燕 立，吳袆瓊，王 芳

(北京國電華北電力工程有限公司，北京市，100120)

0 引言

特高壓輸電具有長距離、大容量、低損耗的優(yōu)勢，可以更好地滿足國民經(jīng)濟對電力的需要。特高壓已被列為國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要的優(yōu)先主題之一。特高壓輸電技術(shù)的復(fù)雜性以及它在電力系統(tǒng)中的作用，是其他電壓等級無法相比的[1-6]。

已成功投入商業(yè)運行的晉東南1000 kV變電站是特高壓試驗示范工程的重要部分，其設(shè)備和系統(tǒng)的控制、監(jiān)視方面有如下特點：（1）根據(jù)終期規(guī)模大、二次設(shè)備多、信息量大的特點，計算機監(jiān)控系統(tǒng)站控層采用了1000 MB雙以太網(wǎng)、主要站控層設(shè)備冗余配置及主要智能設(shè)備雙網(wǎng)口通信，來保證監(jiān)控信息的可靠性和實時性；（2）全站終期采用2套直流系統(tǒng)來保證重要二次設(shè)備的可靠供電及配置的合理性；（3）屋外配電裝置照明就地手動控制、自動控制及遠方智能控制方式方便運行巡視；（4）采用在線監(jiān)測及集成系統(tǒng)對1000 kV GIS、主變壓器及電抗器的運行狀態(tài)進行監(jiān)視和記錄。

1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

晉東南1000 kV變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 站控層采用1000 MB雙光纖以太網(wǎng)

在特高壓變電站中，終期規(guī)模比一般500 kV變電站大很多，相應(yīng)的繼電保護、二次監(jiān)控設(shè)備等配置數(shù)量及功能也不同于一般的500 kV變電站，具有信息量更大、保護小室距離更遠等特點?？紤]到數(shù)據(jù)流量大、傳輸距離遠和抗干擾的要求，晉東南1000 kV變電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)站控層采用1000 MB雙光纖以太網(wǎng)。

整套計算機監(jiān)控系統(tǒng)為分層、分布、開放式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在站控層以及各繼電保護小室與主控室之間采用1000 MB多模光纖以太網(wǎng)，構(gòu)成站內(nèi)一級主干網(wǎng)；在小室和主控室內(nèi)部設(shè)備之間采用100 MB/1000 MB屏蔽雙絞線以太網(wǎng)，構(gòu)成站內(nèi)二級主干網(wǎng)。以往一般的500 kV變電站，二次屏柜總數(shù)大約為220個，監(jiān)控系統(tǒng)站控層采用100 MB以太網(wǎng)可以滿足系統(tǒng)實時性和網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求。晉東南1000 kV變電站終期規(guī)模二次設(shè)備總數(shù)約為450個柜，其變電站規(guī)模、信息量及控制設(shè)備數(shù)量都是500 kV變電站的2倍以上，監(jiān)控系統(tǒng)站控層采用1000 MB以太網(wǎng)，可以提供更寬的帶寬、更好的網(wǎng)絡(luò)可靠性以及更快的應(yīng)用響應(yīng)時間，從而保證在變電站正常運行和電力系統(tǒng)事故時的可靠性和實時性；而且隨著變電站的自動化和智能化水平的進一步提高，1000 MB以太網(wǎng)還具有支持新應(yīng)用和新數(shù)據(jù)類型的能力。

1.2 繼電保護設(shè)備直接接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)

目前，大多數(shù)常規(guī)變電站的保護信息除重要的保護動作信息采用硬接點接入監(jiān)控系統(tǒng)測控單元外，更多詳細的信息是以報文方式通過單獨的總線或網(wǎng)絡(luò)上送保護故障信息子站，同時通過監(jiān)控系統(tǒng)各保護小室配置的公用接口裝置經(jīng)規(guī)約轉(zhuǎn)換后送至監(jiān)控系統(tǒng)。晉東南1000 kV變電站的各繼電保護裝置采用雙網(wǎng)口直接與監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)連接，從而更好地保證了保護信息上送的實時性和可靠性。

監(jiān)控系統(tǒng)支持多種方式接入各種智能設(shè)備。在保護小室，繼電保護裝置通過雙以太網(wǎng)將保護信息直接傳輸?shù)奖O(jiān)控系統(tǒng)，接口采用TCP/IP及網(wǎng)絡(luò)103通信協(xié)議，其他智能設(shè)備通過RS485接口接入各保護小室的公用接口裝置；在主控室中，所有計算機也全部直接上網(wǎng)。

1.3 冗余配置

為保證系統(tǒng)運行的可靠性，整個系統(tǒng)采用冗余配置。一是雙網(wǎng)冗余，整個系統(tǒng)提供雙物理鏈路，確保通道的可靠；二是雙機冗余，重要的計算機節(jié)點（比如系統(tǒng)服務(wù)器、操作員工作站、遠動工作站等）都是雙機配置；三是設(shè)備雙口冗余，上網(wǎng)設(shè)備都保證有2個以上的網(wǎng)卡。無論是單網(wǎng)故障還是網(wǎng)絡(luò)上單點故障，都不會影響系統(tǒng)全局，最大限度地保證系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性。

