变电站综合自动化系统改造分析

时间：2024-09-03

江苏省电力公司职业技能训练基地邱云峰

变电站综合自动化系统改造分析

江苏省电力公司职业技能训练基地邱云峰

【摘要】变电站作为电网的关键环节及中心枢纽，其智能化水平不仅关系着电网的整体运行效率，还关系着智能电网建设目标的实现，但从目前我国变电站应用现状来看，仍然存在着一批智能化水平较低的老式变电站，直接影响着电力系统的安全、稳定运行，因此，对旧式变电站综合自动化系统改造的研究具有一定的实际意义。文章主要结合某变电站工程实例进行研究，具体的综合自动化系统改造方法及技术可为类似变电站工程处理提供参考。

【关键词】变电站；综合自动化系；改造

纵观我国电网现状，随着社会经济的高速发展，用电规模不断增加，不得不大力建设新的电网及新的变电站，还要对旧式变电站进行综合自动化改造，在消除旧式变电站运行维护复杂、停送电倒闸速度慢、运维人员巡视耗时多、设备自动化程度过低、运行的可靠性低等问题的基础上，又节约建设成本。因此，若电网的旧式变电站，若满足综自造条件，须全面对这些老式的变电站进行综自改造，以保证电网的安全、稳定、经济运行。所谓的综合自动化改造就是指通过电力电子技术和现代化的计算机技术将旧式变电站的原有二次系统中所具备的项目进行更新升级，使得信息可以上传至监控后台和调控中心，使得信号等信息可以共享，使得变电站可以实现无人值守，通过远方的监控中心实现对站内设备的遥测、遥信、遥调、遥控、遥视等功能。某220kV变电站是该地区电网投运较早的一个老式的变电站，变电站的一、二次设备都无法满足现今电网的智能化水平，因此，很有必要对这座老变电站进行改造升级，以保证该变电站的安全稳定运行。

1、变电站一次设备的改造

由于投运较早，该变电站许多电气设备已逐渐老化，出现了各种故障，主要表现于冷却器的、断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器等关键设备，需要对这些设备进行更换升级。

1.1变压器冷却器的改造

该变电站有一台变压器的冷却方式为强迫油循环风冷，主要由风扇、气道、热交换器等构成。该冷却器面积小，一旦运行中出现问题，跳闸时间很快，可靠性无法满足系统要求。需要对冷却器进行改造，将老的强迫油循环风冷冷却器更新为油浸自冷式冷却器。油浸自冷式冷却器应用后，变压器温度可以大幅度降低，而且运行噪音较少，不存在渗漏油现象，也不需要依靠站用电源。

1.2断路器的改造

在变电站运行维护过程中，倒闸操作是非常普通的，因此断路器尤为重要，必须科学合理的应用断路器，例如断路器的应用一定要考虑运行工作环境的温度和相对湿度；断路器的各项指标参数都要符合相关标准要求等。因此，经过对该变电站断路器使用现状的统计分析，以及考虑现场工作条件和资金等因素，决定全部更换为具有快速分合闸功能的弹簧操作机构。

1.3隔离开关的改造

该变电站目前隔离开关采用的是水平断口双柱式的刀闸，这些刀闸也都具备了电动和手动两种操作方式。但由于该变电站投运年限较长，站内的这些户外刀闸或多或少都出现了许多问题，有些刀闸在高负荷和高温的时期就会出现过热发红的问题，有些刀闸则因为长久以来的遇到过些许故障或雷电侵袭，导致触头有灼伤现象，直接影响电网的安全稳定运行，降低电网运行的可靠性。因此，急需将站内的隔离开关（刀闸）进行全方位的更换，一次解决刀闸锈死、合不到位、高温高负荷过热等一系列问题，经过分析比较，决定更换为GW4 型隔离开关（刀闸）。

1.4电压互感器的改造

该变电站有一部分为前几年更换过的电容式电压互感器，但仍有一批非常陈旧的电磁式PT，在倒闸操作时，经常会发生谐振的现象，严重影响电网的安全稳定运行，甚至有可能导致设备损坏。经过比较分析，结合各方面因素，最终决定将PT 拆掉，更换为电容式的 PT，防止谐振，而且电容式电压互感器操作起来也比电磁式来的简单。

