變電站綜合自動(dòng)化改造問題與解決方案

薛永源

摘 要：近年來，隨著國(guó)家電網(wǎng)不斷地?cái)U(kuò)大和完善，500 kV電網(wǎng)已成為建設(shè)智能、堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架。然而，前期運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)十余年的變電站因設(shè)備老舊，可靠性低，已無法全面適應(yīng)當(dāng)前“無人值班，少人值守”的運(yùn)維模式，需對(duì)其進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造。鑒于綜自改造中相關(guān)專業(yè)及設(shè)備涉及面廣，施工工期較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)安全危險(xiǎn)點(diǎn)把控較多，如何分析存在問題和制定行之有效的改造方案是我們高效、有序、安全進(jìn)行施工的必然。

關(guān)鍵詞：變電站;綜自改造;問題;原則;措施

中圖分類號(hào)：TM76? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

當(dāng)前，隨著國(guó)家電網(wǎng)公司“三集五大”體系建設(shè)的深化，變電站“無人值班，少人值守”的大力推進(jìn)，變電站綜合自動(dòng)化已是提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行水平、降低運(yùn)維成本、提高經(jīng)濟(jì)效益、向用戶提供高質(zhì)量電能的一項(xiàng)重要技術(shù)措施。對(duì)此，國(guó)內(nèi)新建變電站無疑是按當(dāng)前發(fā)展迅猛的智能設(shè)備配置和較成熟的自動(dòng)化技術(shù)水平來建設(shè)的。此外，對(duì)于運(yùn)行了10年及以上的常規(guī)變電站，需按“國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術(shù)改造和設(shè)備大修原則”（以下簡(jiǎn)稱“原則”）進(jìn)行變電站綜合自動(dòng)化改造。該文以四川省典型的500 kV樞紐變電站——普提變電站為例，分析其在綜自改造中存在的重點(diǎn)問題，并提出相應(yīng)的解決方案。

1 了解運(yùn)行現(xiàn)狀及綜自改造的必要性

500 kV普提站于1998年投運(yùn)，限于當(dāng)時(shí)的控制水平，變電站按有人值班設(shè)計(jì)，它是四川攀西地區(qū)二灘水電送出的重要通道，同時(shí)也是涼山彝族自治州東部地區(qū)小水電匯集送出的樞紐站。該站于2006年迎來了首次綜自改造，又經(jīng)十余年運(yùn)行中的改擴(kuò)建后，站端二次系統(tǒng)設(shè)備新老參差不齊，自動(dòng)化程度受限。根據(jù)“原則”要求，電網(wǎng)二次系統(tǒng)部分應(yīng)“結(jié)合大運(yùn)行調(diào)控一體化建設(shè)需要，對(duì)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行無人值班改造，實(shí)現(xiàn)站端數(shù)據(jù)優(yōu)化處理和告警信息直傳，并通過遠(yuǎn)程瀏覽技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站全景信息直接調(diào)閱”。從運(yùn)行維護(hù)管理的角度，有必要解決普提站綜合自動(dòng)化程度不高的問題，實(shí)現(xiàn)無人值班調(diào)控一體化功能，從而提高其運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性。

2 綜自改造設(shè)計(jì)范圍及規(guī)模的把控

把控設(shè)計(jì)范圍及規(guī)模，需對(duì)超過使用年限的老設(shè)備進(jìn)行更換，對(duì)前期已改造但不能進(jìn)一步滿足實(shí)際需求的設(shè)備進(jìn)行升級(jí)擴(kuò)展，對(duì)典型的不滿足反事故措施要求的項(xiàng)目進(jìn)行改造，以及對(duì)已退出運(yùn)行的設(shè)備進(jìn)行拆除等。

3 重點(diǎn)問題分析及改造方案的提出

3.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

普提站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為國(guó)電南瑞科技公司的NS2000系統(tǒng)，間隔層測(cè)控裝置為NSD500， 遠(yuǎn)動(dòng)工作站、保護(hù)管理機(jī)為NSC200型。該系統(tǒng)目前的主要問題有4個(gè)。1）站內(nèi)監(jiān)控操作員站及主機(jī)運(yùn)行緩慢，經(jīng)常死機(jī)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成影響。2）間隔層測(cè)控裝置近年來不斷出現(xiàn)遙測(cè)遙信、CPU和電源等插件故障，違反國(guó)網(wǎng)公司十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施中關(guān)于“微機(jī)保護(hù)（自動(dòng)化）裝置的開關(guān)電源模塊宜在運(yùn)行6年后予以更換”的要求。3）遠(yuǎn)動(dòng)工作站及保護(hù)管理機(jī)已無備用接口，對(duì)高版本裝置的兼容性受到制約，不能滿足國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的103規(guī)約傳達(dá)。4）該遠(yuǎn)動(dòng)工作站只有其中1臺(tái)為主機(jī)時(shí)，省調(diào)控中心才能進(jìn)行遙控操作，無法進(jìn)行主備機(jī)切換，且多次出現(xiàn)至省調(diào)的104規(guī)約通信中斷的情況，對(duì)整個(gè)變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行有較大的影響?；谏鲜鰡栴}，建議對(duì)該站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體改造，更換為一套一體化監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 元件保護(hù)

