淺析塔然高勒煤礦35kV變電站數字化改造

摘要：針對35 kV變電站設備老舊，供電可靠性下降等突出問題，塔然高勒煤礦進行了35 kV變電站數字化改造工作，實現了35 kV變電站的“五遙”功能和遠程監(jiān)控功能，達到了變電站無人值守的改造目標。

關鍵詞：數字化改造;遠程控制;智能測控;安全防誤管理

0 引言

塔然高勒煤礦35 kV變電站于2008年10月投入運行，供電電源電壓等級為35 kV，其中有兩回電源取自塔然高勒110 kV變電所35 kV不同母線段，選用LGJ-240 mm2導線，線路長度分別為4.5 km、4.9 km;另有一回35 kV電源取自白音青格利110 kV變電所35 kV母線段，選用LGJ-120 mm2導線，線路長度為26 km。站內配有SZ11-20000/35 kV 20 MVA的有載調壓變壓器3臺，接線形式為Y，d11。該變電站現在使用的變壓器1臺工作，1臺備用，1臺檢修，達產后3臺變壓器中2臺工作，1臺備用。變電所35 kV母線采用雙母線接線方式，10 kV母線采用單母線分段接線方式。35 kV配電室內采用13臺KYN-40.5（S）鎧裝移開式金屬封閉開關設備，內配真空斷路器型號為ZN72-40.5;10 kV配電室內采用38臺AMS-12鎧裝移開式金屬封閉開關設備，內配真空斷路器型號為VEP。該變電站現在使用的南京南瑞繼保電氣有限公司的綜合自動化控制系統(tǒng)，從投入運行至今未對站內設備及系統(tǒng)進行改造升級，目前綜合自動化控制系統(tǒng)后臺運行緩慢，部分信號傳送緩慢甚至無法傳送，部分裝置通信中斷，且無法實現調度的遠程監(jiān)測、監(jiān)控，供電系統(tǒng)仍采用人工值守、就地操作的方式。隨著電氣網絡與設備的更新、改進以及電力運行與互聯網運用的不斷結合，礦井供電網絡對35 kV變電站的整體要求隨之提高[1]。因此，塔然高勒煤礦對35 kV變電站整體設備及后臺系統(tǒng)進行了數字化升級改造，對綜合自動化控制系統(tǒng)進行了升級。

1 改造原因

1.1 ? ?設備老舊

本站始建于2008年，部分設備已嚴重老化，開關難以分合，影響運行可靠性。電抗器柜為手動就地操作，無法實現遠程操作，所以線路及站內出現故障都無法及時切斷，對電網正常運行造成影響。因此，考慮對本站進行升級改造，提高一次設備與二次設備的性能，并保證配網和設備的安全、可靠運行。

1.2 ? ?供電可靠性下降

一方面，本站二次設備功能分散，一臺物理設備對應一種功能，數量較多;信息共享不充分、站內信息網絡較復雜，導致設備安裝空間較大，控制柜溫升問題嚴重，硬件配置重復，全站接線繁雜。另一方面，數字化采樣后，最新保護裝置增加了合并單元處理傳輸及智能終端的解析等環(huán)節(jié)，導致數字化線路保護的動作時間較常規(guī)線路保護慢5～10 ms，影響了保護的速動性和效率。綜上所述，該變電站現有設備難以滿足設備集成化、規(guī)范化、遠程自動化和“五遙”功能需求[2]。

