500kV智能變電站3/2接線方式下HGIS擴(kuò)建完整串的方案研究

田小文，張人英，王粵術(shù)

（國(guó)網(wǎng)山西送變電工程公司，山西 太原 030006）

500kV智能變電站3/2接線方式下HGIS擴(kuò)建完整串的方案研究

田小文，張人英，王粵術(shù)

（國(guó)網(wǎng)山西送變電工程公司，山西 太原 030006）

智能變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，在實(shí)際工作中，要求它提供的信息量和實(shí)現(xiàn)的集成控制越來(lái)越多，因此，目前的變電站迫切需要一個(gè)簡(jiǎn)約、智能的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息共享，以減少投資，提高運(yùn)行、維護(hù)效率。這些運(yùn)行和管理的需求使智能變電站成為變電站自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的新方向。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，智能變電站已在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)中被大力推廣，并得到了非常好的發(fā)展。

500kV智能變電站；3/2接線方式；HGIS設(shè)備；擴(kuò)建工程

從2010年世界首座智能變電站在我國(guó)投運(yùn)以來(lái)，后建變電站大多為智能變電站，目前新建工程全部為智能變電站。但是，隨著智能變電站的投運(yùn)，擴(kuò)建施工也逐漸增多，針對(duì)智能化和HGIS設(shè)備形成了一套規(guī)范、合理、經(jīng)濟(jì)、安全的停電施工方案，這也是大勢(shì)所趨。

1 HGIS設(shè)備在500kV電網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

HGIS（HybridGasInsulatedSwitchgear）是一種介于GIS與AIS之間的高壓開關(guān)設(shè)備。HGIS的結(jié)構(gòu)與GIS基本相同，但它不包括母線設(shè)備。其優(yōu)點(diǎn)是母線不裝于SF6氣室，是外露的，因而接線清晰、簡(jiǎn)潔、緊湊，安裝和維護(hù)檢修方便，運(yùn)行可靠性高。隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，超高壓變電站大量增加。受環(huán)境和占地面積的限制，我國(guó)超高壓500kV變電站的主設(shè)備選型是非常重要的。

2 國(guó)內(nèi)外研究水平綜述

近年來(lái)，“智能電網(wǎng)”已成為一個(gè)流行的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，代表了當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展變革的最新動(dòng)向，被認(rèn)為是21世紀(jì)電力系統(tǒng)的重大科技創(chuàng)新和發(fā)展趨勢(shì)，而我國(guó)無(wú)疑已經(jīng)走到了世界前列，引領(lǐng)了這場(chǎng)跨時(shí)代的電力變革。

智能電網(wǎng)作為未來(lái)電網(wǎng)的發(fā)展方向，滲透到發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、調(diào)度、通信信息各個(gè)環(huán)節(jié)。在這些環(huán)節(jié)中，智能變電站無(wú)疑是最核心的一環(huán)。

2009年，國(guó)家電網(wǎng)公司首次公布了“智能電網(wǎng)”發(fā)展計(jì)劃，將在2020年前完成智能電網(wǎng)改造。其中，2009—2010年是規(guī)劃試點(diǎn)階段，重點(diǎn)開展堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃，制訂技術(shù)和管理標(biāo)準(zhǔn)，開展關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，開展各環(huán)節(jié)的試點(diǎn)；2011—2015年是全面建設(shè)階段，將加快特高壓電網(wǎng)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)，初步形成智能電網(wǎng)運(yùn)行控制和互動(dòng)服務(wù)體系，關(guān)鍵技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)重大突破，并廣泛應(yīng)用；2016—2020年是引領(lǐng)提升階段，將全面建成統(tǒng)一的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)，技術(shù)和裝備達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

3 項(xiàng)目理論和實(shí)踐依據(jù)

3.1 停電施工的原理簡(jiǎn)述

針對(duì)智能變電站和3/2接線方式的HGIS設(shè)備，需分別從一次設(shè)備安裝需要停電和二次施工、調(diào)試需要停電兩方面進(jìn)行論述。

3.1.1 一次設(shè)備安裝停電范圍和施工內(nèi)容

以某500kV變電站500kV配電區(qū)第四串由不完整串?dāng)U建為完整串為例進(jìn)行說(shuō)明。擴(kuò)建前該串主接線情況如圖1所示，擴(kuò)建后該串主接線情況如圖2所示。

圖1 擴(kuò)建前該串主接線示意圖

圖2 擴(kuò)建后該串主接線示意圖

一次設(shè)備安裝工作相對(duì)直觀，觀察現(xiàn)場(chǎng)、校驗(yàn)圖紙后，在滿足安規(guī)安全凈距的情況下，提出停電施工計(jì)劃。為了安裝新增5043斷路器，需申請(qǐng)距離較近的5042斷路器、Ⅱ母停電，以完成5043斷路器相關(guān)氣室的安裝工作，并完成抽真空、注氣、高壓試驗(yàn)、引連線安裝等工作。

