220kV變電站綜合自動化系統的改造研究

符良震

摘 要：我國變電站綜合自動化水平與上個世紀末相比有了很大進步，然而不少地區的大量傳統220 kV變電站均需要進行綜合自動化改造，文章以某變電站的綜合自動化改造為例，從繼電保護配置、遠動監控配置、保護設備改綜自實施、相關二次回路改造實施等方面闡述其系統配置、改造實施以及一些具體問題的處理方法，提高保護和控制功能的辨別能力，提升繼電保護正確動作率。

關鍵詞：220 kV變電站；綜合自動化；繼電保護

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0001-02

隨著電力行業向智能化的方向發展，不少信息技術已經引入到電力系統中，其中尤以微機控制技術最為令人關注。目前，大部分變電站都在進行綜合自動化改造，以綜合自動化系統來替換二次系統，從而提升變電站的自動控制功能，滿足電網對于變電站的監控需求。對變電站進行綜合自動化改造，一方面能夠避免傳統變電站控制模式的不足，另一方面也能夠對變電站的主要設備進行在線監控，實現與調度部門的數據和資源交互，提高了該站的設備健康水平和自動化水平。本文以某變電站的綜合自動化改造為例，闡述其系統配置和改造實施，對電網安全運行有著很好的理論價值和實踐意義。

1 綜合自動化系統的配置

海南電網某220 kV變電站設計出線規模7回；110 kV設計出線規模5回；10 kV設計出線規模2回。本文以此為例闡述綜合自動化系統的改造。

1.1 繼電保護配置

①對于元件保護單元，為220 kV線路全部配置全線速動主保護，并為之增設后備保護功能以及重合閘功能，確保所有的保護均有能力進行獨立選相；兩套保護之間完全獨立運行，不但其交流電流、直流電源、跳閘等方面保持互相獨立，其保護通道也保持獨立運行；分別給每線路設置分相操作箱；繼電保護的組屏數量為三面屏。考慮到變電站在當地進行電力配置的遠期計劃，將其接入元件數設置為20。為變電站設置故障錄波器四個，分別記錄110 kV、220 kV母線電壓等級以及變壓器兩側的各類數據。

②對于主變壓器單元，采用微機保護的形式，為其配置2套主保護，其中一套為差流速斷保護，另一套是比率制動保護；為其配置2套后備保護，一套本體保護。

③對于直流系統，為其配置兩組220 V蓄電池，支持變電站的控制信息傳輸、信號傳輸以及事故照明等。采用80 A高頻開關整流為蓄電池組進行充電。

1.2 遠動監控配置

①對于間隔層測控單元部件，給220 kV配置單元測控設備，對于測控屏，應滿足就地顯示功能，便于進行操作，測控屏同時能夠為后臺工控機提供備用。對就地顯示單元增設液晶顯示器和人工操作模塊。

②對于站控層監控單元，由于變電站的發展方向是實現少人值守或者無人值守，因此在改造過程中，為站控層做了相對簡化的配置，包括的設備有：值守者終端2臺，支持站內工作人員對設備進行調控。終端采用單屏顯示的模式，配置UNIX和性能良好的硬件；為站內遠動配置網關設備，對間隔層數據進行匯聚并驗證和傳輸。

③配置5 kV/A的UPS系統，電源的連接模式為串聯冗余，電源為變電站的監控模塊、電量計量模塊以及網絡通訊模塊提供電能。

④對于時鐘同步網絡，為其配置時鐘同步系統，實現所有設備的時鐘信號。其中主時鐘進行冗余配置，并且采用熱備用的運行模式。主時鐘分別連接GPS信號，GPS能夠為使用者提供足夠準確的連續、實時的時間、位置、速度等數據，無論是在軍事領域還是民用領域均，發揮著比較大的作用。

⑤對于安全監視系統，為變電站設置電子圍欄，當不法分子通過圍欄進入監視區域，這些信息通過程序接口連接到遠程的安全監控服務器，以自定義模塊與通用程序模塊實現數據的轉換處理，以合理的格式傳輸至監控終端以及告警單元，形成安全保障的防線。

對于網絡協議，系統采用快速以太網，將各類設備作為客戶端，服務器則作為主機端。設備的信號在以太網的支持下實現與服務器之間的通信。具體過程為：設備發出連接遠程服務器的請求，服務器接收到信號之后返回相關的響應信息，經過確認之后便與服務器建立了網絡連接，可以進行數據傳輸。為了保證傳輸的旋律和準確度，采用TCP/IP進行數據包檢查與超時檢查。