1.5电流互感器的改造

目前该变电站线路所用电流互感器大部分都是老式充油式电流互感器，虽然运行情况良好，但是由于设备本身的质量问题，导致部分电流互感器出现了一些问题，例如放电，渗、漏油等。考虑投资成本，只需要将有缺陷的电流互感器进行更换即可。

2、继电保护及自动装置的改造

继电保护装置的重要性不言而喻，虽然该变电站安全自动装置和继电保护装置都配置齐全，但是由于运行时间较长，主变压器、220kV线路以及220kV母线保护装置的灵敏性、可靠性和选择性都存在许多问题，需要进行改造升级。

2.1主变压器保护装置的改造

根据国家电网公司的双套继电保护装置配置规定，结合该变电站站内电网实际情况，最后决定为电力变压器选用两套配备同样CPU插件的继电保护装置，可以独立完成电流差动保护功能以及变压器三侧的各侧后备保护，这些主保护、差动保护功能都可通过软件实现，而且电力变压器的本体主保护都设置在独立的操作机箱上。通过保护双重化的原则配置，两套主保护同时运行，即使有一套出现问题，也不会失去保护，这就大大的提高了电网的稳定。

2.2220kV线路保护装置的改造

与主变保护一样，站内的220kV线路保护也较落后，所有的出线和进线采用的都是高频保护，而高频保护所使用的通信通道是高压电力载波线路，该通道通常是受各种恶劣天气的影响，会出现通道堵塞、中断等问题。因此，根据保护装置双重化原则，决定保留其中的一套高频保护，然后把另外较老的那一套改造为现在的主流产品——光纤差动继电保护装置。既满足了保护双重化配置的要求，又提高了保护的可靠性，完成了预计的目标。

2.3母线保护装置的改造

原来母线差动保护装置为电磁式，存在的缺点和不足，并带来了一些隐患，影响电网的安全运行，随着科技的发展，如今电力系统变电站内的母线保护都慢慢换为了快速性、灵敏性、可靠性更高的危机型母线差动保护设备。我们站内的高压220k V端的母线差动我们遵循220k V母线差动保护配置双重化的原则，经过研究比较、讨论分析，最终决定将站内220k V母线的母差继电保护两套都更换为微机型继保装置。

3、综合自动化系统的改造

一次设备和继电保护装置升级改造完成后，需对该变电站的综合自动化系统进行升级改造，通过多方面的分析比较，最终采用的综合自动化系统通过对变电站的控制、保护、测量、“五防”、远动、信息采集等实现设备的综合自动化管理，该系统主要由四台远方后台操作机、一台连接防务闭锁装置的微机“五防”机、一台远程工程师站机、一台继保自动化部门的远动主站、一台GPS对时机和八组测控柜组成，所有这些设备全都是由双套网路进行连接，当有一套网络发现通信中断等故障时，还能有一套通道互为备用，主要结构如图1所示。

图1　综合自动化系统结构

3.1站控层

站控层设备通过集中分布的组合式网络，彼此沟通，采集各种消息，在间隔层将指令发出。控制主、备站的功能与配置都是一样的，

每个站都可以是主站，它们都拥有一个实时数据库动态模拟和各测点的信息量开关站。系统正常运行，一个站作为主站正常工作，另一个站作为备站备用，但是作为备用的站要同时监视运行主站的工况，互为备用。远程工程师站主要用于存储和分析设备分散录波的数据，该综合自动化设备中的自动化远动机主要是完成变电站与监控中心、调度中心的通信，实现监控和调度对站内的远程监视和控制。而“五防”工作站的主要功能是对遥控命令进行防误操作闭锁检查。

3.2间隔层

间隔层的各种元件可以不依靠独立运作的网络，他们直接采集电压互感器及电流互感器等现场电气设备，运行后直接识别开关的控制后，将故障信号传送到控制设备动作信息。该变电站综自改造装置采用先进的微处理器的性能（MPC），现场可编程门阵列（FPGA）实现电参数的数据收集在一起。

3.3通信层

通信层将数据信息传至网络，所有的站控层设备可以共享数据和信息，站控层命令也可以通过网络发送到间隔层。该变电站综合自动化系统所采用的网络交换机支持540M电信号以太网和光纤以太网络，通信协议采用国际标准协议，光纤系统连接的通信接口通过交换机完成。