確保后臺能實時顯示非電量保護的狀態(tài)，并及時警告變電運行值班人員非電量保護信號遙信變化情況，必須驗證主變非電量保護信號線接入和后臺組網(wǎng)時數(shù)據(jù)鏈接的正確性。通過試驗和調(diào)試，確認變電站 SCADA系統(tǒng)中各非電量信號與主變的非電量信號一一對應，以及遙信和告警可靠[8]。

3 結(jié)論

變電站的作業(yè)關(guān)系重大，作業(yè)人員必須采取慎之又慎的工作態(tài)度，方能確保作業(yè)人員、供電設(shè)備和供電的安全[9-10]。實施 110kV變電站主變非電量信號引入SCADA系統(tǒng)改造，能在SCADA系統(tǒng)中實時顯示非電量狀態(tài)，并在本體和有載調(diào)壓瓦斯等信號發(fā)生變位時予以顯示、告警及保護，加強主變的保護，能有效減少運行維護人員查找和處理故障的時間，提升出現(xiàn)主變非電量故障后恢復供電的速度，在一定程度上提升變電站的運行安全性和可靠性。

圖3 110kV變電站通信拓撲圖

圖4 SCADA系統(tǒng)主變非電量畫面