500kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造分析

王銘志 李俊楠 郭繼

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，用電規(guī)模不斷增加，不得不大力建設(shè)新的電網(wǎng)及新的變電站。500kV變電站是較為重要的樞紐變電站，也是能源中心，對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)完善以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展具有重要影響。國(guó)家電網(wǎng)對(duì)變電站的建設(shè)提出了“堅(jiān)強(qiáng)、智能”的要求，基于變電站關(guān)鍵技術(shù)和過程控制進(jìn)行綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)改造是十分必要的。文章就500kV變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)改造進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：500kV變電站；綜合自動(dòng)化系統(tǒng)；改造

1.500kV變電站的基本現(xiàn)狀

就目前現(xiàn)狀來看，我國(guó)的500kV變電站所使用的一次設(shè)備類型較為簡(jiǎn)單，在接線方式和典型設(shè)計(jì)上具有一定差距，且智能化投入比例較少。在二次設(shè)備的使用類型上主要包括3種，即常規(guī)保護(hù)+RTU監(jiān)視模式、常規(guī)保護(hù)+計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式、數(shù)字化保護(hù)+智能監(jiān)控系統(tǒng)模式。具體而言，常規(guī)保護(hù)+RTU監(jiān)視模式的應(yīng)用主要用于早期未完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式改造的變電站，其運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，但由于技術(shù)性較差、控制室空余屏位缺乏，大量使用長(zhǎng)電纜、信號(hào)電纜，因此直流接地問題較多。而常規(guī)保護(hù)+計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式是現(xiàn)階段變電站主要使用的類型，但是在主變、母差保護(hù)的配置上不足，不利于常規(guī)模式的改造。數(shù)字化保護(hù)+智能監(jiān)控系統(tǒng)模式是基于DL/T860技術(shù)體系設(shè)計(jì)研發(fā)的，具有3層兩網(wǎng)（站控層、間隔層、過程層，MMS網(wǎng)絡(luò)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)）的配置，具有智能化功能。與此同時(shí)，該系統(tǒng)采用直采直跳的方式，且控制小室面積小，能夠普遍地應(yīng)用于光纜傳輸量測(cè)、信號(hào)控制等，擴(kuò)展性較強(qiáng)。

2.改造方法分析

2.1變電站一次設(shè)備的改造

由于投運(yùn)較早，該變電站許多電氣設(shè)備已逐漸老化，出現(xiàn)了各種故障，主要表現(xiàn)于冷卻器的、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、電壓互感器等關(guān)鍵設(shè)備，需要對(duì)這些設(shè)備進(jìn)行更換升級(jí)。

2.1.1變壓器冷卻器的改造。該變電站有一臺(tái)變壓器的冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，主要由風(fēng)扇、氣道、熱交換器等構(gòu)成。該冷卻器面積小，一旦運(yùn)行中出現(xiàn)問題，跳閘時(shí)間很快，可靠性無法滿足系統(tǒng)要求。需要對(duì)冷卻器進(jìn)行改造，將老的強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷冷卻器更新為油浸自冷式冷卻器。油浸自冷式冷卻器應(yīng)用后，變壓器溫度可以大幅度降低，而且運(yùn)行噪音較少，不存在滲漏油現(xiàn)象，也不需要依靠站用電源。

2.1.2斷路器的改造。在變電站運(yùn)行維護(hù)過程中，倒閘操作是非常普通的，因此斷路器尤為重要，必須科學(xué)合理的應(yīng)用斷路器，例如斷路器的應(yīng)用一定要考慮運(yùn)行工作環(huán)境的溫度和相對(duì)濕度；斷路器的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)都要符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求等。因此，經(jīng)過對(duì)該變電站斷路器使用現(xiàn)狀的統(tǒng)計(jì)分析，以及考慮現(xiàn)場(chǎng)工作條件和資金等因素，決定全部更換為具有快速分合閘功能的彈簧操作機(jī)構(gòu)。

