常規(guī)變電站的智能化改造工程實(shí)踐

摘要：針對(duì)棗山變電站智能化改造工程中遇到的二次設(shè)備屏位布置、電纜敷設(shè)、改造步驟及停電方案、二次系統(tǒng)過(guò)渡等常見(jiàn)問(wèn)題，在確保改造工程安全、經(jīng)濟(jì)的前提下提出了相對(duì)應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；二次系統(tǒng)；合并單元

作者簡(jiǎn)介：皮志勇（1975-），男，湖北荊門(mén)人，湖北省荊門(mén)供電公司變電中心，工程師；徐東升（1972-），男，湖北荊門(mén)人，湖北省荊門(mén)供電公司變電中心，工程師。（湖北 荊門(mén) 448000）

中圖分類(lèi)號(hào)：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2012）33-0140-02

智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐。[1]目前，雖然有大量的新建智能變電站項(xiàng)目，但對(duì)眾多的常規(guī)變電站進(jìn)行智能化改造卻是必不可少的，是實(shí)現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的必然途徑。對(duì)常規(guī)變電站進(jìn)行智能化升級(jí)改造可降低變電站運(yùn)維成本、優(yōu)化資源配置、提升運(yùn)行指標(biāo)。[2]相比新建智能變電站，常規(guī)變電站智能化改造存在諸多困難，如主控室二次設(shè)備布置、電纜敷設(shè)、改造步驟及停電方案、二次系統(tǒng)過(guò)渡方案等問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅增加了智能化改造的難度，也加大了施工的風(fēng)險(xiǎn)。如何克服這些困難，安全、高效、經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行智能化改造施工是智能化改造工程成功的關(guān)鍵。本文結(jié)合荊門(mén)地區(qū)220kV棗山變電站（有220kV、110kV、35kV三個(gè)電壓等級(jí)）智能化改造工程，就常規(guī)變電站智能化改造工程實(shí)施技術(shù)進(jìn)行了探討。

一、棗山變電站智能化改造網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

棗山變電站建于1994年，現(xiàn)控制方式為老式強(qiáng)電一對(duì)一鐵板屏有人值班控制模式，智能化改造采用“三層兩網(wǎng)”結(jié)構(gòu)，[3]兩層網(wǎng)絡(luò)分別連接過(guò)程層設(shè)備（智能單元、合并單元[4]）與間隔層設(shè)備（保護(hù)、錄波、測(cè)控、計(jì)量）、間隔層與站控層設(shè)備。圖1為220kV棗山變電站智能化改造網(wǎng)絡(luò)連接圖。站控層網(wǎng)絡(luò)采用雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，冗余網(wǎng)絡(luò)采用雙網(wǎng)雙工方式運(yùn)行，站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)間隔層設(shè)備（如保護(hù)裝置）與站控層設(shè)備（如監(jiān)控計(jì)算機(jī)）之間的通信，間隔與間隔之間的非實(shí)時(shí)通信也在站控層網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，如利用GOOSE報(bào)文實(shí)現(xiàn)五防閉鎖。過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)分為SMV采樣值網(wǎng)絡(luò)和GOOSE信息傳輸網(wǎng)絡(luò)。SMV網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)交流電流、電壓量的上傳；GOOSE網(wǎng)主要實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量的上傳及分合閘控制、防誤閉鎖等。間隔層設(shè)備包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、電能計(jì)量裝置、集中式處理裝置以及其他智能接口設(shè)備等。保護(hù)裝置通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖接收MU發(fā)出電流、電壓采樣信號(hào)、故障錄波、網(wǎng)分等通過(guò)SMV組網(wǎng)接收MU電流、電壓采樣信號(hào)。除非電量保護(hù)采用電纜直跳外，其他保護(hù)均采用光纖點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接跳閘。

