芻議110KV變電站的自動化改造

盧星盛

（云南文山電力股份有限公司，云南 文山 663000）

引言

在我國電力系統中，現在仍存在著不少的1l0kV老式變電站其一次設備老化、損壞及腐蝕嚴重，維護及更新的工作量和費用逐年上升，而且效果不明顯；其二次設備反映了國內設備發展的過程，從最古老的電磁型繼電器保護到早期的微機保護、晶體管保護直到“四合一”的集控臺等，都在同時運行。這些設備的老化對變電站的安全、優質、高效、可靠運行構成很大威脅，這類變電站對系統的安全、供電可靠運行也是較大隱患。鑒于每年需對這類變電站投入大量資金、人力和物力進行維護整治而效果并不理想，如何合理地、經濟地改造這些舊站，使其滿足自動化的要求，已成為電力系統工程技術人員面臨的迫切問題。

1 110kV變電站綜合自動化現狀及其存在的問題

1.1 110kV變電站自動化現狀

1.1.1 傳統模式

傳統模式即目前國內應用最為普遍的遠方終裝置(RTU)加上當地監控系統(又稱當地功能)再配上變送器 (當采用交流采樣RTU時，可省去變送器屏柜)、遙信轉接、遙控執行、UPS等屏柜.站內繼保裝置的重要信號通過硬接點方式輸入RTU,其中微機型保護裝置亦可通過串行口按約定的規約與RTU進行通訊。較為典型的產品有NARI系公司的DISA-l、RD-800 系列等。

1.1.2 集中配屏模式

目前大多數廠家的產品均屬此類，在各地110KV無人值班變電站中應用也最廣。與傳統模式相比，最大的改進在于將RTU的遙控、信號、測量、電能計費、通信等功能分別組屏，并由1個或2個總控單元通過串行通信口(RS232，RS422，RS485)與各功能單元(屏柜)以及微機保護、故障錄波、上位機(可選)等進行通訊。比較典型的產品有NARI系統公司的DISA-3型、BJ-1型等。

1.1.3 全分散式，其中保護相對獨立，控制和測量合一

該模式的主要特點是以一次主設備如開關、變壓器、母線等為安裝對象，將控制、I/O、閉鎖、保護等單元分散，就地安裝在一次主設備屏柜上。站控單元通過光纖通信串行口與各一次設備屏柜相連，并與上位機和遠方調度中心通信。較為典型的產品有NARI公司的 BJ-F3A系列。

1.1.4 全分散式，其中保護、控制和測量合一

較為典型的產品有北京四方公司的CSC200O系列、NARI公司的DISA-2等。

1.1.5 局部分散式

此模式綜合了集中式與分散式的特點，采用了分散式的系統結構，而控制和保護仍集中配屏。較為典型的產品有DISA-3、FDK系列等。

1.2 存在的問題

1.2.1 技術標準問題

目前變電站綜合自動化系統的設計還沒有統一標準，因此，標準問題是當前迫切需要解決的問題。

(1)生產廠家

目前在變電站綜合自動化系統選型當中存在著如所選系統功能不全面、產品質量不過關、系統性能指標達不到要求等情況。主要有以下問題：由于生產廠家過分重視經濟利益，用戶又過分追求技術含量，而不重視產品的性能及實用性，因而一批技術含量雖較高，但產品并不過關，甚至結構、可靠性很差的所謂高技術產品不斷被使用；有些廠家就某產品只搞技術鑒定，沒搞產品鑒定；另外，生產廠家對變電站綜合自動化系統的功能、作用、結構及各項技術性能指標宣傳和介紹不夠，導致電力企業內部專業人員對系統認識不透徹，造成設計漏洞較多。

(2)不同產品的接口

接口是綜合自動化系統中非常重要而又長期未得到妥善解決的問題，包括小電流接地裝置、故障錄波、無功裝置等與通信控制器、通信控制器與模擬盤等設備之間的通信。如果所有廠家自動化產品的數據接口遵循統一、開放的數據接口標準，則上述問題可得到圓滿解決。用戶可根據各種產品的特點進行選擇，以滿足自身的使用要求。

