500kV变电站综合自动化系统改造研究

    石玉梅+郝守礼

    摘 要：在我国电力系统中，500kV变电站占据着举足轻重的地位，为了满足当前高质量供电需求，有必要对500kV变电站进行综自改造，以保证电力系统的安全、稳定运行，文章主要结合具体500kV变电站实例，从改造原则、改造方法、改造内容三个方面对500kV变电站综合自动化系统改造进行了分析，可为类似工程处理提供借鉴。

    关键词：500kV；变电站；综合自动化系统；综自化

    近年来，随着物质生活水平的不断提高，对电力系统的安全性、稳定性提出了更高的要求，加上计算机、自动化以及通信技术的更新换代，使500kV变电站综自改造成为了目前电力系统的必然发展趋势。500kV变电站作为枢纽变电站，是电网中的能源中心，在220kV变电站逐步实施综合自动化系统改造的基础上，同时推动500kV变电站综自改造对我国电力系统完善以及国民经济稳定发展具有重要的战略意义。文章结合某500kV变电站实例，在简要概述该变电站综合自动化系统改造原则的基础上，对整体改造方法及改造内容进行了分析，对类似500kV变电站自动化系统改造具有一定的借鉴价值。

    1 500kV变电站综合自动化系统改造原则

    某500kV变电站，大部分设备已运行多年，存在着诸多安全隐患问题，如刀闸老化失灵、电容器漏油严重、用电系统操作闭锁功能缺失等，整体自动化程度不高，导致一旦发生故障短时间内无法解决，影响着整个电网的安全、稳定运行，自然也会牵制着该区域居民的正常生活以及经济的整体建设，因此急需对该变电站进行综自改造。变电站综合自动化系统作为电网的一个组成部分，综自改造应符合电网调度自动化总体要求，并依据一定的原则来保证整个系统的可靠性、安全性和经济性。

    （1）分层分布。出于综自系统可靠性考虑，应改造为分层分布式结构，形成由间隔层、网络层及站控层组成的三层结构体系。间隔层应采用集保护与测控功能为一体的微机保护装置，而站内通信网采用以太网。网络层和站级层尽可能双重化，冗余配置。站控层用于对整站的监视、测量、控制、调节以及保护，还能实现对设备检测功能的综合管理。

    （2）保护独立。从系统安全性出发，系统改造时设备继电保护按应相对独立设置，相应跳闸线圈可由保护动作出口直接操作，这种相对独立的继电保护功能可脱离于通信网的限制。但为了实现信息共享，达到集中保护管理的目的，所有保护信号需通过保护管理机和监控系统接口。

    （3）交流采样。自动化的实现过程中，数据的采集尤为关键，为了获得更为精确的电压、电流、功率、电能等电气量值，减轻测量回路的负载，综自化改造时应采用交流采样技术。测量和保护可分别采用不同的TV、TA绕组。

    （4）综合防误。变电站综合防误功能是防止误操作引发事故的重要措施，因此，综自改造应提高系统的综合防误性能，可从管理严密、报警多样以及防误操作闭锁等方面加以实施。同时，由于微机"五防"闭锁系统诸多优势的存在，因此微机监控系统必须与"五防"系统通信。

    （5）管理智能。鉴于500 kV非终端变电站属有人值班模式，改造后的综自化系统应提供相应管理操作界面，日常所需功能可简单操作完成。另外，系统还应选用智能化的运行管理软件，以期实现变电运行管理的智能化。

    2 500kV变电站综合自动化系统改造方法

    遵循上文所述变电站综合自动化系统改造原则，综合考虑该500kV变电站的改造项目的安全性、稳定性及经济性，具体改造方法主要包括以下三个方面。

    2.1 一次设备改造

    首先是断路器及隔离开关的改造，要求能实现遥控操作功能，并提供可靠的断路器、隔离开关位置信号。将断路器辅助触点改造为双辅助触点接线，以防止误发信号，并注意断路器及隔离开关相关状态信号的可靠性和准确性。另外，应逐一拉合一次侧断路器、隔离开关，并对后台机SOE事件名称、时间等信息进行查看。若断路器、隔离开关状态显示与实际不符，则应是断路器、隔离开关辅助触点常开、常闭接反了。对于这种情况，更改后台机遥信量组态或电缆接线即可。