二、屏位布置和電纜敷設(shè)問(wèn)題

1.主控室二次設(shè)備布置問(wèn)題

棗山變電站主控室設(shè)計(jì)70個(gè)屏位，改造前已用屏位66個(gè)。為了保證智能化改造的屏位采取下列措施：第一步，利用現(xiàn)有的屏位搭建站控層網(wǎng)絡(luò)。第二步，進(jìn)行直流系統(tǒng)異地改造，將直流系統(tǒng)的充電屏、饋線屏、母聯(lián)屏與蓄電池組共用一室，直流系統(tǒng)改造后主控室空出屏位8個(gè)。第三步，進(jìn)行35kV智能化改造。35kV間隔保護(hù)采用就地安裝保護(hù)[5]（保護(hù)測(cè)控一體化設(shè)備，按間隔單套配置）。35kV智能化改造完畢后，拆除原保護(hù)屏，主控室空出屏位6個(gè)。第四步，過(guò)渡裝置移位運(yùn)行（過(guò)渡裝置指智能化改造期間需要、改造完畢后可拆除的裝置，如故障錄波、低周裝置等）。過(guò)渡裝置移出主控室運(yùn)行后主控室空出屏位6個(gè)。以上步驟實(shí)施后，主控室空出了20個(gè)屏位，有效地保證了后續(xù)改造工作的進(jìn)行。這種方案對(duì)應(yīng)性強(qiáng)，相比新建保護(hù)小室，大大減少了工程投資。

2.電纜、光纜敷設(shè)問(wèn)題

棗山變電站自投產(chǎn)起經(jīng)歷了多次改造、擴(kuò)建，造成電纜在各主控樓電纜入口處及電纜溝的交叉或轉(zhuǎn)彎處敷設(shè)混亂、擁堵嚴(yán)重。[6]同時(shí)，由于變電站投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)、電纜溝改造風(fēng)險(xiǎn)大等原因，造成電纜支架銹蝕嚴(yán)重、電纜蓋板破損嚴(yán)重、電纜防火墻不符合要求等問(wèn)題。智能化改造后，設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化和就地化、電纜數(shù)量大為減少等特點(diǎn)，分五步解決了電纜、光纜敷設(shè)問(wèn)題。第一步，將運(yùn)行的控制、動(dòng)力電纜移出電纜支架，平放在電纜溝底，并用沙袋平鋪在運(yùn)行電纜上方，保證運(yùn)行電纜在改造期間不受外力的影響，如圖2所示。第二步，更換電纜支架，拆除原電纜支架更換為鍍鋅鋼制平頭支架，并在電纜支架上安裝了等電位接地銅排，增加了智能化二次設(shè)備抗干擾能力。第三步，開(kāi)挖新溝。為了避免新敷設(shè)的電纜光纜與老電纜交叉，在主控樓電纜入口處新開(kāi)一條約40多米的電纜溝與220kV電纜主溝連接，大大減輕了原有電纜溝新敷電纜的壓力。第四步，電纜、光纜敷設(shè)。電纜、光纜采用共溝分層敷設(shè)，為了有效保護(hù)光纜，規(guī)范了光纜走線工藝，在電纜支架第一層安裝了光纜槽盒，大大降低了光纜內(nèi)的纖芯受外力損壞的幾率，且達(dá)到了光纜走線整齊、美觀的效果。第五步，粉刷溝壁，增加溝檐壓頂，新建電纜溝防火墻，更換單邊子扣電纜蓋板，使整個(gè)電纜溝煥然一新。這種方案有效地縮短了施工工期，節(jié)省了工程成本，并達(dá)到了新建變電站二次施工標(biāo)準(zhǔn)。

三、改造步驟及停電方案

智能化改造過(guò)程周期較長(zhǎng)，采用合理的施工步驟和停電方案可以減少對(duì)重要用戶的停電時(shí)間、保證供電的可靠性、轉(zhuǎn)移負(fù)荷保證變壓器不過(guò)載運(yùn)行。220kV棗山變智能化改造共分六個(gè)階段。第一階段為土建施工及準(zhǔn)備階段；第二階段為直流系統(tǒng)改造階段；第三階段為35kV智能化改造階段；第四階段為220kV智能化改造階段；第五階段為110kV智能化改造階段；第六階段為組織驗(yàn)收，協(xié)助運(yùn)行人員編寫(xiě)運(yùn)行規(guī)程。在六個(gè)階段中，僅在第四和第五階段有申請(qǐng)停電的需求，其余部分均可在不停電或線路帶路運(yùn)行下工作。