普提站220 kV Ⅰ母/Ⅱ母母聯(lián)斷路器無母聯(lián)保護(hù)，違反“原則”：“220 kV及以上電壓等級(jí)的母聯(lián)、母線分段斷路器應(yīng)按斷路器配置專用的、具備瞬時(shí)和延時(shí)跳閘功能的過電流保護(hù)裝置不滿足條件的應(yīng)進(jìn)行改造。”因此需要新增母聯(lián)保護(hù)裝置。

站用電保護(hù)及備自投系統(tǒng)為常規(guī)電磁式繼電器接線，運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，投運(yùn)至今未改造過。因此需改造為微機(jī)型保護(hù)裝置。

3.3 直流系統(tǒng)及UPS電源

普提站現(xiàn)有4套220 V直流系統(tǒng)。多年運(yùn)行后，因蓄電池組容量不足，充電屏內(nèi)高頻模塊頻繁故障，該2套直流系統(tǒng)的蓄電池組、充電柜及聯(lián)絡(luò)柜在近期進(jìn)行過改造升級(jí)，但其直流饋電屏、直流分電屏運(yùn)行時(shí)間均較長(zhǎng)，且根據(jù)“原則”規(guī)定：“直流系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置不具備交流竄直流故障的測(cè)記和報(bào)警功能，未采用直流原理的直流電源系統(tǒng)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，應(yīng)進(jìn)行改造”。因此建議更換4套直流系統(tǒng)的主饋線柜、直流分電柜，并配備功能完善的絕緣監(jiān)測(cè)裝置。

普提站UPS電源容量?jī)H為6 kVA，不滿足國(guó)網(wǎng)的相關(guān)規(guī)定，且為主從模式。根據(jù)“原則”：“自動(dòng)化主站系統(tǒng)應(yīng)配備專用的不間斷電源裝置（UPS），UPS的交流供電電源應(yīng)采用來自不同電源點(diǎn)的雙路電源供電，UPS電源容量在滿載后應(yīng)留有40%以上的供電容量，UPS交流失電后的供電持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于2小時(shí)，UPS應(yīng)采用雙主機(jī)配置，不滿足要求的應(yīng)予改造。”因此建議將UPS更換為雙主模式，容量增大為10 kVA。

3.4 其他二次輔助設(shè)備改造

普提站時(shí)鐘同步系統(tǒng)于2014年改造完畢，主時(shí)鐘可同時(shí)接收GPS和北斗時(shí)鐘信號(hào)，屏柜布置在主控樓繼電器室，其余各個(gè)繼電器室布置時(shí)鐘同步擴(kuò)展柜。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)，前期B碼對(duì)時(shí)接點(diǎn)容量不足以接入改造后新增設(shè)備的對(duì)時(shí)信號(hào)。因此需在各繼電器室內(nèi)進(jìn)一步增設(shè)同步時(shí)鐘擴(kuò)展裝置。

3.5 系統(tǒng)繼電保護(hù)

3.5.1 斷路器保護(hù)柜

普提站共計(jì)8面500 kV斷路器保護(hù)柜投運(yùn)至今已20年，配置為南瑞繼保公司的LFP921型，該系列產(chǎn)品已停產(chǎn)，且保護(hù)接口無法與現(xiàn)有保護(hù)信息管理子站等交換信息。根據(jù)“原則”：“達(dá)到或超過微機(jī)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行管理規(guī)程中使用年限要求的保護(hù)和安自裝置，優(yōu)先安排改造?！保ㄎC(jī)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行管理規(guī)程：微機(jī)繼電保護(hù)裝置的使用年限一般為10～12年），因此應(yīng)對(duì)以上8面斷路器保護(hù)柜進(jìn)行更換。

3.5.2 保護(hù)用光纖配線架柜

根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司十八項(xiàng)反措中關(guān)于保護(hù)用光纖通道敷設(shè)要求，需改造普提站內(nèi)所有500 kV、220 kV線路保護(hù)光纖通道用光纜的敷設(shè)，并進(jìn)行光纜路由雙通道改造。為了減少單根光纜的敷設(shè)數(shù)量，采用每個(gè)繼電器小室至通信室敷設(shè)3根36芯大光纜，用于將保護(hù)光纖通道改接經(jīng)光纖配線架柜后至通信室接口裝置通信。因此該次改造應(yīng)考慮各繼電器小室及通信室增加光纖配線架柜。

3.6 通信系統(tǒng)