    综合自动化改造对主变来说，除了遥调功能外，还要实现主变温度远方测量及上传等功能，并对主变压器本体的瓦斯、温度、压力等各种告警信号及光字系统加以完善。遥调改造完成后，注意调节主变压器分接头过程的后台机显示是否与现场一致，以及变压器温度的后台机显示是否正确。

    该变电站外来站用电源的供电为10kV馈线，由于运行年限较久，又存在设计不合理、设备老化等问题，因此，也要对该开关柜进行综自改造。改进开关本体及电缆出线的接地方式，选用带有接地开关的开关柜，并对机械防误操作相关措施加以完善。另外为了使电流互感器的绝缘水平与高压开关柜使用工况相符，需更换为额定电压12kV的电流互感器。

    接地网属于隐性工程，往往综自改造只注意了接地电阻结果的检测，但地网事故问题且屡有发生，因此必须高度重视。应改造接地电阻超标的地网，通过布置深井电极来加快雷电流释放速度，增强防雷效应。

    2.2 二次设备改造

    变电站综自改造过程中，二次设备可靠性是必须考虑的问题，也是不可或缺，对其稳定性要求更高，因此，需淘汰一部分质量不可靠的设备，更换为性能更稳定的设备，如继电器、显示灯等。

    对相关二次回路进行综自改造，实现断路器控制回路断线、失去控制电源时的远方报警，并保留控制回路故障信号；重合闸装置在遥控和当地操作合闸或跳闸后，重合闸电源相应自动投入或自动断开，重合闸放电回路则自动断开或自动放电。

    该变电站的直流系统有过多次改造，直流回路复杂，直流馈线混乱，且接线和标识模糊、老化，存在着安全隐患，需更换直流系统，在改造时应保证运行中保护装置的电源，防止直流短路、接地，还要加装直流系统的接口电路板来实现向综自后台机的通信、报警功能。

    2.3 通信及监控系统改造

    通过通信及信号处理技术，实现对变电站主要设备的自动监视、测量、控制、保护以及综合性自动化功能是变电站综自改造核心，因此需改造为较高标准的通信、监控系统及相关配件，这是改造中应加以重视的。

    为正确反映站内所有异常及事故信号，变电站原中央信号解除以后，必须将信号通过继电器触点提供给远动遥信装置，以实现遥信功能。要实现信号继电器的复归功能，必须全部将信号继电器更换为带有电动复归线圈及多组动合触点的静态集成继电器。信号继电器更换为静态继电器以后，既可以通过信号继电器上的复归按钮就地复归，又可以通过将所有信号继电器的电压复归线圈并联后与监控屏遥控执行屏上信号复归继电器的常开触点串联起来，实现全站信号的遥控总复归。

    3 500kV变电站综合自动化系统改造内容

    结合上文所述的整体综自化改造方法，该500kV变电站具体改造内容为：（1）电气一次部分。增加主变中性点隔直装置，将500kV 第四、五串设备全部更换为HGIS 设备，将第三串设备扩建为完全串设备。更换相应刀闸、电流互感器、电压互感器、电容器组、断路器等设备，并将220kV 2M 母线分段，增加分段开关及相关设备。（2）电气二次部分。更换 500kV 所有设备的保护装置，更换相应保护屏，增加母差 I 保护的失灵功能，扩容监控系统及保信子站扩容。（3）电源及其它部分。更换直流系统及整改直流回路，更换交流系统及整改交流回路，更换动力箱、 端子箱、接口屏等设备。（4）保护通道部分。将220kV所有保护高频通道改换为光纤通道，并加装、更换相应的通信设备、插件。

    4 结语

    通过配方所述的改造原则、方法及内容，可增强该500kV变电站供电可靠性，改善电能质量，提高电网运行管理水平，并为无人或少人值班奠定基础，对类似工程的改造实践具有一定的参考价值。另外，500kV变电站综合自动化系统改造涉及内容较多，还需在工程实施中做好规划、加强管理，以免影响电网的安全运行。

    参考文献：

    [1]张国志，贾炜.濮阳500 kV仓颉变电站综合自动化系统技术改造[J].电力建设，2008，（8）.

    [2]陈晓捷.泉州500kV变电站综合自动化系统改造的设计探讨[J].福建建设科技，2009，（5）.