紫金礦業(yè)建設(shè)有限公司 胡朝輝

變電站是電力系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，隨著超高壓遠(yuǎn)距離輸電出現(xiàn)，依靠原來人工操作等舊技術(shù)裝備不能適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)計算機(jī)管理模式的需求。傳統(tǒng)變電站存在安全性不能滿足電力系統(tǒng)要求，不適應(yīng)電力系統(tǒng)快速計算控制要求等缺點。變電站自動化系統(tǒng)是利用微機(jī)組成自動化系統(tǒng)，代替常規(guī)控制屏與遠(yuǎn)動屏，改變常規(guī)繼電保護(hù)裝置的缺陷，加快變電站自動化系統(tǒng)改造非常必要。

1 110kV變電站自動化系統(tǒng)改造研究

1.1 變電站自動化系統(tǒng)

變電站自動化系統(tǒng)是在計算機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展的微機(jī)控制系統(tǒng)，主要由多個保護(hù)單元等設(shè)備組成，可方便解決傳統(tǒng)變電站二次系統(tǒng)存在的問題[1]。變電站自動化系統(tǒng)具有分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，測量顯示數(shù)字化、通信手段多元化等特征。變電站自動化優(yōu)點體現(xiàn)在在線運行可靠性高、運行管理自動化水平高，有利于減少控制電纜方便維護(hù)調(diào)試。

變電站監(jiān)控系統(tǒng)自動化是在微電子技術(shù)等基礎(chǔ)上發(fā)展的微機(jī)控制系統(tǒng)，具有抗干擾能力強(qiáng)、操作簡單等特點。隨著微機(jī)保護(hù)單元功能的完善，變電站自動化技術(shù)快速發(fā)展[2]。七十年代日本研制出首套數(shù)字式保護(hù)控制系統(tǒng)SDC-I，八十年代后研究變電站自動化國家公司不斷增多。我國變電站自動化控制系統(tǒng)最初為解決傳統(tǒng)變電站二次保護(hù)可靠性低等問題，初期變電站自動化增加計算機(jī)管理功能，九十年代后不同原理功能的微機(jī)保護(hù)裝置投入運行，變電站二次回路系統(tǒng)微機(jī)化進(jìn)程加快。繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)入微機(jī)時代，微機(jī)保護(hù)單元對供電系統(tǒng)回路實現(xiàn)微機(jī)化控制保護(hù)，可對自主本回路保護(hù)測控，為實現(xiàn)變電站自動化提供條件。

1.2 110kV變電站自動化系統(tǒng)升級的必要性

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各地區(qū)電網(wǎng)容量不斷增大。傳統(tǒng)變電站存在實時計算控制性差、無法滿足管理員快速掌握信息需求、維護(hù)工作量大等問題。變電站自動化系統(tǒng)是計算機(jī)等技術(shù)引入變電站二次系統(tǒng)，對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要意義。

上世紀(jì)末供電局運用變電站自動化技術(shù)對常規(guī)變電站進(jìn)行技術(shù)改造，目前綜合自動化系統(tǒng)存在很多不足，變電站運行時間長導(dǎo)致不能滿足供電局對電網(wǎng)穩(wěn)定運行要求。110kV變電站擔(dān)負(fù)黨政軍首腦機(jī)關(guān)等重要用戶供電，配電裝置為GIS設(shè)備，電氣主接線為內(nèi)橋接線方式，配電裝置接線為內(nèi)橋方式，110kV進(jìn)線采用架空形式，配電裝置采用XGN2固定成套開關(guān)柜，全站二次保護(hù)監(jiān)控設(shè)備運行多年，進(jìn)行變電站自動化技術(shù)改造非常必要，體現(xiàn)在有助于提高設(shè)備供電可靠性、滿足負(fù)荷發(fā)展需求。10kV開關(guān)柜柜體陳舊，主變開關(guān)柜內(nèi)刀閘采用老式GN22型隔離刀閘，主母線發(fā)熱嚴(yán)重影響城區(qū)重要用戶供電。二次保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備運行多年，發(fā)生故障無法快速解決。圖像監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備與現(xiàn)有地調(diào)設(shè)備接口不同，需增加電能集中處理器。變電站自動化系統(tǒng)升級有利于滿足附近負(fù)荷增長需求。

2 110kV變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計

我國變電站自動化自九十年代開始，城鄉(xiāng)低電壓變電站開始使用自動化技術(shù)，220kV以上超高壓變電站自動化改造有效控制運行成本。隨著技術(shù)的發(fā)展，一次設(shè)備在線狀態(tài)檢測等為實現(xiàn)變電站控制自動化提供技術(shù)基礎(chǔ)。變電站自動化系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)分為網(wǎng)絡(luò)層與間隔層，根據(jù)功能分為監(jiān)控及遠(yuǎn)程通信等部分。當(dāng)前變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式包括集中式與分散式模式，變電站自動化系統(tǒng)設(shè)計要求有可靠通信網(wǎng)絡(luò)，保證較高可靠性，滿足無人值班要求。

