變電站一鍵順控改造二次電纜使用問題探討

熊坤 趙科 秦超 楊舒萍 傅興強

中國南方電網有限責任公司云南電網有限責任公司曲靖供電局 云南 曲靖 655000

引言

隨著電網“三統一、兩強化”的改革，現階段運行人員運維的變電站數量增加，由于配網可靠性低，缺陷、故障較多，所需的倒閘操作量隨之增加，運行人員的工作量急劇上升。按照現在的模式從接到操作調令到操作票的辦理，五防校驗，傳統的唱票、復誦，到操作票的歸檔，監督視頻的閉環，一個操作任務所需時間較長，效率低，無形中增加了較大的工作量。

在上述問題的驅動下，如何尋找一條既能保證安全，又能提高操作效率的思路促使一鍵順控變電站應運而生。

1 面對的問題

一鍵順控技術，將物聯網和自動控制系統、智能識別技術、先進的傳感技術綜合利用于變電倒閘操作，代替了繁復且效率較低的人工填寫操作票為主的倒閘操作模式轉變為操作項目軟件預制、操作內容模塊式搭建、設備狀態自動判別、防誤聯鎖智能校核、操作任務一鍵啟動、操作過程自動順序執行的一鍵順控模式，大幅減少無效勞動，大幅降低誤操作風險，大幅提升效率和效益[1]。

但諸多功能的實現，意味著所需要的回路增加了，需要的遙測遙信增多了，需要控制的元器件變多了，造成電纜使用較多，讓后期維護難，缺陷處理不易，也會導致寄生回路增加，回路串電，直流接地頻發等。

針對一個35kV變電站有3個35kV線路間隔、3個母線TV間隔、7個10kV出現間隔就用了一千多根電纜。這個電纜使用量達到了一個110kV變電站的電纜使用量。其中包括傳統的回路，增加了隔離開關遙控、遙信、閉鎖回路的電纜，斷路器控制電源、儲能電源空氣開關的遙控、遙信、勵磁電源電纜，以及隔離開關、接地刀閘的電機電源、控制電源空氣開關的遙控、遙信、勵磁電源電纜。對于一個常規的35kV線路間隔將要增加50根的電纜，那么多的電纜使用既增加了經濟成本，同時增加了施工難度，面對運行時間長的老站，其本身的早期規劃就很局限，電纜溝狹窄，土建增加的同時還要保證運行間隔的正常運行，其工作量不僅大，而其使用較多電纜的使用也束縛了后期的設備檢修，增加運維難度，導致缺陷頻發。為此，文章在依托相關規程的基礎上提出了以下三點實施方案。

2 解決方案

2.1 遙控空氣開關集中組屏

本文主要介紹的是西門子5ST3056遠控模塊,其模塊需要DC220V或是AC220V的勵磁電源，遠程控制由外部無源節點控制（COM公共端，ON合閘，OFF分閘），輔助觸點一開一閉（21、22、23端子），報警觸點一開一閉（11、12、13端子），如圖1 遠控模塊原理圖所示。

圖1 遠控模塊原理圖

按照一個普通35kV間隔所需的遠控模塊數量將達到10個及以上，一個10kV出線間隔所需的遙控模塊將有4個（斷路器的儲能及控制電源空氣開關、底盤車控制模塊、接地刀閘控制模塊電源空氣開關）需要的長電纜將很多，故將全站的遙控空氣開關像交流饋線、直流饋線統一組屏的方式將大大減少長電纜的使用。

在此基礎上還將測控裝置和遙控空開同屏配置又減少了連屏電纜的使用，使用較短的電纜通過端子排就可以連接至測控裝置采集其位置、報警信號，并控制遙控空開的分合。其優點是同屏配置讓回路一目了然，缺點是同屏配置了太多空開在檢修或人為操作過程中會誤斷運行空氣開關。

2.2 預制電纜在一鍵順控變電站的運用

通過航空插頭在10kV手車斷路器中的運用，能達到快速插拔使用的目的，以及移動變電站通過預制電纜優化其電流、電壓回路，控制及信號回路的啟發，研究一次設備本體到轉接柜采用統一標準的航空插頭，并通過預制電纜連接的解決方案。從而減少順控變電站回路較多，電纜雜亂等問題。

（1）傳統的變電站兩端采用端子連接，這種連接方式會帶來以下問題：

（1）這種連接方式的兩端均需要人工手動壓接線鼻子，此方式不僅效率低下，而且不同的施工工藝會導致線鼻子沒和線芯完全連接，形成需接，在運行中可能會脫落，影響設備正常運行。

（2）對于順控變電站所需的回路較多，端子使用量較大，端子不僅縱向排列，還需橫向布置，占用柜內空間，長時間運行可能造成松動，甚至使電纜脫出端子[2]。

（2）航空插頭簡介

航空顧名思義其初運用于航空、飛機制造領域。在很多工業范圍需要將多根電纜線芯集合成一根電纜來使用，從而達到傳輸多路電信號的目的，同時還要求預制電纜能夠在其接口處快捷的連接和斷開，方便運維和檢修。航空插頭的類型分為如下幾類：