(3)抗干擾

抗干擾問題即所謂的電磁兼容問題，是一個非常重要但常被忽視的方面。電磁干擾對系統在線運行的影響非常嚴重，若不采取有效措施，將產生嚴重后果。可在系統的硬件和軟件方面采取一些必要措施，以消除或抑制電磁干擾。如系統接地保護、隔離和屏蔽等。傳統上的變電站綜合自動化設備出廠時抗干擾試驗手段相當原始，僅僅做一些開關、電焊機、風扇等定性實驗，到現場后往往也只加上開合斷路器的試驗，一直沒有一個定量的指標，這是一個極大的隱患。變電站綜合自動化系統的抗干擾措施是保證其系統可靠和穩定運行的基礎，選擇時應注意。合格的自動化產品，除滿足一般檢驗項目外，主要還應通過高低溫試驗、耐濕熱試驗、雷電沖擊電壓試驗、動模試驗，而且還要重點通過四項電磁兼容試驗，分別是：1MHz脈沖干擾試驗、靜電放電干擾試驗、輻射電磁場干擾試驗、快速瞬變干擾試驗。

(4)開放性

變電站綜合自動化系統應能實現不同廠家生產設備的互操作性，系統應能包容變電站自動化技術新的發展要求和必須考慮和支持變電站運行功能的要求。而現有的系統卻不能滿足這樣的要求，各廠家的設備之間接口困難，甚至不能兼容，從而造成各廠家各自為政，重復開發，浪費了大量的財力、物力。另外，各種屏體及設備的組織方式不盡相同，給維護和管理帶來許多問題。

1.2.2 電力管理體制與變電站綜合自動化系統關系

該系統的建設，使得繼電保護、遠動、計量、變電運行等各專業相互滲透，傳統的技術分工、專業管理已經不能適應變電站綜合自動化技術的發展。變電站遠動與保護專業雖然有明確的專業設備劃分，但其內部聯系已經成為不可分割的整體，旦有設備缺陷均需兩個專業同時到達現場檢查分析，有時會發生推諉責任的情況，造成極大的人力資源浪費，而且兩專業銜接部分的許多缺陷問題成為“兩不管地帶”，不利于開展工作。在專業管理上，變電站綜合自動化設備的運行、檢修、檢測，尤其是遠動系統的實時性、遙測精度、遙信變位響應速度、信號復歸和事故總信號等問題仍需要規范和加強。

1.2.3 運行維護人員水平不高

解決好現行的變電站綜合自動化系統管理體制和技術標準等問題的同時，還要培養出一批高素質的專業隊伍。要想維護、管理好變電站綜合自動化系統，首先要成立一支專業化的隊伍，培養出一批跨學科的復合型人才，加寬相關專業之間的了解和學習。其次，變電站綜合自動化專業的劃分應盡快明確，杜絕各基層單位“誰都管但誰都不管”的現象。變電站綜合自動化專業的明確，對于加強電網管理水平，防止電網事故具有重大意義。

2 110kV變電站自動化改造的主要內容

常規l10kV變電站進行自動化改造時，主要是對一、二次設備進行升級改造，使之適應無人值班運行對設備較高可靠性的要求。

2.1 一次設備的改造及技術要求

2.1.1 斷路器的改造

主要要求是能實現無油化及遙控操作功能，并提供可靠的斷路器位置信號；斷路器輔助觸點改造為雙輔助觸點接線以防信號誤發。

2.1.2 高壓開關柜的改造

完善機械防止誤操作措施，完善柜間距離。要求隔離物起絕緣支撐作用，要具有良好的阻燃性能；采用包絕緣護套的辦法加強母線導體間、相對地間絕緣水平；采用額定電壓12kV，最高工作電壓75kV的電流互感器，使之達到高壓開關柜使用工況要求的絕緣水平。

2.1.3 過電壓保護設備的改造

對變電站l0kV中性點加裝自動跟蹤、自動調諧的消弧線圈或經小電阻接地；為減少變電站的運行維護工作量，降低殘壓，防止避雷器的爆炸，變電站10kv避雷器宜更換為無間隙金屬氧化物避雷器。