2.1 變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案

某單位自備變電站廠內(nèi)設(shè)110kV總降，電氣主接線形式為進(jìn)線3回。10kV出現(xiàn)負(fù)荷進(jìn)線就地?zé)o功補(bǔ)償，主變接在10kV母線兩段，安裝干式變壓器兼站用變壓器。安裝消弧線圈容量為400kVA，10kV短路電流較大，不允許低壓側(cè)合環(huán)運行。110kV變電站采用常規(guī)設(shè)備，全站一二次設(shè)備及自動化裝置老化嚴(yán)重，不能滿足優(yōu)質(zhì)可靠供電的需求。目前變電站使用傳統(tǒng)繼電保護(hù)設(shè)備，變電站內(nèi)2臺110kV電壓等級三圈式強(qiáng)迫油循環(huán)主變，10kV電壓等級兩段母線帶有13條出線。周邊區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展增加電力需求，為改善脆弱電網(wǎng)結(jié)構(gòu)提高供電可靠性急需改造建設(shè)110kV變電站。

圖1 數(shù)字化變電站邏輯結(jié)構(gòu)

變電站按無人值守自動化設(shè)計，系統(tǒng)包括站內(nèi)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、交流采樣樣測單元等。變電站自動化系統(tǒng)發(fā)展與集成電路技術(shù)等密切相關(guān)，自動化系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生變化，國內(nèi)外變電站自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式包括集中式與分層分布式結(jié)構(gòu)。結(jié)合110kV變電站實際情況，工藝擴(kuò)產(chǎn)必須對供電系統(tǒng)改造滿足生產(chǎn)需要。智能監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，分為站級管理層與間隔層，系統(tǒng)要求具備數(shù)據(jù)采集處理、與中心監(jiān)控中心通訊、實時刷新全站主接線圖，分布式單元機(jī)箱具有自動在線診斷功能。

110kV變電站自動化系統(tǒng)目的是將供電系統(tǒng)拓展為開放式系統(tǒng)，提高系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化信息化水平，保證供電系統(tǒng)可靠運行。自動化系統(tǒng)提供完整的智能化監(jiān)控系統(tǒng)，完成對輸配電線路自動監(jiān)控保護(hù)，實現(xiàn)高中低壓設(shè)備智能化監(jiān)控集成，通過高速分層數(shù)據(jù)存儲與信息交換技術(shù)集成后數(shù)據(jù)資源。供電配自動化系統(tǒng)包括中央管理層與間隔層建設(shè)內(nèi)容，系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括軟硬件與網(wǎng)絡(luò)平臺，建設(shè)重點包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通訊平臺，微機(jī)保護(hù)與數(shù)據(jù)采集等。

2.2 110kV變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)

110kV變電站自動化供電系統(tǒng)微機(jī)工程提供智能化監(jiān)控系統(tǒng)，完成對主要設(shè)備的自動監(jiān)控保護(hù)，采用簡易中文圖形人機(jī)界面，實現(xiàn)微機(jī)電子控制技術(shù)與電力系統(tǒng)的緊密結(jié)合，使用可擴(kuò)展方法庫支持用戶分類應(yīng)用，開放系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)接口，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在更高層次實現(xiàn)企業(yè)信息集成。結(jié)合供電系統(tǒng)實現(xiàn)實際情況，微機(jī)保護(hù)工程建設(shè)內(nèi)容包括中心與站級管理層。

變電站自動化系統(tǒng)實現(xiàn)功能包括監(jiān)控、電壓綜合控制等。變電站自動化技術(shù)以通信技術(shù)為基礎(chǔ)，大部分根據(jù)實際情況設(shè)計，主要功能包括數(shù)據(jù)采集處理功能、圖形顯示功能、系統(tǒng)發(fā)生故障分析判斷功能等。變電站自動化設(shè)計應(yīng)結(jié)合設(shè)計情況，要求保護(hù)與測控單元設(shè)備接口可采用串行口；系統(tǒng)功能配置應(yīng)滿足無人值守總體要求，應(yīng)全面代替常規(guī)二次設(shè)備。自動化應(yīng)具備可靠性高的特點，具有良好擴(kuò)展性與適應(yīng)性，系統(tǒng)要具有良好的標(biāo)準(zhǔn)化程度。采用開放式分布分層結(jié)構(gòu)，間隔層獨立完成監(jiān)測斷路器控制功能。主機(jī)采用安全操作系統(tǒng)，將IEC60870-5-101標(biāo)準(zhǔn)用于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)。