2.1.3隔離開關(guān)的改造。該變電站目前隔離開關(guān)采用的是水平斷口雙柱式的刀閘，這些刀閘也都具備了電動(dòng)和手動(dòng)兩種操作方式。但由于該變電站投運(yùn)年限較長(zhǎng)，站內(nèi)的這些戶外刀閘或多或少都出現(xiàn)了許多問題，有些刀閘在高負(fù)荷和高溫的時(shí)期就會(huì)出現(xiàn)過熱發(fā)紅的問題，有些刀閘則因?yàn)殚L(zhǎng)久以來的遇到過些許故障或雷電侵襲，導(dǎo)致觸頭有灼傷現(xiàn)象，直接影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，降低電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。因此，急需將站內(nèi)的隔離開關(guān)（刀閘）進(jìn)行全方位的更換，一次解決刀閘銹死、合不到位、高溫高負(fù)荷過熱等一系列問題，經(jīng)過分析比較，決定更換為GW4型隔離開關(guān)（刀閘）。

2.1.4電壓互感器的改造。該變電站有一部分為前幾年更換過的電容式電壓互感器，但仍有一批非常陳舊的電磁式PT，在倒閘操作時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生諧振的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至有可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。經(jīng)過比較分析，結(jié)合各方面因素，最終決定將PT拆掉，更換為電容式的PT，防止諧振，而且電容式電壓互感器操作起來也比電磁式來的簡(jiǎn)單。

2.1.5電流互感器的改造。目前該變電站線路所用電流互感器大部分都是老式充油式電流互感器，雖然運(yùn)行情況良好，但是由于設(shè)備本身的質(zhì)量問題，導(dǎo)致部分電流互感器出現(xiàn)了一些問題，例如放電，滲、漏油等?？紤]投資成本，只需要將有缺陷的電流互感器進(jìn)行更換即可。

2.2二次設(shè)備改造方案

二次設(shè)備的可靠性是變電站綜自改造中需要重點(diǎn)面對(duì)的問題，因二次設(shè)備改造對(duì)變電站的穩(wěn)定性有較高的要求，由此，需要將質(zhì)量不合格的設(shè)備進(jìn)行更換，例如顯示燈、繼電器等性能較為可靠。

在綜自改造二次回路時(shí)，需要保證斷路器對(duì)回路斷線進(jìn)行控制，將控制回路故障信號(hào)保留。做好重合閘電源的安裝，當(dāng)出現(xiàn)合閘以及跳閘故障時(shí)，其能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)斷開或者投入，并保證重合閘放電回路能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)斷電或者放電。因此變電站的直流系統(tǒng)經(jīng)歷過多次改造，有著較為復(fù)雜多變的直流回路，混亂的直流饋線，接線以及標(biāo)識(shí)時(shí)間較久，有模糊以及老化的現(xiàn)象出現(xiàn)，安全情況堪憂，因此需要對(duì)直流系統(tǒng)進(jìn)行更換。此外，在改造的過程中，還需要裝置電源進(jìn)行保護(hù)，避免其因?yàn)橹绷鞫搪坊蛘呓拥禺a(chǎn)生故障，為保證在系統(tǒng)改造完成后綜自后臺(tái)機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)警以及通信，還需要安裝直流系統(tǒng)接口電路板。

2.3改造通信以及監(jiān)控系統(tǒng)方案

為變電站能夠完成控制、監(jiān)視、保護(hù)以及測(cè)量等功能的自動(dòng)化，需要借助通信以及信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，同時(shí)在配件的選擇上也需要較高標(biāo)準(zhǔn)。

3.改造內(nèi)容分析

首先，需要對(duì)電器一次部分進(jìn)行改造，加裝主變中性點(diǎn)隔直裝置，采樣HGIS設(shè)備替換500kV第四、五串設(shè)備，采樣完全串設(shè)備替換為第三串設(shè)備。此外，還需要變更的設(shè)備包括電流互感器、電容器組、刀閘、斷路器、電壓互感器等，并分段220kV2M母線，加裝分段開關(guān)以及相應(yīng)設(shè)備；其次，需要對(duì)電器二次部分進(jìn)行改造，對(duì)500kV所有設(shè)備保護(hù)裝置進(jìn)行更換，增加保護(hù)屏以及母差保護(hù)失靈功能；第三，需要對(duì)電源以及其他位置進(jìn)行改造，將直流系統(tǒng)替換為交流系統(tǒng)，將整改直流回路系統(tǒng)替換為整改交流回路系統(tǒng)，將動(dòng)力箱、接口屏以及端子箱等進(jìn)行更新；第四，對(duì)保護(hù)通道位置進(jìn)行更換，采用光纖通道替換220kV所有保護(hù)高頻通道。將通信插件以及設(shè)備進(jìn)行更新或者增加安裝。