变电站综合自动化改造问题与解决方案
薛永源
摘 要：近年来，随着国家电网不断地扩大和完善，500 kV电网已成为建设智能、坚强电网的骨干网架。然而，前期运行长达十余年的变电站因设备老旧，可靠性低，已无法全面适应当前“无人值班，少人值守”的运维模式，需对其进行综合自动化改造。鉴于综自改造中相关专业及设备涉及面广，施工工期较长，现场安全危险点把控较多，如何分析存在问题和制定行之有效的改造方案是我们高效、有序、安全进行施工的必然。
关键词：变电站;综自改造;问题;原则;措施
中图分类号：TM76? ? ? ? ? 文献标志码：A
0 引言
当前，随着国家电网公司“三集五大”体系建设的深化，变电站“无人值班，少人值守”的大力推进，变电站综合自动化已是提高电网安全稳定运行水平、降低运维成本、提高经济效益、向用户提供高质量电能的一项重要技术措施。对此，国内新建变电站无疑是按当前发展迅猛的智能设备配置和较成熟的自动化技术水平来建设的。此外，对于运行了10年及以上的常规变电站，需按“国家电网公司生产技术改造和设备大修原则”（以下简称“原则”）进行变电站综合自动化改造。该文以四川省典型的500 kV枢纽变电站——普提变电站为例，分析其在综自改造中存在的重点问题，并提出相应的解决方案。
1 了解运行现状及综自改造的必要性
500 kV普提站于1998年投运，限于当时的控制水平，变电站按有人值班设计，它是四川攀西地区二滩水电送出的重要通道，同时也是凉山彝族自治州东部地区小水电汇集送出的枢纽站。该站于2006年迎来了首次综自改造，又经十余年运行中的改扩建后，站端二次系统设备新老参差不齐，自动化程度受限。根据“原则”要求，电网二次系统部分应“结合大运行调控一体化建设需要，对变电站自动化系统进行无人值班改造，实现站端数据优化处理和告警信息直传，并通过远程浏览技术实现对变电站全景信息直接调阅”。从运行维护管理的角度，有必要解决普提站综合自动化程度不高的问题，实现无人值班调控一体化功能，从而提高其运行可靠性与稳定性。
2 综自改造设计范围及规模的把控
把控设计范围及规模，需对超过使用年限的老设备进行更换，对前期已改造但不能进一步满足实际需求的设备进行升级扩展，对典型的不满足反事故措施要求的项目进行改造，以及对已退出运行的设备进行拆除等。
3 重点问题分析及改造方案的提出
3.1 计算机监控系统
普提站计算机监控系统为国电南瑞科技公司的NS2000系统，间隔层测控装置为NSD500， 远动工作站、保护管理机为NSC200型。该系统目前的主要问题有4个。1）站内监控操作员站及主机运行缓慢，经常死机，对监控系统的安全运行造成影响。2）间隔层测控装置近年来不断出现遥测遥信、CPU和电源等插件故障，违反国网公司十八项电网重大反事故措施中关于“微机保护（自动化）装置的开关电源模块宜在运行6年后予以更换”的要求。3）远动工作站及保护管理机已无备用接口，对高版本装置的兼容性受到制约，不能满足国网标准的103规约传达。4）该远动工作站只有其中1台为主机时，省调控中心才能进行遥控操作，无法进行主备机切换，且多次出现至省调的104规约通信中断的情况，对整个变电站的安全稳定运行有较大的影响。基于上述问题，建议对该站计算机监控系统进行整体改造，更换为一套一体化监控系统。
3.2 元件保护
普提站220 kV Ⅰ母/Ⅱ母母联断路器无母联保护，违反“原则”：“220 kV及以上电压等级的母联、母线分段断路器应按断路器配置专用的、具备瞬时和延时跳闸功能的过电流保护装置不满足条件的应进行改造。”因此需要新增母联保护装置。
站用电保护及备自投系统为常规电磁式继电器接线，运行时间较长，投运至今未改造过。因此需改造为微机型保护装置。
3.3 直流系统及UPS电源
普提站现有4套220 V直流系统。多年运行后，因蓄电池组容量不足，充电屏内高频模块频繁故障，该2套直流系统的蓄电池组、充电柜及联络柜在近期进行过改造升级，但其直流馈电屏、直流分电屏运行时间均较长，且根据“原则”规定：“直流系统绝缘监测装置不具备交流窜直流故障的测记和报警功能，未采用直流原理的直流电源系统绝缘监测装置，应进行改造”。因此建议更换4套直流系统的主馈线柜、直流分电柜，并配备功能完善的绝缘监测装置。
普提站UPS电源容量仅为6 kVA，不满足国网的相关规定，且为主从模式。根据“原则”：“自动化主站系统应配备专用的不间断电源装置（UPS），UPS的交流供电电源应采用来自不同电源点的双路电源供电，UPS电源容量在满载后应留有40%以上的供电容量，UPS交流失电后的供电持续时间应大于2小时，UPS应采用双主机配置，不满足要求的应予改造。”因此建议将UPS更换为双主模式，容量增大为10 kVA。