3.6.1通信電源

普提站是川西南骨干通信環(huán)網(wǎng)的樞紐站，安裝有國(guó)網(wǎng)、省網(wǎng)、地區(qū)網(wǎng)的通信設(shè)備。通信電源系統(tǒng)是通信的基礎(chǔ)，一旦出問題，將導(dǎo)致通信系統(tǒng)癱瘓，且考慮到原直流分配屏已無新增空開位置，無法接入新增通信設(shè)備;通信蓄電池組及高頻開關(guān)電源已到使用壽命周期，穩(wěn)定性下降。對(duì)此，該次改造拆除原2004年投運(yùn)的2號(hào)通信電源設(shè)備，新增1套-48V/300A的高頻開關(guān)電源系統(tǒng)、1組500 Ah的密封免維護(hù)蓄電池及4面直流分配屏，以便滿足后期新增設(shè)備的供電。

3.6.2 相關(guān)反措整改

由于站內(nèi)所有出線間隔OPGW光纜至臨近主控樓通信室處只有1條電纜溝道和豎井，若溝內(nèi)發(fā)生火災(zāi)等災(zāi)害將可能造成電網(wǎng)通信中斷，嚴(yán)重時(shí)可能危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。因此根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司18項(xiàng)反措要求，需對(duì)主控樓通信室電纜及豎井溝道進(jìn)行雙路徑改造。

4 項(xiàng)目可選技術(shù)方案的對(duì)比

為實(shí)現(xiàn)調(diào)控一體化運(yùn)維要求，二次設(shè)備改造可研設(shè)計(jì)有2種方案。1）按常規(guī)站改造二次設(shè)備。2）按智能站改造全站，在方案1）的基礎(chǔ)上增加合并單元和智能終端設(shè)備。

普提站基于以下原因，不考慮全站按智能站改造。1）一體化監(jiān)控系統(tǒng)改造已經(jīng)能滿足國(guó)家電網(wǎng)公司提出的調(diào)控一體化無人值班要求。2）該站規(guī)模較大，若按智能站改造，220 kV和500 kV需配置大量合并單元和智能終端，同時(shí)相應(yīng)地增加智能柜、間隔層網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及改造站用交直流系統(tǒng)等，并對(duì)CT、PT回路進(jìn)行改造，設(shè)備投資明顯增加。3）從設(shè)備全壽命周期成本進(jìn)行比較，按照常規(guī)站普提站二次系統(tǒng)綜合改造總投資為1 324萬元，按照智能站改造則總投資為3 000萬元以上。此外，存在智能設(shè)備與原有站內(nèi)一次設(shè)備的接口改造問題，影響面較大。4）該站為四川電網(wǎng)樞紐站，按智能站改造將大大增加設(shè)備停運(yùn)時(shí)間，間接經(jīng)濟(jì)影響不可估量。

5 改造施工過程中設(shè)計(jì)變更的控制

變電站綜自改造施工過程中，難免遇到初設(shè)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)際不符的情況，此時(shí)需要設(shè)計(jì)變更，進(jìn)一步明確現(xiàn)場(chǎng)施工的合規(guī)性。設(shè)計(jì)變更可能緣于方案的進(jìn)一步優(yōu)化或外部條件的變化。方案的進(jìn)一步優(yōu)化是有利于工程造價(jià)的控制和設(shè)備安全高效的改造及投產(chǎn);外部條件的變化，如恰遇新規(guī)新措施的實(shí)施，相應(yīng)的設(shè)計(jì)變更也是必要的。對(duì)此，施工單位和設(shè)計(jì)單位應(yīng)及時(shí)溝通，將設(shè)計(jì)變更在相關(guān)部分還未施工之前，以避免返工帶來的浪費(fèi)。

6 結(jié)語

綜上所述，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)生產(chǎn)技術(shù)改造和設(shè)備大修原則、相關(guān)反事故措施的要求，對(duì)變電站綜合自動(dòng)化改造存在問題進(jìn)行分析并提出解決方案，是保證綜自改造技術(shù)方案優(yōu)化、工程造價(jià)合理、施工安全高效的先決條件。該文以500 kV普提站綜自改造存在問題為例，重點(diǎn)分析了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、部分系統(tǒng)繼電保護(hù)裝置、通信系統(tǒng)通信電源、站用直流系統(tǒng)及UPS電源等老舊且不滿足國(guó)網(wǎng)反事故措要求的設(shè)備，通過相應(yīng)改造方案的實(shí)施以解決設(shè)備老化和消除設(shè)備安全隱患，提高變電站的整體運(yùn)行安全性與可靠性，是非常必要的。相信該文有助于我們對(duì)變電站綜合自動(dòng)化改造任務(wù)的理解和問題的分析與解決。

參考文獻(xiàn)

[1]厲偉群.運(yùn)行中500 kV變電站綜合自動(dòng)化改造[J].電子制作，2014，12（20）：229-230.

[2]石玉梅，赫守禮.500 kV變電站綜合自動(dòng)化改造研究[J].科技經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)，2014，25（7）：15-16.

[3]薛巍.500kV變電站綜合自動(dòng)化改造分析[J].中國(guó)高新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，12（8）：7-6.