變電站綜合自動化系統改造分析

江蘇省電力公司職業技能訓練基地 邱云峰

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變電站綜合自動化系統改造分析

江蘇省電力公司職業技能訓練基地 邱云峰

【摘要】變電站作為電網的關鍵環節及中心樞紐，其智能化水平不僅關系著電網的整體運行效率，還關系著智能電網建設目標的實現，但從目前我國變電站應用現狀來看，仍然存在著一批智能化水平較低的老式變電站，直接影響著電力系統的安全、穩定運行，因此，對舊式變電站綜合自動化系統改造的研究具有一定的實際意義。文章主要結合某變電站工程實例進行研究，具體的綜合自動化系統改造方法及技術可為類似變電站工程處理提供參考。

【關鍵詞】變電站；綜合自動化系；改造

縱觀我國電網現狀，隨著社會經濟的高速發展，用電規模不斷增加，不得不大力建設新的電網及新的變電站，還要對舊式變電站進行綜合自動化改造，在消除舊式變電站運行維護復雜、停送電倒閘速度慢、運維人員巡視耗時多、設備自動化程度過低、運行的可靠性低等問題的基礎上，又節約建設成本。因此，若電網的舊式變電站，若滿足綜自造條件，須全面對這些老式的變電站進行綜自改造，以保證電網的安全、穩定、經濟運行。所謂的綜合自動化改造就是指通過電力電子技術和現代化的計算機技術將舊式變電站的原有二次系統中所具備的項目進行更新升級，使得信息可以上傳至監控后臺和調控中心，使得信號等信息可以共享，使得變電站可以實現無人值守，通過遠方的監控中心實現對站內設備的遙測、遙信、遙調、遙控、遙視等功能。某220kV變電站是該地區電網投運較早的一個老式的變電站，變電站的一、二次設備都無法滿足現今電網的智能化水平，因此，很有必要對這座老變電站進行改造升級，以保證該變電站的安全穩定運行。

1、變電站一次設備的改造

由于投運較早，該變電站許多電氣設備已逐漸老化，出現了各種故障，主要表現于冷卻器的、斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等關鍵設備，需要對這些設備進行更換升級。

1.1變壓器冷卻器的改造

該變電站有一臺變壓器的冷卻方式為強迫油循環風冷，主要由風扇、氣道、熱交換器等構成。該冷卻器面積小，一旦運行中出現問題，跳閘時間很快，可靠性無法滿足系統要求。 需要對冷卻器進行改造，將老的強迫油循環風冷冷卻器更新為油浸自冷式冷卻器。油浸自冷式冷卻器應用后，變壓器溫度可以大幅度降低，而且運行噪音較少，不存在滲漏油現象，也不需要依靠站用電源。

1.2斷路器的改造

在變電站運行維護過程中，倒閘操作是非常普通的，因此斷路器尤為重要，必須科學合理的應用斷路器，例如斷路器的應用一定要考慮運行工作環境的溫度和相對濕度；斷路器的各項指標參數都要符合相關標準要求等。因此，經過對該變電站斷路器使用現狀的統計分析，以及考慮現場工作條件和資金等因素，決定全部更換為具有快速分合閘功能的彈簧操作機構。

1.3隔離開關的改造

該變電站目前隔離開關采用的是水平斷口雙柱式的刀閘，這些刀閘也都具備了電動和手動兩種操作方式。但由于該變電站投運年限較長，站內的這些戶外刀閘或多或少都出現了許多問題，有些刀閘在高負荷和高溫的時期就會出現過熱發紅的問題，有些刀閘則因為長久以來的遇到過些許故障或雷電侵襲，導致觸頭有灼傷現象，直接影響電網的安全穩定運行，降低電網運行的可靠性。 因此，急需將站內的隔離開關（刀閘）進行全方位的更換，一次解決刀閘銹死、合不到位、高溫高負荷過熱等一系列問題，經過分析比較，決定更換為GW4 型隔離開關（刀閘）。

1.4電壓互感器的改造

該變電站有一部分為前幾年更換過的電容式電壓互感器，但仍有一批非常陳舊的電磁式PT，在倒閘操作時，經常會發生諧振的現象，嚴重影響電網的安全穩定運行，甚至有可能導致設備損壞。經過比較分析，結合各方面因素，最終決定將PT 拆掉，更換為電容式的 PT，防止諧振，而且電容式電壓互感器操作起來也比電磁式來的簡單。

1.5電流互感器的改造

目前該變電站線路所用電流互感器大部分都是老式充油式電流互感器，雖然運行情況良好，但是由于設備本身的質量問題，導致部分電流互感器出現了一些問題，例如放電，滲、漏油等。考慮投資成本，只需要將有缺陷的電流互感器進行更換即可。