3.1.2 二次設(shè)備安裝、調(diào)試停電范圍和施工內(nèi)容

二次作業(yè)不直觀，相對(duì)復(fù)雜，需在一次設(shè)備安裝申請(qǐng)的停電范圍內(nèi)完成相對(duì)直觀的二次作業(yè)，比如HGIS設(shè)備匯控箱二次接線、接地線制作、防火封堵等。但是，對(duì)于光纜改接、二次設(shè)備SCD文件修改、交換機(jī)組網(wǎng)方式改變、保護(hù)傳動(dòng)等工作，需申請(qǐng)相關(guān)二次設(shè)備停電，如果二次設(shè)備停電不滿足施工要求，還需申請(qǐng)一次設(shè)備停電。

3.2 停電施工方案確定的關(guān)鍵和難點(diǎn)

停電施工方案確定的關(guān)鍵和難點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：①熟悉現(xiàn)場(chǎng)和施工圖紙，明確工作范圍，不得遺漏或擅自增加工作內(nèi)容；②HGIS設(shè)備在停電前無(wú)法對(duì)接，停電后組裝作業(yè)多，對(duì)工程能否按期完成有較大的影響；③由于SCD等配置文件不像常規(guī)變電站二次設(shè)備端子排電纜線芯直觀，而且部分內(nèi)容主要由生產(chǎn)廠家完成，所以，相關(guān)人員必須提前熟練掌握變電站二次設(shè)備的組網(wǎng)方式；④停電作業(yè)完成后，需考慮系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行方式的條件。

4 項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容和實(shí)施方案

4.1 研究?jī)?nèi)容

目前，常見的智能變電站內(nèi)3/2接線方式下HGIS設(shè)備由不完整串?dāng)U建為完整串，綜合考慮，在確定最優(yōu)的停電施工方案時(shí)，既要不擴(kuò)大停電范圍，又要能夠完成既定的施工任務(wù)。

4.2 實(shí)施方案

4.2.1 布置和主接線方式

以大同東500kV智能變電站為例，配電裝置采用3/2接線方式，共七串，目前已建1#主變、2#主變進(jìn)線，雁同1、雁同2共2回出線，共計(jì)1個(gè)完整串和2個(gè)不完整串（第4串為完整串，第1串、第5串為不完整串）。500kV配電區(qū)采用懸吊管母線布置形式，采用HGIS設(shè)備，布置方式為“3+0”，進(jìn)出線電壓互感器、避雷器采用AIS設(shè)備。

第一串原來(lái)為備用—2#主變不完整串，為方便以后擴(kuò)建為完整串，新建工程時(shí)，已采取了臨時(shí)過(guò)渡方案，通過(guò)上層母線進(jìn)行連接，以減少擴(kuò)建時(shí)的作業(yè)量。

4.2.2 梳理配電區(qū)擴(kuò)建一次設(shè)備施工工作量

現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備施工主要工作包括：5011斷路器單元HGIS設(shè)備安裝，抽真空，注氣，高壓試驗(yàn)，拆除Ⅰ母管母線與上層軟母線引連線（新建工程臨時(shí)過(guò)渡用），安裝Ⅰ母管母線與第一串Ⅰ母?jìng)?cè)套管引連線，安裝線路至站內(nèi)上層軟母線跳線，新增設(shè)備接地。

4.2.3 針對(duì)一次設(shè)備施工確定需停電范圍

針對(duì)一次設(shè)備的施工工作量，確定所需停電的范圍為500kV配電區(qū)第一串5012斷路器、500kVⅠ母。在新增HGIS設(shè)備進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，需要注意5012斷路器的狀態(tài)，確保耐壓所加電壓與運(yùn)行設(shè)備可靠隔離，不得因?yàn)槟蛪涸囼?yàn)影響到設(shè)備的正常運(yùn)行。

HGIS設(shè)備耐壓時(shí)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)如圖3所示。

圖3 HGIS設(shè)備耐壓時(shí)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)示意圖

4.2.4 變電站自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

從邏輯功能上看，500kV智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是由站控層、間隔層和過(guò)程層3層設(shè)備組成的，采用分層、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連接，整體系統(tǒng)為“三層設(shè)備兩層網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)。站控層由主機(jī)兼操作員站、遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置等構(gòu)成，提供站內(nèi)運(yùn)行監(jiān)視控制的人機(jī)聯(lián)系界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)間隔層、過(guò)程層等設(shè)備的管理控制，并與調(diào)度通信中心通信。