2 改造方案

2.1 ? ?控制系統(tǒng)改造

為進一步提高設備運行質量及巡檢作業(yè)安全，本次改造將35 kV變電站主控室內原有的后臺監(jiān)控系統(tǒng)軟件、配套服務器、UPS不間斷電源、交換機、與現場一次設備和實際運行方式相符的一次系統(tǒng)圖等全部進行了更換，將原有的模擬顯示盤更換為LED顯示屏，將部分不具備電動分合閘功能的電抗器柜及柜內的高壓保護器、斷路器進行了整體更換。同時，系統(tǒng)主站接收通信分站上傳的電力線路的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、用電量、變壓器油溫等電力線路運行的實時數據和開關運行狀態(tài)信號;對開關分/合閘狀態(tài)和開關運行中分/合閘操作、過流、短路、過壓、欠壓、漏電等保護跳閘事件進行記錄;通過組態(tài)軟件對這些數據進行統(tǒng)計、歸類、存貯、處理，形成電力系統(tǒng)運行的動畫模擬圖;可隨時查詢設備運行實時數據、歷史數據、運行事件、設備整定值數據表;還可生成歷史趨勢曲線、直方圖、操作記錄和用電量日報表、月報表等。運維人員在系統(tǒng)主機上進行操作，通過網絡下達指令，可以修改通信分站運行程序、整定保護器定值;可以對開關進行分、合閘操作和故障跳閘后信號的復歸操作等，實現對整個系統(tǒng)的監(jiān)控[3]。

2.2 ? ?增加電力安全防誤管理系統(tǒng)

為保障35 kV變電站內的供電質量和用電安全，本次改造新增了一套電力安全防誤管理系統(tǒng)，并將電力安全防誤管理系統(tǒng)接入PCS-9700變電站監(jiān)控系統(tǒng)，重點防止因人員誤操作導致事故的發(fā)生。此次改造采用的電力安全防誤管理系統(tǒng)是PSM70安全防誤管理系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

PSM70微機型防止電氣誤操作系統(tǒng)以微型計算機、通信適配器、電腦鑰匙、閉鎖設備和鎖具為核心設備，在系統(tǒng)調試時預先輸入本系統(tǒng)的變電站接線圖及防誤規(guī)則，并記憶保存所有需要閉鎖的設備狀態(tài)，系統(tǒng)還可以通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)得到現場的設備實際運行狀態(tài)。當崗位人員接到作業(yè)任務時，首先以自身用戶身份登錄系統(tǒng)，然后在系統(tǒng)接線圖上點擊將要操作的設備，模擬操作過程，在模擬過程中系統(tǒng)會自動或以手動選擇、輸入的方式插入二次操作及提示型操作，預演結束后可通過通信適配器將所預演的操作票內容傳輸到電腦鑰匙中，然后崗位人員就可以持操作票及電腦鑰匙到現場進行倒閘操作。若在操作過程中將電腦鑰匙插入錯誤的編碼鎖內，則不能進行開鎖操作，同時電腦鑰匙發(fā)出持續(xù)的報警聲提醒操作人員，從而達到強制閉鎖的目的。當全部操作結束后，崗位人員即可將電腦鑰匙插回通信適配器傳送座實現操作結果的回傳。PSM70安全防誤管理原理如圖2所示。

2.3 ? ?保護器更新

此次改造將35 kV、10 kV高壓室保護器更換為全新的微機智能綜合保護測控裝置[4]，并對所有新保護器進行了單體調試、信號核對，對設備圖紙、說明、定值清單等進行了細致比對。同時，所有微機保護測控裝置全部采用背插式結構，將強電、弱電和外部電路徹底分開，提高了絕緣強度和抗干擾能力，各個接口插件及端子均具有防震脫松措施，所有微機保護測控裝置的出口回路均設置有因元器件損壞而引起誤動的閉鎖措施，防止保護誤動作，并能發(fā)出元器件損壞的警告信號，有效提升了供電系統(tǒng)的運行質量和安全防護功能。35 kV變電站數字化改造后相對于改造前的安全可靠性對比如表1所示。

3 35 kV變電所改造后可實現的功能

3.1 ? ?實現系統(tǒng)實時監(jiān)控及調度綜合化管理

35 kV變電所數字化改造升級后，已實際具備了遠程控制及“五遙”功能，使得各種信息包括變電站的各設備帶電運行情況、主變油溫、電氣測量值以及各電路斷路器位置信號等數據都能實時傳送給調度室，并在調度顯示屏上顯示，使調度室能及時準確地掌握數字化變電站的設備運行狀態(tài)、運行方式及所需的各類測量數據。在處理突發(fā)事故時，可使調度達到統(tǒng)一實時管理的要求，實現調度綜合自動化控制系統(tǒng)的高效運行。