1.4 配置仿真培訓(xùn)工作站

配置了仿真培訓(xùn)工作站，能夠完成運行人員培訓(xùn)和變電站系統(tǒng)仿真。采用和實施計算機監(jiān)控系統(tǒng)一體化設(shè)計，能真實再現(xiàn)變電站的運行環(huán)境，模擬變電站的一次、二次系統(tǒng)及其設(shè)備和動作邏輯等，具有運行操作指導(dǎo)、事故分析處理、在線設(shè)備分析、聯(lián)合反事故演習(xí)、多媒體遠程培訓(xùn)等功能。

教員機、學(xué)員機獨立設(shè)置，便于培訓(xùn)和反事故演習(xí)工作的開展，另外通過硬件防火墻接至LAN網(wǎng)，可自動與計算機監(jiān)控系統(tǒng)核對設(shè)備狀態(tài)。

2 1000 kV主要設(shè)備在線監(jiān)測裝置

電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的運行維護工作，是實行“計劃檢修”。“計劃檢修”是按照高壓電氣設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程所規(guī)定的試驗周期，到期必須對電氣設(shè)備進行停電檢修。定期試驗不能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的故障隱患，而且停電試驗施加的試驗電壓低于運行電壓，對某些缺陷反應(yīng)不夠靈敏。

狀態(tài)檢修則是基于設(shè)備的實際工況，通過分析比較其在運行電壓下的各種特性參數(shù)的變化，來確定電氣設(shè)備是否需要檢修，以及需要檢修的項目和內(nèi)容，具有極強的針對性和實時性。此前沒有特高壓設(shè)備運行經(jīng)驗，也就沒有經(jīng)過實踐考驗的合理、明確的檢修周期。為確保交流特高壓關(guān)鍵設(shè)備的安全、可靠運行，對1000 kV主要設(shè)備包括變壓器和電抗器、GIS組合電器配置在線監(jiān)測和診斷裝置，通過對有關(guān)參數(shù)、信號的采集和分析，檢出內(nèi)部的初期故障及其發(fā)展趨勢。維護人員可根據(jù)檢出的數(shù)據(jù)進行綜合分析，診斷設(shè)備的狀態(tài)，及時檢修，減少損失，避免惡性事故的發(fā)生。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，對在線監(jiān)測技術(shù)提出了新的發(fā)展思路和方向。將WEB、Internet等新技術(shù)以及信息管理技術(shù)和先進數(shù)據(jù)庫技術(shù)等與在線監(jiān)測技術(shù)進行有機的集成，可更好地服務(wù)于電力系統(tǒng)的生產(chǎn)、運行與管理，為狀態(tài)維修體制的開展提供更有效的、更合理的、更科學(xué)的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐[7]。

以往的500 kV變電站的在線監(jiān)測裝置大部分是針對已運行設(shè)備進行設(shè)計并安裝。運行設(shè)備有的可安裝和抽取信號，有的則不能；另外還有一些變電站，根據(jù)在線監(jiān)測功能和性質(zhì)的不同，對不同種類的設(shè)備采用不同廠家的在線監(jiān)測裝置及系統(tǒng)，變電站沒有一個統(tǒng)一的運行、管理平臺，給運行維護帶來很大不便。

晉東南1000 kV變電站在主要一次設(shè)備訂貨時就考慮了在線監(jiān)測功能，并由一次設(shè)備生產(chǎn)廠在設(shè)備生產(chǎn)、組裝過程中提供并安裝探頭、傳感器等，便于在線監(jiān)測功能的實現(xiàn)和檢測的準(zhǔn)確。晉東南1000 kV變電站還另外配置了集成在線監(jiān)測系統(tǒng)，不同生產(chǎn)廠提供的各種類型裝置分別通過串口或以太網(wǎng)方式接入此集成系統(tǒng)，變電站運行及維護人員通過此系統(tǒng)對全部被監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)進行分析判斷，提高運行的智能化水平、管理水平和效率。晉東南1000 kV變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示，變電站主要設(shè)備在線監(jiān)測系統(tǒng)主要配置及功能如下。

（1）主變壓器和1000 kV電抗器。配置油色譜、微水在線監(jiān)測裝置及1000 kV套管在線監(jiān)測裝置，監(jiān)測變壓器、電抗器油中CO2、C2H4等8種氣體含量或微水的含量以及1000 kV套管泄漏電流、介質(zhì)損耗等，另外還配置前置機(工控機)，由油色譜、微水在線監(jiān)測裝置及套管在線監(jiān)測裝置通過光纖及RS485接口與前置機通信。前置機上安裝診斷軟件對采集數(shù)據(jù)進行分析診斷，同時前置機將診斷結(jié)果以一定的文件格式上送在線監(jiān)測集成系統(tǒng)。

