變電站綜合自動化改造及安全管控探討

黃文彪

（廣東電網公司 汕尾供電局，廣東 汕尾 516600）

0 引 言

變電站是電力系統的核心構成，起著電網發電、輸電、配電、變電、用電及調度6大維度的調配統控作用。隨著集中監控和微機保護的全面使用，一些早期投入使用的自動化變電站的監控系統、保護系統、故障信息系統以及錄波系統等已經達到了更換年限，其功能也無法滿足新的自動化管理要求。變電站的綜合自動化改造是未來電網公司快速提升電網自動化水平，提高電網事故快速處理能力和電網運營能力的重要手段，關于變電站綜合自化改造的探討具有一定的現實意義[1-3]。

1 變電站綜合自動化改造概述

我國部分自動化變電站建設時間早，系統聯動性較差，存在各種數據分離、運行監控不全面、設備運行基礎數據捕獲利用能力弱以及與運維人員的交互不夠友好等問題。隨著智能技術和大數據技術的發展，變電站運行也朝著智能化和集約化的方向發展。例如調度自動化、智能遠動機以及智能錄波器等的應用，可以實現數據的即時采集與智能分析，進而輔助故障判斷、風險預測及遠程操控，實現事故第一時間的預判與處理[4]。

綜合自動化改造是一項非常復雜的工程，主要是新舊設備的替換，也可能涉及到大量的設備倒閘操作、一次設備改造以及二次專業技術改造等。開展綜合自動化改造工作時必須對設備停電時間和安全風險控制措施進行詳細的探討，確保施工過程中不會發生計劃外的停電或其他事故[5]。

2 茅湖站的設備現狀

500 kV 茅湖站投運于2006年，現有500 kV 主變3臺，500 kV主接線采用3/2斷路器接線，共7回出線。220 kV主接線為雙母線雙分段接線，共8回出線、兩個分段間隔、兩個母聯間隔及兩個主變變中間隔。35 kV部分按變壓器單元接線，連接無功補償裝置，不帶地方負荷。每臺主變單獨設置35 kV母線，不設分段斷路器。二次設備采用下放布置方式，共設1個主控制室、1個主控樓計算機室、3個500 kV繼電器小室、1個220kV 繼電器小室以及1個35 kV主變小室。保護裝置、監控后臺及測控裝置為南瑞繼保有限公司的產品，全站綜合自動化系統采用103規約，使用分布式的故障測距裝置和故障錄波裝置。

2.1 改造原則

根據廣東電網公司生產技術部對500 kV茅湖變電站綜合自動化改造工程的施設批復，結合變電站改造的相關規范進行改造。改造中堅持精準、規范以及合理等原則，多維度探討改造方案的可適應性與可實施性，在總結變電站綜合自動化改造相關經驗的基礎上制定茅湖變電站綜合自動化改造的最佳方案，以實現少人值班或無人值班的改造目標，堅持全站保護信息智能化和故障信息采集統一化的原則，提高全站的運維效率，保護信息上送的規范化，確保高質量安全改造。

2.2 改造內容

此次茅湖變電站綜合自動化改造主要涉及站內的保護屏、測控屏、直流系統、交流配電屏、同步相量測量系統、視頻環境監控系統、二次公用等屏柜以及通信機房內的保護復接接口屏的改造與更換，同時對場地部分端子箱、斷路器匯控箱內元器件以及端子排進行更換，增加場地電纜溝二次接地銅排。新上1套變電站計算機監控系統，系統采用雙以太網，主機/操作員工作站和智能遠動機均按雙重化配置，更換500 kV線路保護、500 kV斷路器保護屏以及500 kV母差保護屏。將全站故障錄波屏更換為智能錄波器，更換1套直流系統，更換交流不間斷電源系統，新配置1套500 kV線路故障測距裝置，新上1套視頻及環境監控系統。

3 改造過程

3.1 改造前的準備工作

由于本工程為改造工程，施工作業范圍附近基本都是運行設備，施工安全要求極高，因此開工前必須詳細勘察茅湖站，了解現場的各種情況和安全注意事項，仔細審核施工圖紙和現場實際情況，確保施工圖紙與現場設備一一對應。根據現場實際情況制定停電計劃，并完成停電計劃報批。依據現場勘察結果編寫施工方案和拆接線等專項方案，并完成審批。按照停電計劃和施工計劃完成設備材料的準備，完成進站手續和開工報審手續。

3.2 第一階段改造

第一階段改造的重點是土建部分和電氣部分。土建部分的改造包括端子箱基礎開挖及制作、端子箱安裝、動力箱更換以及新直流系統充電屏饋線屏室的改動等。電氣部分的改造主要是變電站的公用設備改造，包括備用屏位安裝、新智能遠動機通道調試、新監控后臺系統安裝、后臺數據庫制作、新保信子站與省調、中調通道調試、新直流系統充電屏饋線屏安裝以及蓄電池與充電機屏之間電纜的敷設等。

3.3 第二階段改造

第二階段改造主要是500 kV線路間隔保護改造，主要進行相關間隔的二次回路措施單核查、線路保護屏和測控屏的更換、二次電纜或網線等的敷設和接線、斷路器保護屏和斷路器端子箱更換、保護單體調試及驗收、保護回路傳動及驗收。

3.4 第三階段改造

因#3主變保護于2017年投產，未達到使用年限，本次改造暫不涉及。第三階段主要改造任務是茅湖變電站#1和#2主變保護屏更換、主變測控屏更換以及主變故障錄波裝置的更換，同時接入新的系統，配合相關二次電纜敷設和接線。改造依次為核查主變的二次回路措施單；更換主變保護屏、主變測控屏以及主變故障錄波屏；敷設相關二次控制電纜、網線及二次接線；調試驗收新主變保護屏單體、主變保護二次回路、主變保護屏信號與站端監控及調度聯調情況；核對保信子站數據庫修改情況、主變保護屏信號與保信主站對接情況以及主變投產前回路接入情況。

