變電站一鍵順控改造二次電纜使用問題探討

熊坤 趙科 秦超 楊舒萍 傅興強

中國南方電網(wǎng)有限責任公司云南電網(wǎng)有限責任公司曲靖供電局 云南 曲靖 655000

引言

隨著電網(wǎng)“三統(tǒng)一、兩強化”的改革，現(xiàn)階段運行人員運維的變電站數(shù)量增加，由于配網(wǎng)可靠性低，缺陷、故障較多，所需的倒閘操作量隨之增加，運行人員的工作量急劇上升。按照現(xiàn)在的模式從接到操作調(diào)令到操作票的辦理，五防校驗，傳統(tǒng)的唱票、復誦，到操作票的歸檔，監(jiān)督視頻的閉環(huán)，一個操作任務(wù)所需時間較長，效率低，無形中增加了較大的工作量。

在上述問題的驅(qū)動下，如何尋找一條既能保證安全，又能提高操作效率的思路促使一鍵順控變電站應(yīng)運而生。

1 面對的問題

一鍵順控技術(shù)，將物聯(lián)網(wǎng)和自動控制系統(tǒng)、智能識別技術(shù)、先進的傳感技術(shù)綜合利用于變電倒閘操作，代替了繁復且效率較低的人工填寫操作票為主的倒閘操作模式轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮黜椖寇浖A制、操作內(nèi)容模塊式搭建、設(shè)備狀態(tài)自動判別、防誤聯(lián)鎖智能校核、操作任務(wù)一鍵啟動、操作過程自動順序執(zhí)行的一鍵順控模式，大幅減少無效勞動，大幅降低誤操作風險，大幅提升效率和效益[1]。

但諸多功能的實現(xiàn)，意味著所需要的回路增加了，需要的遙測遙信增多了，需要控制的元器件變多了，造成電纜使用較多，讓后期維護難，缺陷處理不易，也會導致寄生回路增加，回路串電，直流接地頻發(fā)等。

針對一個35kV變電站有3個35kV線路間隔、3個母線TV間隔、7個10kV出現(xiàn)間隔就用了一千多根電纜。這個電纜使用量達到了一個110kV變電站的電纜使用量。其中包括傳統(tǒng)的回路，增加了隔離開關(guān)遙控、遙信、閉鎖回路的電纜，斷路器控制電源、儲能電源空氣開關(guān)的遙控、遙信、勵磁電源電纜，以及隔離開關(guān)、接地刀閘的電機電源、控制電源空氣開關(guān)的遙控、遙信、勵磁電源電纜。對于一個常規(guī)的35kV線路間隔將要增加50根的電纜，那么多的電纜使用既增加了經(jīng)濟成本，同時增加了施工難度，面對運行時間長的老站，其本身的早期規(guī)劃就很局限，電纜溝狹窄，土建增加的同時還要保證運行間隔的正常運行，其工作量不僅大，而其使用較多電纜的使用也束縛了后期的設(shè)備檢修，增加運維難度，導致缺陷頻發(fā)。為此，文章在依托相關(guān)規(guī)程的基礎(chǔ)上提出了以下三點實施方案。

2 解決方案

2.1 遙控空氣開關(guān)集中組屏

本文主要介紹的是西門子5ST3056遠控模塊,其模塊需要DC220V或是AC220V的勵磁電源，遠程控制由外部無源節(jié)點控制（COM公共端，ON合閘，OFF分閘），輔助觸點一開一閉（21、22、23端子），報警觸點一開一閉（11、12、13端子），如圖1 遠控模塊原理圖所示。

圖1 遠控模塊原理圖

按照一個普通35kV間隔所需的遠控模塊數(shù)量將達到10個及以上，一個10kV出線間隔所需的遙控模塊將有4個（斷路器的儲能及控制電源空氣開關(guān)、底盤車控制模塊、接地刀閘控制模塊電源空氣開關(guān)）需要的長電纜將很多，故將全站的遙控空氣開關(guān)像交流饋線、直流饋線統(tǒng)一組屏的方式將大大減少長電纜的使用。