（2）1000 kV GIS。由GIS設(shè)備供貨方提供的在線監(jiān)視裝置包括氣體壓力傳感器、溫度傳感器、各種電流傳感器、指令檢出傳感器及自動監(jiān)視單元，通過這些傳感器及斷路器的主觸頭輔助接點、電阻觸頭輔助接點，經(jīng)自動監(jiān)視單元NCT的采集、處理，可監(jiān)視斷路器的開合特性、斷路器主觸頭的損耗量；GIS內(nèi)部發(fā)生事故時，根據(jù)氣體壓力傳感器的信息鎖定事故部位；從斷路器電阻的溫度中算出到可能操作為止的待機時間，從而實現(xiàn)對GIS組合電器設(shè)備的局部放電、SF6氣體密度、開關(guān)待機時間等的在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析診斷及報警功能。

（3）在線監(jiān)測集成系統(tǒng)。由各變電站監(jiān)控系統(tǒng)供貨方提供1套獨立的集成式在線監(jiān)測后臺系統(tǒng)，包括1000 kV繼電器小室、主變小室的通信單元、交換機、計算機室和主控制室的交換機和在線監(jiān)測工作站。各種類型在線監(jiān)測裝置分別通過串口或以太網(wǎng)方式與各小室通信單元通信，由通信單元對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，然后通過雙光纖以太網(wǎng)上送站控層在線監(jiān)測工作站，工作站對數(shù)據(jù)的遙測越限告警進行判斷和曲線圖顯示等。對于告警信息，工作站實現(xiàn)告警信息登簡報窗、歷史庫以及光字告警圖顯示，并完成數(shù)據(jù)的存儲、統(tǒng)計、分析報表、打印等功能。整套系統(tǒng)滿足了各主要設(shè)備在線監(jiān)測的技術(shù)要求，系統(tǒng)功能完善，任務(wù)分工明確，確保了系統(tǒng)通信的實時性和可靠性，為監(jiān)視設(shè)備運行狀態(tài)，保證變電站安全、可靠運行起著重要的作用。

3 相對分散配置的直流系統(tǒng)

以往的多數(shù)500 kV變電站配置1套直流系統(tǒng)就能滿足全站的直流負荷供電要求，而本工程最終規(guī)模占地約160000 m2，相當(dāng)于普通500 kV變電站占地的3倍，直流電源供電距離相當(dāng)長，且設(shè)備數(shù)量多、消耗功率大、負荷電流大。在這種情況下，為滿足終期規(guī)模要求而采用傳統(tǒng)方式將會帶來蓄電池容量過大、供電電纜長、電纜截面大等。為解決此問題，在本變電站采用了相對分散的方式配置2套直流系統(tǒng)。直流系統(tǒng)1：500 kV、主變、無功補償及公用設(shè)備配置1套，布置于主變及無功繼電器小室1內(nèi)，其容量和供電范圍相當(dāng)于500 kV變電站；直流系統(tǒng)2：1000 kV部分配置1套，布置于1000 kV第2繼電器小室內(nèi)。由于初期1000 kV只有2臺斷路器和1回線路，直流負荷容量較小，二次設(shè)備布置于1000 kV繼電器小室1內(nèi)，直流系統(tǒng)2及1000 kV繼電器小室2均可以暫時不建，初期1000 kV繼電器小室1直流分電柜電源由直流系統(tǒng)1供電，待今后擴建1000 kV線路時同時擴建1000 kV繼電器小室2和直流系統(tǒng)2，再將1000 kV繼電器小室1分電柜電源接線進行切改。這樣既可以減少初期投資及維護工作量，同時又使得直流系統(tǒng)2設(shè)于1000 kV直流負荷的中心位置，盡量縮短供電距離。整個系統(tǒng)更加合理、可靠、經(jīng)濟，力求資源利用最大化[8]。

采取以上相對分散的配置方式，還使各主要回路供電容量及供電距離適中，直流主屏的饋線開關(guān)和分電柜開關(guān)等上、下級參數(shù)配合較容易，電纜截面不大，工程實施容易。正式投產(chǎn)后，設(shè)備運行良好。

4 變電站屋外照明控制系統(tǒng)

晉東南變電站提供更加豐富的變電站屋外照明控制方式，使照明控制更加靈活和人性化，滿足運行巡檢的多種要求。照明控制原理如圖3所示。

（1）照明控制系統(tǒng)由就地照明箱和主控通信樓的遠方智能控制屏組成。

（2）就地照明箱根據(jù)配電裝置的功能對屋外照明相應(yīng)地分區(qū)、分回路，并實現(xiàn)自動控制、就地控制和遠方控制的切換。

（3）遠方智能控制屏提供遠方控制終端及觸摸屏式的人機交互界面，在遠方控制模式下對各照明分區(qū)逐一控制。

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