2.1.4 主變壓器有關輔助元件改造

改造中性點隔離開關及其操作機構，能實現遙控操作；對有載調壓分接開關實現當地和遠方遙調操作；實現主變溫度遠方測量及上傳功能等。

2.2 二次設備改造的內容要求及注意事項

2.2.1 二次設備改造的內容要求

2.2.1.1 斷路器控制回路改造后，要簡單、可靠、無迂回接線，控制、保護、信號及測控單元電源分離。

2.2.1.2 斷路器控制回路斷線、失去控制電源時應實現遠方報警，并保留控制回路故障信號。

2.2.1.3 保護回路單獨設有熔斷器的變電站，保護回路直流消失后，能遠方報警。

2.2.1.4 重合閘裝置要實現自動投退，在遙控和當操作合閘后，重合閘電源應自動投入，重合閘放電回路自動斷開。在遙控和當地操作跳閘后，自動退出重合閘電源，同時重合閘裝置自動放電。根據需要實現重合閘后加速和一次重合閘。

2.2.1.5 低頻減負荷裝置或其他系統穩定措施裝置動作跳閘時，應自動閉鎖重合閘。

2.2.1.6 取消斷路器位置信號燈的不對應閃光功能，信號燈具改為發光二極管等節能型燈具，提高可靠性。

2.2.1.7 加裝遙控與就地跳、合閘閉鎖回路。

2.2.1.8 中央信號裝置有關回路作相應改造。

2.2.2 二次設備改造注意事項

2.2.2.1 檢查全站所接電壓互感器的二次回路確實只有一個接地點，且接地位置應設在PT接口屏地排處。

2.2.2.2 檢查電流互感器中性線確實是一點接地且接地點應設在保護室內，滿足“安評”要求。

2.2.2.3 檢查控制電纜屏蔽層是否兩點接地。這對于微機保護的抗干擾是十分重要的。

3 110kV 變電站自動化改造要做好的主要工作

3.1 對一、二次設備進行改造

l10kV變電站改造為無人值班站后，需要穩定可靠的一、二次設備，只有可靠的設備才能使值班員避免顧此失彼，有充裕的時問進行監控、操作和對設備異常、事故的處理。主要是對一些一次設備 (如斷路器、高壓開關柜、過電壓保護設備等)進行大修或更換；對舊式保護裝置(如電磁型、晶體管、集成電路保護等)，其運行壽命已接近設計值，又不能實現通信功能，很難和變電站計算機監控系統相連，且這類保護維護校驗復雜，費時費力，對這些保護進行更換；對35KV及以下保護都更換為四合一保護；對ll0kV保護更換為微機保護加數字測控裝置。

3.2 完善四遙功能

有人值班變電站中一般具有遙信、遙測功能但不具備遙控功能，其遙信、遙測功能只是為調度自動化服務。因調度所關注的遙信量相對較少，而無人值班后監控值班員對變電站運行情況的判斷和處理就全部依賴監控系統。所以在無人值班改造中要充分考慮所采集的信息全面、夠用，也要考慮遙控、遙調點的實用性，保證能夠及時發現異常，及時處理異常和事故，盡可能減少值班員在變電站和監控中心間無謂的往返。

3.2.1 遙信的完善

對遙信的調整原則是實現遠方對異常和事故的判斷，為此需增加如下遙信項目。

(1)線路(旁路)單元：隔離開關位置信號、斷路器操作機構異常信號、斷路器控制回路斷線信號保護裝置異常信號、交流回路斷線信號、光端機裝置異常或通道告警信號、重合閘動作信號、斷路器三相位置不一致、SF6氣壓低、SF6低壓閉鎖、油泵頻繁啟動、遠方和就地控制信號、小電流接地信號、單元事故總信號。

(2)主變單元：冷卻系統異常信號、冷卻器全停信號、控制回路斷線信號、主變油位異常信號、瓦斯信號、油溫信號。

(3)中央信號：預告總信號、直流接地信號、直流裝置異常信號、35、l0KV系統接地信號、二次回路異常信號、故障錄波器動作信號、故障錄波器異常信號、低周減載裝置動作信號、低周減載裝置異常信號、站用電源自投裝置動作信號、備用電源自投裝置異常信號、站用電系統異常信號、消防裝置動作及報警信號、消防裝置異常信號、遠動及通訊裝置異常信號、控制方式由遙控轉為當地控制的信號、防盜報警信號、GIS設備的有關信號。