目前國內(nèi)自動化設(shè)備類型較多，各企業(yè)產(chǎn)品功能可靠性存在很大差異，變電所自動化設(shè)備選用一家產(chǎn)品，用戶重要負(fù)荷停電會造成重大經(jīng)濟(jì)損失，工程自動化設(shè)備類型選用國電南自產(chǎn)品。110kV自動化變電站技術(shù)改造根據(jù)供電局設(shè)計委托書進(jìn)行，一次部分技術(shù)改造包括10kV配電裝置部分、接地消弧系統(tǒng)與主變電設(shè)備部分等。二次部分技術(shù)改造包括調(diào)度自動化，將老式綜合自動化微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)裝置更換。技術(shù)改造工程一次部分采用單母線分段接地，主變進(jìn)線柜2面、電容柜4面、母聯(lián)斷路器1面。二次部分更換主變保護(hù)2面、10kV微機(jī)型低頻低壓減載裝置1面等。

3 110kV自動化變電站系統(tǒng)實驗調(diào)試

變電站微機(jī)保護(hù)調(diào)試是對裝置模擬量進(jìn)行檢測，對電壓互感器進(jìn)行檢查、對保護(hù)裝置進(jìn)行核對，在電流互感器極性正確下對變電站保護(hù)邏輯調(diào)試?？煽啃允亲冸娬咀詣踊到y(tǒng)的基本要求，指內(nèi)部子系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定內(nèi)容的能力，自動化子系統(tǒng)為弱電系統(tǒng)，強(qiáng)電場所電磁干擾信號頻率高，未采取措施會造成嚴(yán)重后果，提高自動化系統(tǒng)可靠性關(guān)鍵是解決抗電磁干擾問題。

工廠實驗包括裝置實驗、系統(tǒng)功能實驗等，應(yīng)根據(jù)技術(shù)要求完成工廠實驗報告。變電站計算機(jī)監(jiān)控工廠驗收實驗包括實驗接線項目日期與方法等，驗收實驗在工廠實驗基礎(chǔ)上進(jìn)行，工廠驗收試驗包括系統(tǒng)性能與功能實驗，應(yīng)按電氣接線最終規(guī)模進(jìn)行，完成測試必要的光纜連接，第一部分工廠實驗抽測項目由驗收現(xiàn)場確定，第二部分系統(tǒng)實驗包括網(wǎng)絡(luò)通信測試、系統(tǒng)自診斷測試與智能電度表接口實驗等項目；第三方系統(tǒng)穩(wěn)定性實驗在系統(tǒng)試驗后進(jìn)行，要求有故障設(shè)備用備件代替，設(shè)備故障停止實驗視為無效，穩(wěn)定性實驗中系統(tǒng)未發(fā)生運行中斷重新開始?，F(xiàn)場驗收實驗根據(jù)安裝調(diào)試進(jìn)度進(jìn)行，主要為檢驗系統(tǒng)與開關(guān)站內(nèi)一次系統(tǒng)及設(shè)備配合、系統(tǒng)性能指標(biāo)是否達(dá)到等。

表1 10kV備用二線精度測試

110kV變電站建設(shè)時間早，改造前安裝SSZ-35000/110型主變壓器，隨著周邊經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不能滿足居民所需負(fù)荷。110kV采用單母線分段接線方式、10kV采用母線分段接線方式，變電站安裝消弧線圈為10kV單組消弧線圈。10kV系統(tǒng)電壓量采集加裝XA702PT單元，將OET700系列電流互感器弱模擬信號量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。線路電容保護(hù)裝置采樣精度由OET700系列電子式互感器精度決定，對電容器保護(hù)測控裝置精度檢驗調(diào)試是檢驗采樣正確性，需用模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試實驗。對每條線路進(jìn)行精度測試，帶上線路測控裝置附件檢測調(diào)試后精度理想。

綜上，變電站是電磁能量轉(zhuǎn)化單元、是電網(wǎng)重要控制點，電力系統(tǒng)許多保護(hù)裝置針對變電站設(shè)置。隨著電壓等級的提高，采用傳統(tǒng)變電站一二次設(shè)備不能滿足降低變電站造價的要求。變電站自動化是應(yīng)用信息處理與通信技術(shù)等代替人工進(jìn)行運行作業(yè)的自動化系統(tǒng)，內(nèi)容包括電氣量采集、實踐變電站正常運行監(jiān)視等。自動化系統(tǒng)不斷升級發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)成熟，變電站內(nèi)部通信采用無縫鏈接以太網(wǎng)，可方便快速傳遞大量實時信息。