變電站綜合自動化改造問題與解決方案

薛永源

摘 要：近年來，隨著國家電網不斷地擴大和完善，500 kV電網已成為建設智能、堅強電網的骨干網架。然而，前期運行長達十余年的變電站因設備老舊，可靠性低，已無法全面適應當前“無人值班，少人值守”的運維模式，需對其進行綜合自動化改造。鑒于綜自改造中相關專業及設備涉及面廣，施工工期較長，現場安全危險點把控較多，如何分析存在問題和制定行之有效的改造方案是我們高效、有序、安全進行施工的必然。

關鍵詞：變電站;綜自改造;問題;原則;措施

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0 引言

當前，隨著國家電網公司“三集五大”體系建設的深化，變電站“無人值班，少人值守”的大力推進，變電站綜合自動化已是提高電網安全穩定運行水平、降低運維成本、提高經濟效益、向用戶提供高質量電能的一項重要技術措施。對此，國內新建變電站無疑是按當前發展迅猛的智能設備配置和較成熟的自動化技術水平來建設的。此外，對于運行了10年及以上的常規變電站，需按“國家電網公司生產技術改造和設備大修原則”（以下簡稱“原則”）進行變電站綜合自動化改造。該文以四川省典型的500 kV樞紐變電站——普提變電站為例，分析其在綜自改造中存在的重點問題，并提出相應的解決方案。

1 了解運行現狀及綜自改造的必要性

500 kV普提站于1998年投運，限于當時的控制水平，變電站按有人值班設計，它是四川攀西地區二灘水電送出的重要通道，同時也是涼山彝族自治州東部地區小水電匯集送出的樞紐站。該站于2006年迎來了首次綜自改造，又經十余年運行中的改擴建后，站端二次系統設備新老參差不齊，自動化程度受限。根據“原則”要求，電網二次系統部分應“結合大運行調控一體化建設需要，對變電站自動化系統進行無人值班改造，實現站端數據優化處理和告警信息直傳，并通過遠程瀏覽技術實現對變電站全景信息直接調閱”。從運行維護管理的角度，有必要解決普提站綜合自動化程度不高的問題，實現無人值班調控一體化功能，從而提高其運行可靠性與穩定性。

2 綜自改造設計范圍及規模的把控

把控設計范圍及規模，需對超過使用年限的老設備進行更換，對前期已改造但不能進一步滿足實際需求的設備進行升級擴展，對典型的不滿足反事故措施要求的項目進行改造，以及對已退出運行的設備進行拆除等。

3 重點問題分析及改造方案的提出

3.1 計算機監控系統

普提站計算機監控系統為國電南瑞科技公司的NS2000系統，間隔層測控裝置為NSD500， 遠動工作站、保護管理機為NSC200型。該系統目前的主要問題有4個。1）站內監控操作員站及主機運行緩慢，經常死機，對監控系統的安全運行造成影響。2）間隔層測控裝置近年來不斷出現遙測遙信、CPU和電源等插件故障，違反國網公司十八項電網重大反事故措施中關于“微機保護（自動化）裝置的開關電源模塊宜在運行6年后予以更換”的要求。3）遠動工作站及保護管理機已無備用接口，對高版本裝置的兼容性受到制約，不能滿足國網標準的103規約傳達。4）該遠動工作站只有其中1臺為主機時，省調控中心才能進行遙控操作，無法進行主備機切換，且多次出現至省調的104規約通信中斷的情況，對整個變電站的安全穩定運行有較大的影響。基于上述問題，建議對該站計算機監控系統進行整體改造，更換為一套一體化監控系統。

3.2 元件保護

普提站220 kV Ⅰ母/Ⅱ母母聯斷路器無母聯保護，違反“原則”：“220 kV及以上電壓等級的母聯、母線分段斷路器應按斷路器配置專用的、具備瞬時和延時跳閘功能的過電流保護裝置不滿足條件的應進行改造。”因此需要新增母聯保護裝置。

站用電保護及備自投系統為常規電磁式繼電器接線，運行時間較長，投運至今未改造過。因此需改造為微機型保護裝置。

3.3 直流系統及UPS電源

普提站現有4套220 V直流系統。多年運行后，因蓄電池組容量不足，充電屏內高頻模塊頻繁故障，該2套直流系統的蓄電池組、充電柜及聯絡柜在近期進行過改造升級，但其直流饋電屏、直流分電屏運行時間均較長，且根據“原則”規定：“直流系統絕緣監測裝置不具備交流竄直流故障的測記和報警功能，未采用直流原理的直流電源系統絕緣監測裝置，應進行改造”。因此建議更換4套直流系統的主饋線柜、直流分電柜，并配備功能完善的絕緣監測裝置。

普提站UPS電源容量僅為6 kVA，不滿足國網的相關規定，且為主從模式。根據“原則”：“自動化主站系統應配備專用的不間斷電源裝置（UPS），UPS的交流供電電源應采用來自不同電源點的雙路電源供電，UPS電源容量在滿載后應留有40%以上的供電容量，UPS交流失電后的供電持續時間應大于2小時，UPS應采用雙主機配置，不滿足要求的應予改造。”因此建議將UPS更換為雙主模式，容量增大為10 kVA。

