晉東南1000 kV變電站電氣控制和監視的幾個特點

燕 立，吳袆瓊，王 芳

(北京國電華北電力工程有限公司，北京市，100120)

0 引言

特高壓輸電具有長距離、大容量、低損耗的優勢，可以更好地滿足國民經濟對電力的需要。特高壓已被列為國家中長期科技發展規劃綱要的優先主題之一。特高壓輸電技術的復雜性以及它在電力系統中的作用，是其他電壓等級無法相比的[1-6]。

已成功投入商業運行的晉東南1000 kV變電站是特高壓試驗示范工程的重要部分，其設備和系統的控制、監視方面有如下特點：（1）根據終期規模大、二次設備多、信息量大的特點，計算機監控系統站控層采用了1000 MB雙以太網、主要站控層設備冗余配置及主要智能設備雙網口通信，來保證監控信息的可靠性和實時性；（2）全站終期采用2套直流系統來保證重要二次設備的可靠供電及配置的合理性；（3）屋外配電裝置照明就地手動控制、自動控制及遠方智能控制方式方便運行巡視；（4）采用在線監測及集成系統對1000 kV GIS、主變壓器及電抗器的運行狀態進行監視和記錄。

1 計算機監控系統

晉東南1000 kV變電站計算機監控系統結構如圖1所示。

1.1 站控層采用1000 MB雙光纖以太網

在特高壓變電站中，終期規模比一般500 kV變電站大很多，相應的繼電保護、二次監控設備等配置數量及功能也不同于一般的500 kV變電站，具有信息量更大、保護小室距離更遠等特點。考慮到數據流量大、傳輸距離遠和抗干擾的要求，晉東南1000 kV變電站的計算機監控系統站控層采用1000 MB雙光纖以太網。

整套計算機監控系統為分層、分布、開放式的網絡結構，在站控層以及各繼電保護小室與主控室之間采用1000 MB多模光纖以太網，構成站內一級主干網；在小室和主控室內部設備之間采用100 MB/1000 MB屏蔽雙絞線以太網，構成站內二級主干網。以往一般的500 kV變電站，二次屏柜總數大約為220個，監控系統站控層采用100 MB以太網可以滿足系統實時性和網絡帶寬的要求。晉東南1000 kV變電站終期規模二次設備總數約為450個柜，其變電站規模、信息量及控制設備數量都是500 kV變電站的2倍以上，監控系統站控層采用1000 MB以太網，可以提供更寬的帶寬、更好的網絡可靠性以及更快的應用響應時間，從而保證在變電站正常運行和電力系統事故時的可靠性和實時性；而且隨著變電站的自動化和智能化水平的進一步提高，1000 MB以太網還具有支持新應用和新數據類型的能力。

1.2 繼電保護設備直接接入監控網絡

目前，大多數常規變電站的保護信息除重要的保護動作信息采用硬接點接入監控系統測控單元外，更多詳細的信息是以報文方式通過單獨的總線或網絡上送保護故障信息子站，同時通過監控系統各保護小室配置的公用接口裝置經規約轉換后送至監控系統。晉東南1000 kV變電站的各繼電保護裝置采用雙網口直接與監控系統以太網連接，從而更好地保證了保護信息上送的實時性和可靠性。

監控系統支持多種方式接入各種智能設備。在保護小室，繼電保護裝置通過雙以太網將保護信息直接傳輸到監控系統，接口采用TCP/IP及網絡103通信協議，其他智能設備通過RS485接口接入各保護小室的公用接口裝置；在主控室中，所有計算機也全部直接上網。

1.3 冗余配置

為保證系統運行的可靠性，整個系統采用冗余配置。一是雙網冗余，整個系統提供雙物理鏈路，確保通道的可靠；二是雙機冗余，重要的計算機節點（比如系統服務器、操作員工作站、遠動工作站等）都是雙機配置；三是設備雙口冗余，上網設備都保證有2個以上的網卡。無論是單網故障還是網絡上單點故障，都不會影響系統全局，最大限度地保證系統運行的可靠性和穩定性。