在此基礎(chǔ)上還將測控裝置和遙控空開同屏配置又減少了連屏電纜的使用，使用較短的電纜通過端子排就可以連接至測控裝置采集其位置、報警信號，并控制遙控空開的分合。其優(yōu)點是同屏配置讓回路一目了然，缺點是同屏配置了太多空開在檢修或人為操作過程中會誤斷運行空氣開關(guān)。

2.2 預制電纜在一鍵順控變電站的運用

通過航空插頭在10kV手車斷路器中的運用，能達到快速插拔使用的目的，以及移動變電站通過預制電纜優(yōu)化其電流、電壓回路，控制及信號回路的啟發(fā)，研究一次設(shè)備本體到轉(zhuǎn)接柜采用統(tǒng)一標準的航空插頭，并通過預制電纜連接的解決方案。從而減少順控變電站回路較多，電纜雜亂等問題。

（1）傳統(tǒng)的變電站兩端采用端子連接，這種連接方式會帶來以下問題：

（1）這種連接方式的兩端均需要人工手動壓接線鼻子，此方式不僅效率低下，而且不同的施工工藝會導致線鼻子沒和線芯完全連接，形成需接，在運行中可能會脫落，影響設(shè)備正常運行。

（2）對于順控變電站所需的回路較多，端子使用量較大，端子不僅縱向排列，還需橫向布置，占用柜內(nèi)空間，長時間運行可能造成松動，甚至使電纜脫出端子[2]。

（2）航空插頭簡介

航空顧名思義其初運用于航空、飛機制造領(lǐng)域。在很多工業(yè)范圍需要將多根電纜線芯集合成一根電纜來使用，從而達到傳輸多路電信號的目的，同時還要求預制電纜能夠在其接口處快捷的連接和斷開，方便運維和檢修。航空插頭的類型分為如下幾類：

1）按外形可分為圓形航空插頭、矩形航空插；

2）按連接方式可分為螺紋連接、卡口（快速）連接、卡鎖連接、推拉式連接和直插式連接等；

3）按接觸體端連接形式可分為壓接、焊接、繞接和螺釘（帽）固定插頭；

4）按環(huán)境保護可分為耐環(huán)境航空插頭和普通航空插頭。

（3）航空插頭的運用

對于一個普通的35kV線路間隔一次設(shè)備到就地轉(zhuǎn)接柜，通過預制電纜到對側(cè)保護裝置轉(zhuǎn)接柜，可分為斷路器控制、儲能電纜各1根、2把隔離開關(guān)、2把接地開關(guān)的控制及電源電纜4根、10個遙控空開的控制及勵磁電源1根，斷路器信號、刀閘/接地大信號、遙控空開信號電纜各1根、CT 1根及PT 1根。一個一鍵順控線路間隔共12根預制纜。上述提到一個35kV一鍵順控線路間隔需要過100根電纜，更換成預制電纜后，長電纜的使用將減少90%，節(jié)約了成本，同時還減少了后期檢修的難度。

（4）航空插頭的優(yōu)點

1）便于施工，降低人力成本。適用于停電時間段，亟須完成快速改造后投運的變電站；

2）航空插頭適應(yīng)性強。能耐高溫、受低溫，防腐、防潮，對于惡劣、重污染環(huán)境有良好的適應(yīng)能力；

3）單位密度大，一個插頭可接64芯線以上；

4）連接牢固。插座和插針的設(shè)計，加上工藝的發(fā)展使其連接牢固，不易脫落，同時還可以防止誤接線。

2.3 智能變電站和一鍵順控變電站相結(jié)合

（1）智能變電站簡介

在科技迅速發(fā)展的時代，隨著電子設(shè)備的硬件發(fā)展、軟件升級。變電站的整體構(gòu)架、通信標準逐漸統(tǒng)一。在國家智能電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略的推動下，智能變電站建設(shè)終將開啟新篇章。智能化變電站是基于智能化、一體化的電氣設(shè)備，以IEC61850規(guī)約的構(gòu)建標準， 網(wǎng)絡(luò)化傳遞信息，可互通同享的站內(nèi)設(shè)備及其功能信息平臺等構(gòu)建的變電站。