3.4 其他二次輔助設備改造

普提站時鐘同步系統于2014年改造完畢，主時鐘可同時接收GPS和北斗時鐘信號，屏柜布置在主控樓繼電器室，其余各個繼電器室布置時鐘同步擴展柜。經現場核實，前期B碼對時接點容量不足以接入改造后新增設備的對時信號。因此需在各繼電器室內進一步增設同步時鐘擴展裝置。

3.5 系統繼電保護

3.5.1 斷路器保護柜

普提站共計8面500 kV斷路器保護柜投運至今已20年，配置為南瑞繼保公司的LFP921型，該系列產品已停產，且保護接口無法與現有保護信息管理子站等交換信息。根據“原則”：“達到或超過微機繼電保護裝置運行管理規程中使用年限要求的保護和安自裝置，優先安排改造。”（微機繼電保護裝置運行管理規程：微機繼電保護裝置的使用年限一般為10～12年），因此應對以上8面斷路器保護柜進行更換。

3.5.2 保護用光纖配線架柜

根據國網公司十八項反措中關于保護用光纖通道敷設要求，需改造普提站內所有500 kV、220 kV線路保護光纖通道用光纜的敷設，并進行光纜路由雙通道改造。為了減少單根光纜的敷設數量，采用每個繼電器小室至通信室敷設3根36芯大光纜，用于將保護光纖通道改接經光纖配線架柜后至通信室接口裝置通信。因此該次改造應考慮各繼電器小室及通信室增加光纖配線架柜。

3.6 通信系統

3.6.1通信電源

普提站是川西南骨干通信環網的樞紐站，安裝有國網、省網、地區網的通信設備。通信電源系統是通信的基礎，一旦出問題，將導致通信系統癱瘓，且考慮到原直流分配屏已無新增空開位置，無法接入新增通信設備;通信蓄電池組及高頻開關電源已到使用壽命周期，穩定性下降。對此，該次改造拆除原2004年投運的2號通信電源設備，新增1套-48V/300A的高頻開關電源系統、1組500 Ah的密封免維護蓄電池及4面直流分配屏，以便滿足后期新增設備的供電。

3.6.2 相關反措整改

由于站內所有出線間隔OPGW光纜至臨近主控樓通信室處只有1條電纜溝道和豎井，若溝內發生火災等災害將可能造成電網通信中斷，嚴重時可能危及電網的安全運行。因此根據國網公司18項反措要求，需對主控樓通信室電纜及豎井溝道進行雙路徑改造。

4 項目可選技術方案的對比

為實現調控一體化運維要求，二次設備改造可研設計有2種方案。1）按常規站改造二次設備。2）按智能站改造全站，在方案1）的基礎上增加合并單元和智能終端設備。

普提站基于以下原因，不考慮全站按智能站改造。1）一體化監控系統改造已經能滿足國家電網公司提出的調控一體化無人值班要求。2）該站規模較大，若按智能站改造，220 kV和500 kV需配置大量合并單元和智能終端，同時相應地增加智能柜、間隔層網絡交換機以及改造站用交直流系統等，并對CT、PT回路進行改造，設備投資明顯增加。3）從設備全壽命周期成本進行比較，按照常規站普提站二次系統綜合改造總投資為1 324萬元，按照智能站改造則總投資為3 000萬元以上。此外，存在智能設備與原有站內一次設備的接口改造問題，影響面較大。4）該站為四川電網樞紐站，按智能站改造將大大增加設備停運時間，間接經濟影響不可估量。

5 改造施工過程中設計變更的控制

變電站綜自改造施工過程中，難免遇到初設圖紙與現場改造實際不符的情況，此時需要設計變更，進一步明確現場施工的合規性。設計變更可能緣于方案的進一步優化或外部條件的變化。方案的進一步優化是有利于工程造價的控制和設備安全高效的改造及投產;外部條件的變化，如恰遇新規新措施的實施，相應的設計變更也是必要的。對此，施工單位和設計單位應及時溝通，將設計變更在相關部分還未施工之前，以避免返工帶來的浪費。

6 結語

綜上所述，根據國家電網生產技術改造和設備大修原則、相關反事故措施的要求，對變電站綜合自動化改造存在問題進行分析并提出解決方案，是保證綜自改造技術方案優化、工程造價合理、施工安全高效的先決條件。該文以500 kV普提站綜自改造存在問題為例，重點分析了計算機監控系統、部分系統繼電保護裝置、通信系統通信電源、站用直流系統及UPS電源等老舊且不滿足國網反事故措要求的設備，通過相應改造方案的實施以解決設備老化和消除設備安全隱患，提高變電站的整體運行安全性與可靠性，是非常必要的。相信該文有助于我們對變電站綜合自動化改造任務的理解和問題的分析與解決。

參考文獻

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