1.4 配置仿真培訓工作站

配置了仿真培訓工作站，能夠完成運行人員培訓和變電站系統仿真。采用和實施計算機監控系統一體化設計，能真實再現變電站的運行環境，模擬變電站的一次、二次系統及其設備和動作邏輯等，具有運行操作指導、事故分析處理、在線設備分析、聯合反事故演習、多媒體遠程培訓等功能。

教員機、學員機獨立設置，便于培訓和反事故演習工作的開展，另外通過硬件防火墻接至LAN網，可自動與計算機監控系統核對設備狀態。

2 1000 kV主要設備在線監測裝置

電力系統傳統的運行維護工作，是實行“計劃檢修”。“計劃檢修”是按照高壓電氣設備預防性試驗規程所規定的試驗周期，到期必須對電氣設備進行停電檢修。定期試驗不能及時發現設備內部的故障隱患，而且停電試驗施加的試驗電壓低于運行電壓，對某些缺陷反應不夠靈敏。

狀態檢修則是基于設備的實際工況，通過分析比較其在運行電壓下的各種特性參數的變化，來確定電氣設備是否需要檢修，以及需要檢修的項目和內容，具有極強的針對性和實時性。此前沒有特高壓設備運行經驗，也就沒有經過實踐考驗的合理、明確的檢修周期。為確保交流特高壓關鍵設備的安全、可靠運行，對1000 kV主要設備包括變壓器和電抗器、GIS組合電器配置在線監測和診斷裝置，通過對有關參數、信號的采集和分析，檢出內部的初期故障及其發展趨勢。維護人員可根據檢出的數據進行綜合分析，診斷設備的狀態，及時檢修，減少損失，避免惡性事故的發生。

隨著信息技術的發展，特別是網絡技術的發展，對在線監測技術提出了新的發展思路和方向。將WEB、Internet等新技術以及信息管理技術和先進數據庫技術等與在線監測技術進行有機的集成，可更好地服務于電力系統的生產、運行與管理，為狀態維修體制的開展提供更有效的、更合理的、更科學的數據和技術支撐[7]。

以往的500 kV變電站的在線監測裝置大部分是針對已運行設備進行設計并安裝。運行設備有的可安裝和抽取信號，有的則不能；另外還有一些變電站，根據在線監測功能和性質的不同，對不同種類的設備采用不同廠家的在線監測裝置及系統，變電站沒有一個統一的運行、管理平臺，給運行維護帶來很大不便。

晉東南1000 kV變電站在主要一次設備訂貨時就考慮了在線監測功能，并由一次設備生產廠在設備生產、組裝過程中提供并安裝探頭、傳感器等，便于在線監測功能的實現和檢測的準確。晉東南1000 kV變電站還另外配置了集成在線監測系統，不同生產廠提供的各種類型裝置分別通過串口或以太網方式接入此集成系統，變電站運行及維護人員通過此系統對全部被監測設備的運行狀態進行分析判斷，提高運行的智能化水平、管理水平和效率。晉東南1000 kV變電站在線監測系統如圖2所示，變電站主要設備在線監測系統主要配置及功能如下。

（1）主變壓器和1000 kV電抗器。配置油色譜、微水在線監測裝置及1000 kV套管在線監測裝置，監測變壓器、電抗器油中CO2、C2H4等8種氣體含量或微水的含量以及1000 kV套管泄漏電流、介質損耗等，另外還配置前置機(工控機)，由油色譜、微水在線監測裝置及套管在線監測裝置通過光纖及RS485接口與前置機通信。前置機上安裝診斷軟件對采集數據進行分析診斷，同時前置機將診斷結果以一定的文件格式上送在線監測集成系統。