3.4 其他二次辅助设备改造
普提站时钟同步系统于2014年改造完毕，主时钟可同时接收GPS和北斗时钟信号，屏柜布置在主控楼继电器室，其余各个继电器室布置时钟同步扩展柜。经现場核实，前期B码对时接点容量不足以接入改造后新增设备的对时信号。因此需在各继电器室内进一步增设同步时钟扩展装置。
3.5 系统继电保护
3.5.1 断路器保护柜
普提站共计8面500 kV断路器保护柜投运至今已20年，配置为南瑞继保公司的LFP921型，该系列产品已停产，且保护接口无法与现有保护信息管理子站等交换信息。根据“原则”：“达到或超过微机继电保护装置运行管理规程中使用年限要求的保护和安自装置，优先安排改造。”（微机继电保护装置运行管理规程：微机继电保护装置的使用年限一般为10～12年），因此应对以上8面断路器保护柜进行更换。
3.5.2 保护用光纤配线架柜
根据国网公司十八项反措中关于保护用光纤通道敷设要求，需改造普提站内所有500 kV、220 kV线路保护光纤通道用光缆的敷设，并进行光缆路由双通道改造。为了减少单根光缆的敷设数量，采用每个继电器小室至通信室敷设3根36芯大光缆，用于将保护光纤通道改接经光纤配线架柜后至通信室接口装置通信。因此该次改造应考虑各继电器小室及通信室增加光纤配线架柜。
3.6 通信系统
3.6.1通信电源
普提站是川西南骨干通信环网的枢纽站，安装有国网、省网、地区网的通信设备。通信电源系统是通信的基础，一旦出问题，将导致通信系统瘫痪，且考虑到原直流分配屏已无新增空开位置，无法接入新增通信设备;通信蓄电池组及高频开关电源已到使用寿命周期，稳定性下降。对此，该次改造拆除原2004年投运的2号通信电源设备，新增1套-48V/300A的高频开关电源系统、1组500 Ah的密封免维护蓄电池及4面直流分配屏，以便满足后期新增设备的供电。
3.6.2 相关反措整改
由于站内所有出线间隔OPGW光缆至临近主控楼通信室处只有1条电缆沟道和竖井，若沟内发生火灾等灾害将可能造成电网通信中断，严重时可能危及电网的安全运行。因此根据国网公司18项反措要求，需对主控楼通信室电缆及竖井沟道进行双路径改造。
4 项目可选技术方案的对比
为实现调控一体化运维要求，二次设备改造可研设计有2种方案。1）按常规站改造二次设备。2）按智能站改造全站，在方案1）的基础上增加合并单元和智能终端设备。
普提站基于以下原因，不考虑全站按智能站改造。1）一体化监控系统改造已经能满足国家电网公司提出的调控一体化无人值班要求。2）该站规模较大，若按智能站改造，220 kV和500 kV需配置大量合并单元和智能终端，同时相应地增加智能柜、间隔层网络交换机以及改造站用交直流系统等，并对CT、PT回路进行改造，设备投资明显增加。3）从设备全寿命周期成本进行比较，按照常规站普提站二次系统综合改造总投资为1 324万元，按照智能站改造则总投资为3 000万元以上。此外，存在智能设备与原有站内一次设备的接口改造问题，影响面较大。4）该站为四川电网枢纽站，按智能站改造将大大增加设备停运时间，间接经济影响不可估量。
5 改造施工过程中设计变更的控制
变电站综自改造施工过程中，难免遇到初设图纸与现场改造实际不符的情况，此时需要设计变更，进一步明确现场施工的合规性。设计变更可能缘于方案的进一步优化或外部条件的变化。方案的进一步优化是有利于工程造价的控制和设备安全高效的改造及投产;外部条件的变化，如恰遇新规新措施的实施，相应的设计变更也是必要的。对此，施工单位和设计单位应及时沟通，将设计变更在相关部分还未施工之前，以避免返工带来的浪费。
6 結语
综上所述，根据国家电网生产技术改造和设备大修原则、相关反事故措施的要求，对变电站综合自动化改造存在问题进行分析并提出解决方案，是保证综自改造技术方案优化、工程造价合理、施工安全高效的先决条件。该文以500 kV普提站综自改造存在问题为例，重点分析了计算机监控系统、部分系统继电保护装置、通信系统通信电源、站用直流系统及UPS电源等老旧且不满足国网反事故措要求的设备，通过相应改造方案的实施以解决设备老化和消除设备安全隐患，提高变电站的整体运行安全性与可靠性，是非常必要的。相信该文有助于我们对变电站综合自动化改造任务的理解和问题的分析与解决。
参考文献
[1]厉伟群.运行中500 kV变电站综合自动化改造[J].电子制作，2014，12（20）：229-230.
[2]石玉梅，赫守礼.500 kV变电站综合自动化改造研究[J].科技经济市场，2014，25（7）：15-16.
[3]薛巍.500kV变电站综合自动化改造分析[J].中国高新技术新产品，2016，12（8）：7-6.