35kV智能化改造階段，改造間隔采用旁路帶路線路運(yùn)行、逐個(gè)間隔停電的方法進(jìn)行改造。改造的設(shè)備不影響正常運(yùn)行設(shè)備的安全。220kV智能化改造階段，在停電過(guò)程中把握兩個(gè)原則：一是不出現(xiàn)“一線兩變”的運(yùn)行方式，二是不出現(xiàn)無(wú)母差保護(hù)運(yùn)行方式。按照以上原則，擬訂了三套停電方案，經(jīng)省公司生技部門(mén)、安監(jiān)部門(mén)等綜合考慮，選用了操作簡(jiǎn)單、負(fù)荷轉(zhuǎn)移容易、安全風(fēng)險(xiǎn)小的方案作為220kV智能化改造的停電方案。為減少220kV線路停電時(shí)間，停電工作安排在系統(tǒng)設(shè)備集成、組態(tài)配置完成、系統(tǒng)平臺(tái)建立、工程調(diào)試完畢之后，停電后僅完成智能組件柜與一次設(shè)備機(jī)構(gòu)控制箱內(nèi)的連線、繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置的傳動(dòng)試驗(yàn)。110kV智能化改造階段，因涉及到一次設(shè)備更換（110kV設(shè)備更換為HGIS，母設(shè)間隔母線隔離開(kāi)關(guān)更換），采用旁路帶單線單變、轉(zhuǎn)移環(huán)網(wǎng)變的停電方案，有效地保證了改造階段的供電可靠性。

在整個(gè)改造過(guò)程中，改造后的設(shè)備在新系統(tǒng)中運(yùn)行，未改造的設(shè)備在原系統(tǒng)中運(yùn)行。為了保證遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、正確性，改造期間在遠(yuǎn)動(dòng)主站增加一個(gè)通道，改造后的間隔數(shù)據(jù)通過(guò)新通道報(bào)送調(diào)度，未改造的間隔數(shù)據(jù)通過(guò)舊通道報(bào)送調(diào)度，這種方式既不影響已運(yùn)行設(shè)備的遠(yuǎn)動(dòng)操作又可保證安全性。

四、二次系統(tǒng)過(guò)渡方案

常規(guī)變電站智能化改造因一次接線、設(shè)計(jì)方案、改造步驟不同而不同。如不采用全停改造的方式，無(wú)論怎樣優(yōu)化方案，總會(huì)面臨新老設(shè)備過(guò)渡問(wèn)題。過(guò)渡設(shè)備一般有下列幾類(lèi)：一是為常規(guī)變保護(hù)及自動(dòng)裝置提供電壓的互感器設(shè)備；二是實(shí)現(xiàn)母線元件保護(hù)的母差保護(hù)裝置；三是被主變、備自投等裝置聯(lián)跳的母聯(lián)（分段）開(kāi)關(guān)。二次系統(tǒng)能否安全過(guò)渡對(duì)于整個(gè)智能化改造風(fēng)險(xiǎn)管控有著重要的意義。220kV棗山變智能化改造分別按下列方案實(shí)現(xiàn)二次系統(tǒng)過(guò)渡。

1.電壓互感器二次回路過(guò)渡

220kV棗山變電站智能化改造沒(méi)有更換現(xiàn)有常規(guī)互感器。在改造期間既要為原保護(hù)及自動(dòng)裝置提供二次電壓，又要為智能化母線MU提供二次電壓。為了實(shí)現(xiàn)電壓互感器二次回路過(guò)渡，采用的方法是：先將原二次回路并列運(yùn)行，再申請(qǐng)停I段TV，在TV停電過(guò)程中拆除原TV到端子箱的二次線并改接到#1母線智能組件柜中，然后再?gòu)?1母線智能組件柜敷設(shè)電纜連接原端子箱。I段TV送電后，再按同樣方法改造II段TV，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)母線MU、原設(shè)備提供二次電壓。在該電壓等級(jí)智能化改造完畢后，斷開(kāi)原TV端子箱二次電壓空開(kāi)，拆除母線智能組件柜與原端子箱二次電纜即可。棗山變電站智能化改造期間，220kV二次電壓連接線圖如圖3所示。