（2）1000 kV GIS。由GIS設備供貨方提供的在線監視裝置包括氣體壓力傳感器、溫度傳感器、各種電流傳感器、指令檢出傳感器及自動監視單元，通過這些傳感器及斷路器的主觸頭輔助接點、電阻觸頭輔助接點，經自動監視單元NCT的采集、處理，可監視斷路器的開合特性、斷路器主觸頭的損耗量；GIS內部發生事故時，根據氣體壓力傳感器的信息鎖定事故部位；從斷路器電阻的溫度中算出到可能操作為止的待機時間，從而實現對GIS組合電器設備的局部放電、SF6氣體密度、開關待機時間等的在線監測、數據分析診斷及報警功能。

（3）在線監測集成系統。由各變電站監控系統供貨方提供1套獨立的集成式在線監測后臺系統，包括1000 kV繼電器小室、主變小室的通信單元、交換機、計算機室和主控制室的交換機和在線監測工作站。各種類型在線監測裝置分別通過串口或以太網方式與各小室通信單元通信，由通信單元對監測數據進行規約轉換，然后通過雙光纖以太網上送站控層在線監測工作站，工作站對數據的遙測越限告警進行判斷和曲線圖顯示等。對于告警信息，工作站實現告警信息登簡報窗、歷史庫以及光字告警圖顯示，并完成數據的存儲、統計、分析報表、打印等功能。整套系統滿足了各主要設備在線監測的技術要求，系統功能完善，任務分工明確，確保了系統通信的實時性和可靠性，為監視設備運行狀態，保證變電站安全、可靠運行起著重要的作用。

3 相對分散配置的直流系統

以往的多數500 kV變電站配置1套直流系統就能滿足全站的直流負荷供電要求，而本工程最終規模占地約160000 m2，相當于普通500 kV變電站占地的3倍，直流電源供電距離相當長，且設備數量多、消耗功率大、負荷電流大。在這種情況下，為滿足終期規模要求而采用傳統方式將會帶來蓄電池容量過大、供電電纜長、電纜截面大等。為解決此問題，在本變電站采用了相對分散的方式配置2套直流系統。直流系統1：500 kV、主變、無功補償及公用設備配置1套，布置于主變及無功繼電器小室1內，其容量和供電范圍相當于500 kV變電站；直流系統2：1000 kV部分配置1套，布置于1000 kV第2繼電器小室內。由于初期1000 kV只有2臺斷路器和1回線路，直流負荷容量較小，二次設備布置于1000 kV繼電器小室1內，直流系統2及1000 kV繼電器小室2均可以暫時不建，初期1000 kV繼電器小室1直流分電柜電源由直流系統1供電，待今后擴建1000 kV線路時同時擴建1000 kV繼電器小室2和直流系統2，再將1000 kV繼電器小室1分電柜電源接線進行切改。這樣既可以減少初期投資及維護工作量，同時又使得直流系統2設于1000 kV直流負荷的中心位置，盡量縮短供電距離。整個系統更加合理、可靠、經濟，力求資源利用最大化[8]。

采取以上相對分散的配置方式，還使各主要回路供電容量及供電距離適中，直流主屏的饋線開關和分電柜開關等上、下級參數配合較容易，電纜截面不大，工程實施容易。正式投產后，設備運行良好。

4 變電站屋外照明控制系統

晉東南變電站提供更加豐富的變電站屋外照明控制方式，使照明控制更加靈活和人性化，滿足運行巡檢的多種要求。照明控制原理如圖3所示。

（1）照明控制系統由就地照明箱和主控通信樓的遠方智能控制屏組成。

（2）就地照明箱根據配電裝置的功能對屋外照明相應地分區、分回路，并實現自動控制、就地控制和遠方控制的切換。

（3）遠方智能控制屏提供遠方控制終端及觸摸屏式的人機交互界面，在遠方控制模式下對各照明分區逐一控制。

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