間隔層由保護(hù)、測(cè)控、錄波和計(jì)量等構(gòu)成，在站控層和站控層網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，仍能獨(dú)立完成間隔層設(shè)備的就地功能。過(guò)程層由常規(guī)互感器、合并單元、智能終端等構(gòu)成，完成與一次設(shè)備相關(guān)的功能，包括運(yùn)行實(shí)時(shí)電氣量的采集、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制命令的執(zhí)行等。

全站各層設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一建立模型，實(shí)現(xiàn)不同廠商、不同設(shè)備之間的規(guī)約互通和互操性。

500kV電壓等級(jí)過(guò)程層GOOSE、SV網(wǎng)交換機(jī)按串配置，并按照雙重化配置。為了保證其可靠性，任意2臺(tái)智能電子設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸路由器控制在4臺(tái)交換機(jī)之內(nèi)。

一次設(shè)備智能化方案按照“一次設(shè)備本體+傳感器+智能組件”的形式執(zhí)行，將智能組件與一次設(shè)備有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的智能化，包括保護(hù)、控制、通信和狀態(tài)監(jiān)測(cè)等功能。

500kV智能終端、合并單元按照雙重化配置，保護(hù)采用“直采直跳”方式，保護(hù)之間的閉鎖重合閘、失靈啟動(dòng)等信息采用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。500kV線路保護(hù)、斷路器保護(hù)、母線保護(hù)均采用雙重化配置。

4.2.5 梳理二次施工全部工作量

擴(kuò)建二次施工工作量包括：HGIS設(shè)備本體、匯控箱安裝、接線（含光纜），線路電壓互感器端子箱安裝、接線，5011斷路器和陽(yáng)高電廠出線測(cè)控裝置安裝、接線，5011斷路器保護(hù)屏安裝、接線，陽(yáng)高電廠線路保護(hù)屏安裝、接線，涉及到Ⅰ母母線保護(hù)、第一串故錄、信息子站、行波測(cè)距等裝置的改、接線，涉及到智能終端、合并單元、保護(hù)裝置等二次設(shè)備的GOOSE文件重新配置、調(diào)試、傳動(dòng)等。

4.2.6 針對(duì)二次施工確定需停電范圍

對(duì)二次工作進(jìn)行分類，分為在不停電狀態(tài)下可完成作業(yè)、配合一次設(shè)備需要停電狀態(tài)下可完成作業(yè)，以及還需要申請(qǐng)其他相關(guān)聯(lián)設(shè)備停電才能進(jìn)行作業(yè)這三類。

不停電狀態(tài)下可完成作業(yè)有：線路電壓互感器端子箱安裝、接線，5011斷路器及陽(yáng)高電廠出線測(cè)控裝置安裝、接線，5011斷路器保護(hù)屏安裝、接線，陽(yáng)高電廠線路保護(hù)屏安裝、接線。配合一次設(shè)備需要停電狀態(tài)下可完成作業(yè)有：HGIS設(shè)備本體、匯控箱安裝、接線（含光纜）。

還需要申請(qǐng)其他相關(guān)聯(lián)設(shè)備停電才能進(jìn)行的作業(yè)有：涉及到Ⅰ母母線保護(hù)、第一串故錄、信息子站、行波測(cè)距等裝置的改、接線，涉及到智能終端、合并單元、保護(hù)裝置等二次設(shè)備的GOOSE文件重新配置、調(diào)試、傳動(dòng)。從分類作業(yè)中可知，只針對(duì)第三類作業(yè)進(jìn)行分析，提出相關(guān)聯(lián)需申請(qǐng)停電的設(shè)備即可。

變電站內(nèi)設(shè)備分類如圖4所示。

圖4 變電站內(nèi)設(shè)備分類示意圖

相關(guān)運(yùn)行設(shè)備為直接需在其內(nèi)部進(jìn)行改接線或需重新配置GOOSE文件的設(shè)備，在作業(yè)時(shí)，必須申請(qǐng)停電，比如5012斷路器保護(hù)屏、Ⅰ母母線差動(dòng)保護(hù)屏等。

涉及設(shè)備是指為了驗(yàn)證相關(guān)運(yùn)行設(shè)備重新改接線或配置GOOSE文件后的正確性，需要進(jìn)行傳動(dòng)、調(diào)試而涉及到的運(yùn)行設(shè)備，比如各串所有Ⅰ母?jìng)?cè)斷路器和保護(hù)屏、5013斷路器和保護(hù)屏、2#主變變壓器保護(hù)屏等。

相關(guān)運(yùn)行設(shè)備均需申請(qǐng)停電進(jìn)行擴(kuò)建二次作業(yè)，但對(duì)于涉及到的設(shè)備需綜合考慮，在確保安全和功能性的前提下，盡量縮小停電范圍，例如，可以采取保護(hù)輪退等方式完成擴(kuò)建二次作業(yè)，以保證電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。