2 綜合自動化系統改造的實施

2.1 220 kV保護改造的實施

在對220 kV線路進行綜合自動化改造的時候，必須臨時停用母線保護，因此在過渡時期內，母線保護一直為停用，當2#主變保護已經改造結束，且母線保護能夠承擔投運要求之后才可以重新投運母線保護；同理，220 kV線路故障錄波器在改造期間也退出服務，直至錄波器改造結束之后重新投入運行。對變電站母線保護相關的全部電流繞組均在端子箱進行短接處理，改造結束之后恢復原來的接線。

2.2 主變保護改造的實施

在對220 kV變電站的綜合自動化改造時，其母線保護一直處于停用的狀態；同理，當1#主變保護過渡之前，其備自投應處于退出服務狀態；當1#主變保護已經改造結束，錄波器能夠對1#主變信息進行記錄；2#主變以類似的模式進行處理。在對備自投進行改造的時候，尤為注重的是避免聯跳回路的安全性，制定必要的有針對性的安全措施。

2.3 二次回路改造的實施

變電站的遙測設備使用的是基于交流采樣的模式，配置2套直流電壓變送器，對220 V母線電壓進行測量和記錄，將變送器單元配置在系統測控屏處；基于變電站內部二次設備微機化逐漸成熟，實現了分散安裝。變電站遙測設備當前僅傳輸斷路器位置信號，另外的信號在改造前難以實現調度端的實時監控。在改造方案中，為其增設合理的信號采集功能，從而實現對一次設備的實時監視。遙控設備不再使用常規控制部件，全部通過遠程監控設備進行實時監控，實現操作的網絡化和自動化。

3 現場施工的相關問題分析

3.1 對信號的處理問題

在綜合自動化改造過程中，發現其主變“控制回路斷線”對于信號的處理存在不足之處。在主變壓器二次主開關的回路出現斷線故障時，可以產生“斷線”故障提示信息，然而假若由于操作失誤而使控制直流開關打開，或者因為其他因素而導致開關跳開，則主變壓器此時不會自動產生“斷線”故障提示信號。

經過進行原因的查找，其主要的原因是該單元僅有兩對接點，其中一對是給系統的遠動單元發出信號；另一對兼具發出信號的功能和為自投提供位置的功能，因此必須為這一對接點配置重動繼電器單元，而此時必須考慮到重動繼電器單元的電源來源是二次主控直流，此單元屬于一個常開接點，因此在錯誤地打開控制直流開關以及由于一些外部因素使得開關跳開的情況下，系統是難以產生“斷線”信號的。

經過以上的分析，最終決定把重動繼電器單元的電源引至保護屏總電源模塊，解決了無法發出故障信息的問題。接線圖如圖1所示。

3.2 部件內部接線問題

在對一套220 kV線路保護進行調試的過程中，以手動的方式把重合閘固定在停用狀態的時候，發現保護重合閘的部件此時還是可以出口；當對B相以及C相進行接地故障模擬的時候，保護裝置的動作全部是三相跳閘狀態，導致產生了誤動。此時對保護裝置的跳閘位置進行檢查，重點檢查相關繼電器的接點，最終發現在保護裝置內有2處錯誤接線：一是在重合閘把手處的接線有不對的地方，導致在把重合閘固定在停用狀態的時候，“停用”信息無法傳輸至相關裝置，造成重合閘在這個狀態之下難以放電，因此會出現錯誤動作；二是繼電器接點回路的接線有不對的地方，因為跳閘處的繼電器接點被接反，因此在出現單相接地的時候，保護設備判定故障相無法及時跳開，導致保護三跳出口被啟動，出現了保護裝置的誤動。之后對這兩處進行了修改，其示意圖如圖2所示。

4 結 語

對傳統的變電站進行綜合自動化改造，最大的優勢是能夠顯著提升變電站對于設備運行的實時監控和自動化數據共享，同時采用先進的家電保護和自動控制技術，在很大程度上提升了繼保設備的正確動作率，繼電保護裝置已采用保護測控一體化技術，即所謂的四合一裝置。從而使電量的損失降到最低限度，一方面使變電站所轄區域的供電可靠性顯著提升，另一方面也降低了人力成本，為無人值守變電站創造了良好的技術條件。目前相關的電力新技術正在快速發展，當前，我國不少地區大量傳統的220 kV變電站均需要進行綜合自動化改造，由于變電站往往具有自身的特殊性，因此在改造的過程中也會面臨各種各樣的問題，工程技術人員應該因地制宜，結合變電站的不同情況為其制定具有針對性的改造策略，確保改造過程的順利進行。

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