2.母差保護(hù)過(guò)渡方案

棗山變電站220kV原母差配置為單母差、單失靈，智能化改造后配置為雙母差、雙失靈（母差和失靈共用一套裝置）。110kV原母差配置為單母差，智能化改造后配置為單母差。220kV一次接線方式為雙母帶旁路（母聯(lián)兼旁路），110kV一次接線方式為雙母帶旁路（母聯(lián)與旁路分開(kāi)），35kV一次接線為單母分段（無(wú)母差保護(hù)）。以220kV智能化改造為例進(jìn)行說(shuō)明。220kV智能化改造階段共分三步：第一步，完成所有間隔智能化設(shè)備調(diào)試；第二步，申請(qǐng)江棗線、棗林線、荊棗II回、#1主變等間隔停電，進(jìn)行智能化改造；第三步，申請(qǐng)荊棗II回、#2主變、母兼旁等間隔停電，進(jìn)行智能化改造。在第二步時(shí)，未停電的間隔倒到II母上運(yùn)行，老母差保護(hù)仍可正常運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)對(duì)II母的保護(hù)。停電間隔改造完畢后在I母上送電、運(yùn)行，用新母差實(shí)現(xiàn)對(duì)I母的保護(hù)，I母與II母不合環(huán)運(yùn)行（如圖4所示，220kV母差過(guò)渡期間一次接線圖）。第三步改造開(kāi)始就可退出原母差和失靈保護(hù)，所有間隔改造完畢送電后僅投入新母差。通過(guò)此方案可實(shí)現(xiàn)母差保護(hù)有效的過(guò)渡，運(yùn)行方式簡(jiǎn)單，安全風(fēng)險(xiǎn)較小。

3.聯(lián)跳母聯(lián)（分段）開(kāi)關(guān)過(guò)渡方案

棗山變電站智能化改造按電壓等級(jí)分階段進(jìn)行。220kV智能化改造階段，因主變間隔與220kV母聯(lián)間隔同時(shí)進(jìn)行，不用考慮過(guò)渡方案，而35kV、110kV改造階段與220kV改造階段不同步，需要考慮過(guò)濾方案。以聯(lián)跳35kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)為例，35kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)智能化改造完畢后，220kV智能化改造工作還未開(kāi)始，因此#1、#2主變無(wú)法聯(lián)跳35kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)。改造期間，共擬訂了兩套方案。方案一是分別從#1、#2主變保護(hù)裝置敷設(shè)電纜，實(shí)現(xiàn)聯(lián)跳35kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)；方案二，用一臺(tái)主變和35kV母聯(lián)帶35kV母線負(fù)荷，用充電保護(hù)的過(guò)流保護(hù)（過(guò)流值可與主變低后備取相同值，時(shí)間上縮短Δt）實(shí)現(xiàn)串接母線保護(hù)并作為串接母線饋線的后備保護(hù)?？紤]到方案二實(shí)施較為容易，且便于220kV階段智能化改造，所以選用方案二作為過(guò)渡方案。在#1、#2主變智能化改造完畢后，聯(lián)接主變跳35kV母聯(lián)網(wǎng)跳光纖，實(shí)現(xiàn)主變聯(lián)跳母聯(lián)開(kāi)關(guān)。

五、結(jié)束語(yǔ)

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，隨著智能變電站建設(shè)和推廣應(yīng)用的逐步深入，迫切需要對(duì)智能變電站的工程應(yīng)用進(jìn)行階段性總結(jié)。[7]針對(duì)220kV棗山變電站智能化改造過(guò)程中遇到的相關(guān)問(wèn)題，提出了解決方案，為將來(lái)更多的變電站智能化改造工程建設(shè)提供了一定的實(shí)踐依據(jù)和工程經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[4]智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范（Q/GDW393 110（66）kV—220kV）[S].國(guó)家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，2009.

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[7]馮軍.智能變電站原理及測(cè)試技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.

（責(zé)任編輯：王祝萍）