4.2.7 二次設(shè)備功能需驗(yàn)證內(nèi)容

二次設(shè)備功能需驗(yàn)證的內(nèi)容有：①需模擬二次設(shè)備包括5011斷路器、5012斷路器、5013斷路器保護(hù)裝置A套、B套，5011斷路器、5012斷路器、5013斷路器智能終端和合并單元A套、B套，500kVⅠ、Ⅱ母母差保護(hù)裝置A套、B套，主變保護(hù)裝置A套、B套，新建線路保護(hù)裝置A套、B套，第一串層GOOSE、SV網(wǎng)交換機(jī)A套、B套等；②由于一次設(shè)備斷路器無(wú)法完成實(shí)際連接，所以，可以將智能終端和合并單元接入仿真系統(tǒng)進(jìn)行模擬；③根據(jù)預(yù)報(bào)停電施工計(jì)劃，模擬相關(guān)設(shè)備退出運(yùn)行進(jìn)行功能性驗(yàn)證。

功能性驗(yàn)證的步驟是：①5012斷路器保護(hù)裝置A套、B套，5012斷路器智能終端和合并單元A套、B套，500kVⅠ母母線保護(hù)屏A套、B套均退出運(yùn)行；②根據(jù)擴(kuò)建要求，將5011斷路器保護(hù)裝置A套、B套，線路保護(hù)裝置A套、B套接入原有系統(tǒng)；③按照擴(kuò)建后要求為5012斷路器保護(hù)裝置A套、B套，5012斷路器智能終端和合并單元重新配置程序；④完成線路保護(hù)A套、B套，5011斷路器、5012斷路器保護(hù)裝置和智能終端，合并單元A套、B套的功能驗(yàn)證；⑤為Ⅰ母母線保護(hù)裝置A套、B套重新配置程序；⑥完成Ⅰ母母線保護(hù)A套、B套和所有Ⅰ母?jìng)?cè)斷路器保護(hù)裝置，智能終端，合并單元A套、B套的功能驗(yàn)證；⑦將5013斷路器保護(hù)裝置、智能終端、合并單元、主變保護(hù)裝置、Ⅱ母母線保護(hù)裝置、第一串間隔層交換機(jī)的全部A套退出運(yùn)行，完成5012斷路器保護(hù)裝置、智能終端、合并單元由于程序重新配置后引起的功能驗(yàn)證，并確保對(duì)5013斷路器保護(hù)裝置、智能終端、合并單元、主變保護(hù)裝置、Ⅱ母母線保護(hù)裝置、第一串間隔層交換機(jī)的全部B套運(yùn)行無(wú)影響；⑧恢復(fù)退出運(yùn)行設(shè)備，讓其繼續(xù)運(yùn)行，然后將5013斷路器保護(hù)裝置、智能終端、合并單元、主變保護(hù)裝置、Ⅱ母母線保護(hù)裝置、第一串間隔層交換機(jī)的全部B套退出運(yùn)行，完成5012斷路器保護(hù)裝置、智能終端、合并單元由于程序重新配置后引起的功能驗(yàn)證，并確保對(duì)5013斷路器保護(hù)裝置、智能終端、合并單元、主變保護(hù)裝置、Ⅱ母母線保護(hù)裝置、第一串間隔層交換機(jī)的全部A套運(yùn)行無(wú)影響。

5 社會(huì)效益和研究意義

編寫合理的停電施工方案，一方面，可以極大地保證施工人員的安全，減少施工單位人員、機(jī)械等的投入和施工費(fèi)用；另一方面，減少停電次數(shù)，避免重復(fù)停電，可以提高供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，使供電系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁﹥?yōu)質(zhì)的服務(wù)，為社會(huì)穩(wěn)定、發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

［1］國(guó)家電網(wǎng)公司，安質(zhì)〔2016〕212號(hào).國(guó)家電網(wǎng)公司電力建設(shè)安全工作規(guī)程（變電站部分）試行［S］.2016-03-09.

［2］中國(guó)電力科學(xué)研究院，廣東省輸變電工程公司.GB 50147—2010電氣裝置安裝工程高壓電器施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

〔編輯：白潔〕

TM76

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.17.018

2095－6835（2017）17－0018－03

田小文（1971—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向是變電站建設(shè)過(guò)程中新技術(shù)的應(yīng)用。張人英（1976—），男，工程師，主要研究方向是變電站建設(shè)過(guò)程中新技術(shù)的應(yīng)用。王粵術(shù)（1987—），男，助理工程師，主要從事變電站建設(shè)工作。