3.5 第四階段改造

第四階段改造的重點是500 kV母差和母線接口屏。更換500 kV 1M母差保護I屏、500 kV 1M母差保護II屏、500 kV 2M母差保護I屏以及500 kV 2M母差保護II屏并接入新一代綜合自動化系統。由于500 kV母差保護改造涉及的回路較多，因此本次改造專門編制了茅湖站500 kV母差拆接線方案，施工人員在繼保人員的監護下嚴格按照方案步驟開展工作。

3.6 第五階段改造

第五階段的改造分別為220 kV線路間隔保護改造和220 kV母差屏改造。更換220 kV線路保護屏和測控屏，接入新系統，更換線路開關端子箱，進行相關二次電纜敷設和接線。安裝220 kV 1M-2M母差保護I、220 kV 1M-2M母差保護II、220 kV 5M-6M母差保護I、220 kV 5M-6M母差保護II并接入新一代綜合自動化系統，拆除舊屏。由于220 kV母差改造涉及所有線路的刀閘位置回路、跳閘回路、失靈回路以及聯跳回路等，改造異常復雜，因此在總施工方案的基礎上專門編制了《220kV母差保護改造施工方案》，確保整個220 kV母差改造過程中不會出現影響茅湖站運行的事故。

3.7 第六階段改造

第六階段改造的重點是35 kV區域保護改造。首先完成35 kV繼保室待更換的新保護屏安裝及電纜敷設、接線；其次完成35 kV繼保室交換機屏及對時擴展屏的安裝、調試；再次安裝新的35 kV區域的公用屏，35 kV母線測控屏，并完成以上設備的調試、驗收，為35 kV區域的改造做好準備；最后更換35 kV 電容器保護測控屏、開關端子箱并接入新綜自系統，拆除舊保護屏。

4 改造安全風險分析及應對

4.1 安全風險分析

變電站綜合自動化改造是綜合性工程，安全影響因素較多。變電站綜合自動化改造的常見安全影響因素主要有4個方面。第一，改造方案不合理。如果改造方案缺乏針對性，后期的施工部署往往很被動，加大了安全管理難度。特別是方案中沒有充分考慮電纜等臨時條件的因素，會導致改造方案與實際脫節。第二，施工圖紙存在問題。變電站綜合自動化改造對圖紙的設計準度要求極高，如果圖紙出現問題，設計不理想或者施工者對圖紙解讀有偏差等，都會對改造安全造成威脅。第三，保護屏改造存在風險。變電站綜合自動化改造對于屏位的備用設計會有暫時性的過渡措施，如臨時跳通等，一定程度上增加了變電站綜合自動化改造的安全風險。第四，拆接線作業引發的安全風險。變電站綜合自動化改造中會涉及大量的二次線拆接工作，作業人員憑借經驗難以應對大量拆接作業存在的風險，拆接作業必須編制針對性的方案。

4.2 安全管控建議

由于變電站綜合自動化改造中存在多種影響安全管理的因素，因此必須多措并舉做好改造安全管控工作。

首先，做好變電站綜自改前期準備工作。通過前期準備到位夯實綜合自動化改造的施工基礎，重點做好設計圖紙的設計深度管理，審讀施工圖時必須對比分析新舊設備差異、根據現場實際需求來完善差異，準確反映設備接線位置。此外，做好施工方案的審核，施工方案編寫時必須以實際勘察為依據，對重要施工環節和重要風險進行細化分析，針對復雜環節必須編制專項方案。

其次，嚴格按照工程項目施工規范進行改造。針對直流系統要參考直流系統反事故措施技術規范，防止出現直流接地的問題。同時積極做好技術交底工作，避免誤碰運行設備和誤拆運行帶電接線造成直流短路或設備失壓等。針對新設備的接入，應提前完成新設備單體調試，按照新接入方案核對好電纜編號并測量電纜芯絕緣度，一切到位后才能接入設備。針對母差失靈和主變聯跳等重要回路，應根據現場一次設備運行方式提前制定防誤動安全措施。

再次，在監控系統的更換工作中需要注意新舊系統之間的過渡對變電站造成的影響，做好安全防范措施。例如，做好后臺數據庫的備份和更新，防止新老后臺出現數據不兼容的問題，造成數據丟失。運行人員及時進行新后臺使用的技術交底，以防發生電網故障時運行人員不熟悉后臺系統導致無法快速處理事故。500 kV茅湖變電站監控系統改造中和改造完成后的系統連接圖如圖1和圖2所示。

圖1 茅湖站監控系統改造過程中系統連接圖

圖2 茅湖站監控系統改造完成后系統連接圖

最后，保護改造完成后的回路傳動。采用逐一間隔運行方式，保證除開展傳動的間隔設備外，全站其他間隔斷路器“遠方/就地”開關必須打在就地位置，隔離刀閘遙控出口壓板在“斷開”位置，確保不因監控后臺數據庫配置錯誤或二次接線錯誤引發設備誤跳閘。

5 結 論

變電站綜合自動化改造異常復雜，具體改造中存在較大的施工難度和較多的安全隱患。因此，做好變電站綜合自動化改造工程，要把控好設計圖紙的設計深度，細致審核改造施工方案與各種專項方案，有效識別和控制風險。施工過程中要動態分析變電站綜自改過程中存在的問題并及時加以解決。驗收階段，必須按照驗收標準及流程開展設備調試和驗收，確保二次回路正確，最終實現變電站綜合自動化改造安全可控。