（2）智能站和一鍵順控站比較

觀察組經(jīng)過護理后的焦慮量評分(24.41±5.25)分和抑郁量評分(25.55±4.46)分明顯低于對照組經(jīng)過護理后的焦慮量評分(36.68±6.42)分和抑郁量評分(36.68±6.72)分(P<0.05),詳見表1。

1）傳統(tǒng)變電站結(jié)構(gòu)

相對于傳統(tǒng)變電站的模式，傳統(tǒng)變電站的模擬量采集是通過電纜連接CT、TV實現(xiàn)的，開入開出又是通過電纜連接到一次設(shè)備斷路器、刀閘。為了節(jié)約電纜下面將介紹合并單元和智能終端的加入，對我現(xiàn)狀的改變。

2）合并單元的TMU和ETMU模式介紹

智能變電站中引入了合并單元和智能終端，合并單元與電子式互感器配合，將電流、電壓信號轉(zhuǎn)換成光信號，通過光纖直接送給保護測控裝置、過程層交換機。智能變電站不斷發(fā)展壯大，針對使用電磁式互感器的變電站，就出現(xiàn)了TMU和ETMU兩種不同的模式[3]。

①ETMU模式

ETMU：電子式互感器+合并單元（Electronic Transforners&Merging Unit），這種也叫智能化一次設(shè)備；

為了將電子式互感器應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)，關(guān)鍵技術(shù)就是要解決一次設(shè)備電流互感器、電壓互感器的接口與保護、測控裝置設(shè)備之間的問題，合并單元正是數(shù)字接口的主要組成部分。合并單元將電子式互感器的電氣量采集后合并處理，按照規(guī)定的幀格式傳送給二次設(shè)備。

以 IEC 61850-9-2 協(xié)議的報文通過光纖直傳或網(wǎng)絡(luò)方式傳送給保護、 測控等智能設(shè)備。合并單元與保護之間采用專用光纖按點對 點采樣，與測控、表計、故障錄波等按網(wǎng)絡(luò)模式采樣。

②TMU模式

TMU：電磁式互感器+合并單元（ Transforners &Merging Unit），這種是采用傳統(tǒng)電磁式互感器，稱為一次設(shè)備智能化。以上不同的方式會是合并單元功能的不同。

對于傳統(tǒng)的電磁式互感器，采集二次電流、電壓將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，以IEC61850-9-2的幀結(jié)構(gòu)將電流、電壓信號合并并處理傳輸給間隔層設(shè)備。

3 實際運用效果

基于網(wǎng)采網(wǎng)跳的模式，通過上述簡圖可以看到利用合并單元，將電流、電壓的模擬量信號集中起來，通過光纖就完成了SV采樣，這個過程僅僅需要2根光纖就代替諸多電纜的使用。智能終端的加入，又取代了傳統(tǒng)的開入開出通過長電纜連接的方式，也是2根光纖就完成遙信采集，遙控執(zhí)行[4]?？傮w來看，將一鍵順控變電站和智能變電站的融合，將帶來很大收益

使用光纜代替可以大量的節(jié)約電纜，降低成本；

減少停電時間，提高工期以及后期的運維成本；

（3）實現(xiàn)信息共享，便于擴展，減少后期投資；

（4）光纜代替電纜，不會出現(xiàn)端子松動、發(fā)熱、開路、短路的危險，變電站安全運行水平再上一個臺階。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過遙控空開及測控裝置的集中組屏、預制電纜的使用、智能變電站和一鍵順控變電站的結(jié)合，從不同角度，極大地降低了長電纜的使用，提高了施工效率，降低了運維成本。目前依據(jù)35kV新寨變電站施工經(jīng)驗，將對未來的順控站改造提供參考價值。與此同時，將智能站和程序化操作變電站結(jié)合，也是很有前景的發(fā)展方向，其技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟效益不可估量。此外，當前一鍵順控變電站的建設(shè)與改造仍然存在的些許問題，亟待各方力量合力解決。