500kV變電站綜合自動化系統改造分析

王銘志 李俊楠 郭繼

摘要：隨著社會經濟的高速發展，用電規模不斷增加，不得不大力建設新的電網及新的變電站。500kV變電站是較為重要的樞紐變電站，也是能源中心，對我國電力系統完善以及國民經濟穩定發展具有重要影響。國家電網對變電站的建設提出了“堅強、智能”的要求，基于變電站關鍵技術和過程控制進行綜合自動化系統的技術改造是十分必要的。文章就500kV變電站綜合自動化系統改造進行分析。

關鍵詞：500kV變電站；綜合自動化系統；改造

1.500kV變電站的基本現狀

就目前現狀來看，我國的500kV變電站所使用的一次設備類型較為簡單，在接線方式和典型設計上具有一定差距，且智能化投入比例較少。在二次設備的使用類型上主要包括3種，即常規保護+RTU監視模式、常規保護+計算機監控模式、數字化保護+智能監控系統模式。具體而言，常規保護+RTU監視模式的應用主要用于早期未完成計算機監控模式改造的變電站，其運行時間較長，但由于技術性較差、控制室空余屏位缺乏，大量使用長電纜、信號電纜，因此直流接地問題較多。而常規保護+計算機監控模式是現階段變電站主要使用的類型，但是在主變、母差保護的配置上不足，不利于常規模式的改造。數字化保護+智能監控系統模式是基于DL/T860技術體系設計研發的，具有3層兩網（站控層、間隔層、過程層，MMS網絡和GOOSE網絡）的配置，具有智能化功能。與此同時，該系統采用直采直跳的方式，且控制小室面積小，能夠普遍地應用于光纜傳輸量測、信號控制等，擴展性較強。

2.改造方法分析

2.1變電站一次設備的改造

由于投運較早，該變電站許多電氣設備已逐漸老化，出現了各種故障，主要表現于冷卻器的、斷路器、隔離開關、電流互感器、電壓互感器等關鍵設備，需要對這些設備進行更換升級。

2.1.1變壓器冷卻器的改造。該變電站有一臺變壓器的冷卻方式為強迫油循環風冷，主要由風扇、氣道、熱交換器等構成。該冷卻器面積小，一旦運行中出現問題，跳閘時間很快，可靠性無法滿足系統要求。需要對冷卻器進行改造，將老的強迫油循環風冷冷卻器更新為油浸自冷式冷卻器。油浸自冷式冷卻器應用后，變壓器溫度可以大幅度降低，而且運行噪音較少，不存在滲漏油現象，也不需要依靠站用電源。

2.1.2斷路器的改造。在變電站運行維護過程中，倒閘操作是非常普通的，因此斷路器尤為重要，必須科學合理的應用斷路器，例如斷路器的應用一定要考慮運行工作環境的溫度和相對濕度；斷路器的各項指標參數都要符合相關標準要求等。因此，經過對該變電站斷路器使用現狀的統計分析，以及考慮現場工作條件和資金等因素，決定全部更換為具有快速分合閘功能的彈簧操作機構。

2.1.3隔離開關的改造。該變電站目前隔離開關采用的是水平斷口雙柱式的刀閘，這些刀閘也都具備了電動和手動兩種操作方式。但由于該變電站投運年限較長，站內的這些戶外刀閘或多或少都出現了許多問題，有些刀閘在高負荷和高溫的時期就會出現過熱發紅的問題，有些刀閘則因為長久以來的遇到過些許故障或雷電侵襲，導致觸頭有灼傷現象，直接影響電網的安全穩定運行，降低電網運行的可靠性。因此，急需將站內的隔離開關（刀閘）進行全方位的更換，一次解決刀閘銹死、合不到位、高溫高負荷過熱等一系列問題，經過分析比較，決定更換為GW4型隔離開關（刀閘）。

2.1.4電壓互感器的改造。該變電站有一部分為前幾年更換過的電容式電壓互感器，但仍有一批非常陳舊的電磁式PT，在倒閘操作時，經常會發生諧振的現象，嚴重影響電網的安全穩定運行，甚至有可能導致設備損壞。經過比較分析，結合各方面因素，最終決定將PT拆掉，更換為電容式的PT，防止諧振，而且電容式電壓互感器操作起來也比電磁式來的簡單。

2.1.5電流互感器的改造。目前該變電站線路所用電流互感器大部分都是老式充油式電流互感器，雖然運行情況良好，但是由于設備本身的質量問題，導致部分電流互感器出現了一些問題，例如放電，滲、漏油等。考慮投資成本，只需要將有缺陷的電流互感器進行更換即可。

2.2二次設備改造方案

二次設備的可靠性是變電站綜自改造中需要重點面對的問題，因二次設備改造對變電站的穩定性有較高的要求，由此，需要將質量不合格的設備進行更換，例如顯示燈、繼電器等性能較為可靠。

在綜自改造二次回路時，需要保證斷路器對回路斷線進行控制，將控制回路故障信號保留。做好重合閘電源的安裝，當出現合閘以及跳閘故障時，其能夠實現自動斷開或者投入，并保證重合閘放電回路能夠實現自動斷電或者放電。因此變電站的直流系統經歷過多次改造，有著較為復雜多變的直流回路，混亂的直流饋線，接線以及標識時間較久，有模糊以及老化的現象出現，安全情況堪憂，因此需要對直流系統進行更換。此外，在改造的過程中，還需要裝置電源進行保護，避免其因為直流短路或者接地產生故障，為保證在系統改造完成后綜自后臺機能夠實現報警以及通信，還需要安裝直流系統接口電路板。

2.3改造通信以及監控系統方案

為變電站能夠完成控制、監視、保護以及測量等功能的自動化，需要借助通信以及信號處理技術實現自動化，同時在配件的選擇上也需要較高標準。

3.改造內容分析

首先，需要對電器一次部分進行改造，加裝主變中性點隔直裝置，采樣HGIS設備替換500kV第四、五串設備，采樣完全串設備替換為第三串設備。此外，還需要變更的設備包括電流互感器、電容器組、刀閘、斷路器、電壓互感器等，并分段220kV2M母線，加裝分段開關以及相應設備；其次，需要對電器二次部分進行改造，對500kV所有設備保護裝置進行更換，增加保護屏以及母差保護失靈功能；第三，需要對電源以及其他位置進行改造，將直流系統替換為交流系統，將整改直流回路系統替換為整改交流回路系統，將動力箱、接口屏以及端子箱等進行更新；第四，對保護通道位置進行更換，采用光纖通道替換220kV所有保護高頻通道。將通信插件以及設備進行更新或者增加安裝。