1）按外形可分為圓形航空插頭、矩形航空插；

2）按連接方式可分為螺紋連接、卡口（快速）連接、卡鎖連接、推拉式連接和直插式連接等；

3）按接觸體端連接形式可分為壓接、焊接、繞接和螺釘（帽）固定插頭；

4）按環境保護可分為耐環境航空插頭和普通航空插頭。

（3）航空插頭的運用

對于一個普通的35kV線路間隔一次設備到就地轉接柜，通過預制電纜到對側保護裝置轉接柜，可分為斷路器控制、儲能電纜各1根、2把隔離開關、2把接地開關的控制及電源電纜4根、10個遙控空開的控制及勵磁電源1根，斷路器信號、刀閘/接地大信號、遙控空開信號電纜各1根、CT 1根及PT 1根。一個一鍵順控線路間隔共12根預制纜。上述提到一個35kV一鍵順控線路間隔需要過100根電纜，更換成預制電纜后，長電纜的使用將減少90%，節約了成本，同時還減少了后期檢修的難度。

（4）航空插頭的優點

1）便于施工，降低人力成本。適用于停電時間段，亟須完成快速改造后投運的變電站；

2）航空插頭適應性強。能耐高溫、受低溫，防腐、防潮，對于惡劣、重污染環境有良好的適應能力；

3）單位密度大，一個插頭可接64芯線以上；

4）連接牢固。插座和插針的設計，加上工藝的發展使其連接牢固，不易脫落，同時還可以防止誤接線。

2.3 智能變電站和一鍵順控變電站相結合

（1）智能變電站簡介

在科技迅速發展的時代，隨著電子設備的硬件發展、軟件升級。變電站的整體構架、通信標準逐漸統一。在國家智能電網建設戰略的推動下，智能變電站建設終將開啟新篇章。智能化變電站是基于智能化、一體化的電氣設備，以IEC61850規約的構建標準， 網絡化傳遞信息，可互通同享的站內設備及其功能信息平臺等構建的變電站。

（2）智能站和一鍵順控站比較

觀察組經過護理后的焦慮量評分(24.41±5.25)分和抑郁量評分(25.55±4.46)分明顯低于對照組經過護理后的焦慮量評分(36.68±6.42)分和抑郁量評分(36.68±6.72)分(P<0.05),詳見表1。

1）傳統變電站結構

相對于傳統變電站的模式，傳統變電站的模擬量采集是通過電纜連接CT、TV實現的，開入開出又是通過電纜連接到一次設備斷路器、刀閘。為了節約電纜下面將介紹合并單元和智能終端的加入，對我現狀的改變。

2）合并單元的TMU和ETMU模式介紹

智能變電站中引入了合并單元和智能終端，合并單元與電子式互感器配合，將電流、電壓信號轉換成光信號，通過光纖直接送給保護測控裝置、過程層交換機。智能變電站不斷發展壯大，針對使用電磁式互感器的變電站，就出現了TMU和ETMU兩種不同的模式[3]。

①ETMU模式

ETMU：電子式互感器+合并單元（Electronic Transforners&Merging Unit），這種也叫智能化一次設備；

為了將電子式互感器應用于變電站自動化系統，關鍵技術就是要解決一次設備電流互感器、電壓互感器的接口與保護、測控裝置設備之間的問題，合并單元正是數字接口的主要組成部分。合并單元將電子式互感器的電氣量采集后合并處理，按照規定的幀格式傳送給二次設備。

以 IEC 61850-9-2 協議的報文通過光纖直傳或網絡方式傳送給保護、 測控等智能設備。合并單元與保護之間采用專用光纖按點對 點采樣，與測控、表計、故障錄波等按網絡模式采樣。

②TMU模式

TMU：電磁式互感器+合并單元（ Transforners &Merging Unit），這種是采用傳統電磁式互感器，稱為一次設備智能化。以上不同的方式會是合并單元功能的不同。

對于傳統的電磁式互感器，采集二次電流、電壓將模擬量轉換成數字量后，以IEC61850-9-2的幀結構將電流、電壓信號合并并處理傳輸給間隔層設備。

3 實際運用效果

基于網采網跳的模式，通過上述簡圖可以看到利用合并單元，將電流、電壓的模擬量信號集中起來，通過光纖就完成了SV采樣，這個過程僅僅需要2根光纖就代替諸多電纜的使用。智能終端的加入，又取代了傳統的開入開出通過長電纜連接的方式，也是2根光纖就完成遙信采集，遙控執行[4]。總體來看，將一鍵順控變電站和智能變電站的融合，將帶來很大收益

使用光纜代替可以大量的節約電纜，降低成本；

減少停電時間，提高工期以及后期的運維成本；

（3）實現信息共享，便于擴展，減少后期投資；

（4）光纜代替電纜，不會出現端子松動、發熱、開路、短路的危險，變電站安全運行水平再上一個臺階。

4 結束語

綜上所述，通過遙控空開及測控裝置的集中組屏、預制電纜的使用、智能變電站和一鍵順控變電站的結合，從不同角度，極大地降低了長電纜的使用，提高了施工效率，降低了運維成本。目前依據35kV新寨變電站施工經驗，將對未來的順控站改造提供參考價值。與此同時，將智能站和程序化操作變電站結合，也是很有前景的發展方向，其技術優勢和經濟效益不可估量。此外，當前一鍵順控變電站的建設與改造仍然存在的些許問題，亟待各方力量合力解決。