3.2.2 遙測的完善

遙測是判斷站內運行情況的重要根據。為了采集盡量充足和合理的數據，對遙測主要增加了以下內容：l10kV三相操動機構開關電流增加至三相；采集母線三相電壓；分段、母聯電流；直流電壓；變壓器油溫；站用變低壓側三相電壓。遙測的完善已經收到了明顯的效果：如出現某個l10kV變電站在改造后，進行倒閘操作時，發生拉開一組l10kV隔離開關后，隔離開關位置指示都在拉開狀態，值班員在檢查時發現一相電流不為零，經查為單相連桿拉斷，從而避免了一次帶負荷拉刀閘的惡性誤操作事故。

3.2.3 遙控和遙調的完善

由于對電壓質量的控制要求越來越嚴格，需頻繁對主變分接頭進行調節。在多變壓器的站中，這將伴隨變壓器中性點接地刀閘的頻繁操作，故結合改造，實現了主變中心點接地刀閘的遙控。為了方便檢修和調試，防止誤控開關，在每個開關上安裝了遠方就地切換開關，只有切至“遠方”位置時才能進行遙控。由于市政工程造成線路工作頻繁，而值班員需頻繁進行重合閘、過流保護、備自投等的投切工作，為這些工作頻繁往返變電站顯然不合算，故對大部分保護實現了以上功能的遠方投退。

3.3 裝設安全視頻監控系統

110kV變電站改造為自動化無人值班后，站內的防火防盜工作重要性凸顯。變電站安全視頻監控系統集智能的防盜、防火、輔助巡視、事件記錄和管理等功能于一身，為無人值班變電站的安全運行提供了重要技術手段。變電站安全視頻監控系統包括攝像機等監視設備，紅外對射、紅外雙鑒高分貝聲光告警裝置等防盜設備，以及主機及數據采集和控制單元。主要在圍墻配置紅外對射，在主要出入口配置紅外雙鑒，在主建筑或者圍墻上裝設高分貝聲光告警裝置，并且對燈光進行控制。通過主機實現圖像的壓縮和遠傳、告警和連動、圖像的記錄、與消防主機互聯。值班員可以在監控中心對變電站進行可視化監控。如現場有非法侵入，可以按照預先的設定進行聯動：如將一個或者多個攝像頭轉向告警點，開啟燈光，進行錄像，鳴響警笛，對入侵人員進行嚇阻，同時在監控中心計算機上推出該點畫面，并發出告警音響提示值班員有情況發生，進行監控。也可對火警動作的區域實行聯動錄像。消防系統與視頻監控的有機整合有利于及時判斷火情的真偽，減少值班員沖到現場進行判斷的不必要勞動，為及時組織救火節約時間。現場的錄像也可作為事故及原因分析的輔助依據。

3.4 提升數據通信處理能力

為提高與l10kV變電站數據通信的實時性信息傳輸容量、擴展性和可靠性，在改造中應用電力實時數據傳輸規約，采用網絡通信和常規串行通信兩種方式自動切換，來保證信息傳輸的可靠性、正確性、唯一性和一致性，并依靠成熟、可靠、快速的自愈光纖通信網絡，充分發揮新型通信規約傳輸容量大、功能豐富、實時性強等優勢來克服和解決系統實時性的瓶頸問題。

3.5 改進計算機電源系統

進行此項改造工程時，要使用交流電源，如后臺機、通信主機、網絡設備等，如果對這些設備斷電的話，將造成變電站失去監控，歷史數據丟失，所以這些設備都要求不間斷供電。傳統的電源都采用UPS，但實踐證明，由于UPS的電池得不到及時的維護，電池的容量在1～2年后將大幅度減少，在市電失去后，不能保證供電時間。故在改造中，經過對站用蓄電池容量驗算后，安裝了在線式逆變電源。在運行中還嚴格要求非重要負荷不能接到逆變電源上，保證了這些重要設備的不問斷供電和切換。

4 結語

近年來，通信技術和計算機技術的迅猛發展，給變電站綜合自動化技術水平的提高注入了新的活力，變電站綜合自動化技術正在朝著網絡化、綜合智能化、多媒體化的方向發展。鑒于變電站綜合自動化系統當前還缺乏一個統一的國家標準，這就需要與之相關的各崗位的電力工作者在實際操作過程中不斷總結經驗，找到其規律性，不能因循守舊，而應根據具體情況，遵循科學、嚴謹的工作原則，用發展的眼光來進行變電站綜合自動化系統的建設，以保證電網安全、可靠、高效的運行。

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