2、繼電保護及自動裝置的改造

繼電保護裝置的重要性不言而喻，雖然該變電站安全自動裝置和繼電保護裝置都配置齊全，但是由于運行時間較長，主變壓器、220kV線路以及220kV母線保護裝置的靈敏性、可靠性和選擇性都存在許多問題，需要進行改造升級。

2.1主變壓器保護裝置的改造

根據國家電網公司的雙套繼電保護裝置配置規定，結合該變電站站內電網實際情況，最后決定為電力變壓器選用兩套配備同樣CPU插件的繼電保護裝置，可以獨立完成電流差動保護功能以及變壓器三側的各側后備保護，這些主保護、差動保護功能都可通過軟件實現，而且電力變壓器的本體主保護都設置在獨立的操作機箱上。通過保護雙重化的原則配置，兩套主保護同時運行，即使有一套出現問題，也不會失去保護，這就大大的提高了電網的穩定。

2.2220kV線路保護裝置的改造

與主變保護一樣，站內的220kV線路保護也較落后，所有的出線和進線采用的都是高頻保護，而高頻保護所使用的通信通道是高壓電力載波線路，該通道通常是受各種惡劣天氣的影響，會出現通道堵塞、中斷等問題。因此，根據保護裝置雙重化原則，決定保留其中的一套高頻保護，然后把另外較老的那一套改造為現在的主流產品——光纖差動繼電保護裝置。既滿足了保護雙重化配置的要求，又提高了保護的可靠性，完成了預計的目標。

2.3母線保護裝置的改造

原來母線差動保護裝置為電磁式，存在的缺點和不足，并帶來了一些隱患，影響電網的安全運行，隨著科技的發展，如今電力系統變電站內的母線保護都慢慢換為了快速性、靈敏性、可靠性更高的危機型母線差動保護設備。我們站內的高壓220k V端的母線差動我們遵循220k V母線差動保護配置雙重化的原則，經過研究比較、討論分析，最終決定將站內220k V母線的母差繼電保護兩套都更換為微機型繼保裝置。

3、綜合自動化系統的改造

一次設備和繼電保護裝置升級改造完成后，需對該變電站的綜合自動化系統進行升級改造，通過多方面的分析比較，最終采用的綜合自動化系統通過對變電站的控制、保護、測量、“五防”、遠動、信息采集等實現設備的綜合自動化管理，該系統主要由四臺遠方后臺操作機、一臺連接防務閉鎖裝置的微機“五防”機、一臺遠程工程師站機、一臺繼保自動化部門的遠動主站、一臺GPS對時機和八組測控柜組成，所有這些設備全都是由雙套網路進行連接，當有一套網絡發現通信中斷等故障時，還能有一套通道互為備用，主要結構如圖1所示。

圖1　綜合自動化系統結構

3.1站控層

站控層設備通過集中分布的組合式網絡，彼此溝通，采集各種消息，在間隔層將指令發出。控制主、備站的功能與配置都是一樣的，

每個站都可以是主站，它們都擁有一個實時數據庫動態模擬和各測點的信息量開關站。系統正常運行，一個站作為主站正常工作，另一個站作為備站備用，但是作為備用的站要同時監視運行主站的工況，互為備用。遠程工程師站主要用于存儲和分析設備分散錄波的數據，該綜合自動化設備中的自動化遠動機主要是完成變電站與監控中心、調度中心的通信，實現監控和調度對站內的遠程監視和控制。而“五防”工作站的主要功能是對遙控命令進行防誤操作閉鎖檢查。

3.2間隔層

間隔層的各種元件可以不依靠獨立運作的網絡，他們直接采集電壓互感器及電流互感器等現場電氣設備，運行后直接識別開關的控制后，將故障信號傳送到控制設備動作信息。該變電站綜自改造裝置采用先進的微處理器的性能（MPC），現場可編程門陣列（FPGA）實現電參數的數據收集在一起。

3.3通信層

通信層將數據信息傳至網絡，所有的站控層設備可以共享數據和信息，站控層命令也可以通過網絡發送到間隔層。該變電站綜合自動化系統所采用的網絡交換機支持540M電信號以太網和光纖以太網絡，通信協議采用國際標準協議，光纖系統連接的通信接口通過交換機完成。

4、結語

通過文章的分析可以看出，變電站綜合自動化系統改造是一個整體性的過程，需要從每一個環節著手綜合考慮方案的經濟性、技術性、可行性及有效性，從而提高綜自改工程項目的綜合效益。

參考文獻

［1］王俊.常規變電站綜合自動化改造工程應用研究［D］.華北電力大學，2015.