3.2 ? ?實現各開關柜的遠程控制

35 kV變電站數字化改造后，實現了系統(tǒng)對各開關柜斷路器的選擇、控制，崗位人員在主控室可通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)在線完成各開關柜斷路器的分、合閘操作，在提高工作效率的同時，有效縮短了操作時間，不僅避免了就地操作的危險性，還杜絕了誤操作情況的發(fā)生，為崗位人員的安全作業(yè)提供保障。

3.3 ? ?實現數據的集中管理

隨著變電站數字化改造的完成，各配電室、配電柜監(jiān)測數據均通過監(jiān)測系統(tǒng)實時上傳到主控室監(jiān)測中心，系統(tǒng)按照要求可自動將各類數據進行整合匯總，并對各類數據進行匯算，崗位人員只需打開各個數據表記錄相關數據即可，既減輕了人員的工作量，又保障了數據的準確性。

3.4 ? ?實現信號的集中管控

35 kV變電站改造完成后，將原來分散的信息進行了統(tǒng)一整合，形成了集中的、統(tǒng)一的、可全部在系統(tǒng)后臺顯示的數據，同時系統(tǒng)還具備在線監(jiān)測、監(jiān)控功能，當數據超過給定值或出現短路、跳閘等故障時，系統(tǒng)會自動在顯示器相應位置作出反應，并發(fā)出報警信號，提醒崗位人員及時處理故障。

3.5 ? ?實現“五防”閉鎖管理

隨著PSM70安全防誤管理系統(tǒng)的投入使用，35 kV變電站從技術和管理上杜絕了操作人員誤操作情況的發(fā)生，將各種操作事故防患于未然，極大地提高了35 kV變電站的安全性。

3.6 ? ?實現事故記錄功能

35 kV變電所改造完成后，數字化系統(tǒng)可自動按照設定的要求，對各電路系統(tǒng)進行監(jiān)控，并實時記錄事故前后保護裝置、斷路器等設備的動作情況，并按照動作時間及動作順序及時反饋關于事故的詳細信息及報告，為后期的事故追查及變電站的檢修、維護、保養(yǎng)提供了可靠數據。

3.7 ? ?改變崗位人員的監(jiān)控方式

35 kV變電站改造完成后，數字化系統(tǒng)將原來對變電站大面積的現場監(jiān)控變成了后臺電腦屏幕監(jiān)視。崗位人員可在線對各個數據進行監(jiān)視、記錄，從根本上改變了崗位人員現場逐臺、逐次抄寫數據的現狀，面對事故報警，崗位人員可按照系統(tǒng)顯示，及時對事故進行判斷和處理，最大可能地降低各種風險損失，實現變電站的安全、高效運行。

4 結語

此次35 kV變電站改造的順利完成，進一步提高了變電站的運行可靠性和自動化水平，極大地降低了運行成本，達到了節(jié)約增效、調度統(tǒng)一、綜合管理的目的，實現了變電站無人值守目標，為變電站的安全管理提供了重要保障。同時，伴隨IT產業(yè)與5G建設的飛速發(fā)展，各類產品迭代更新速度加快，在不久的將來必將以此為基礎，實現35 kV變電站從數字化到智能化、智慧化的轉變。

[參考文獻]

[1] 田雨.電力配網管理技術的運行和維護探討[J].住宅與房地產，2017（6）：191.

[2] 韓熙媛，王元冬.變電站監(jiān)控后臺機遠程維護及保護定值遠程修改的實現[J].云南電力技術，2012，40（6）：4-5.

[3] 宋明中，侯思祖，趙建立，等.電力通信監(jiān)控網規(guī)約轉換器設計與實現[J].電力學報，2001，16（4）：253-256.

[4] 胡平.基于7SJ68微機綜合保護測控裝置的低壓繼電保護改造[J].合成技術及應用，2016，31（1）：56-61.

收稿日期：2020-09-02

作者簡介：康志鵬（1984—），男，河北石家莊人，工程師，研究方向：煤礦機電技術與管理。