刍议110KV变电站的自动化改造

卢星盛

（云南文山电力股份有限公司，云南 文山 663000）

引言

在我国电力系统中，现在仍存在着不少的1l0kV老式变电站其一次设备老化、损坏及腐蚀严重，维护及更新的工作量和费用逐年上升，而且效果不明显；其二次设备反映了国内设备发展的过程，从最古老的电磁型继电器保护到早期的微机保护、晶体管保护直到“四合一”的集控台等，都在同时运行。这些设备的老化对变电站的安全、优质、高效、可靠运行构成很大威胁，这类变电站对系统的安全、供电可靠运行也是较大隐患。鉴于每年需对这类变电站投入大量资金、人力和物力进行维护整治而效果并不理想，如何合理地、经济地改造这些旧站，使其满足自动化的要求，已成为电力系统工程技术人员面临的迫切问题。

1 110kV变电站综合自动化现状及其存在的问题

1.1 110kV变电站自动化现状

1.1.1 传统模式

传统模式即目前国内应用最为普遍的远方终装置(RTU)加上当地监控系统(又称当地功能)再配上变送器 (当采用交流采样RTU时，可省去变送器屏柜)、遥信转接、遥控执行、UPS等屏柜.站内继保装置的重要信号通过硬接点方式输入RTU,其中微机型保护装置亦可通过串行口按约定的规约与RTU进行通讯。较为典型的产品有NARI系公司的DISA-l、RD-800 系列等。

1.1.2 集中配屏模式

目前大多数厂家的产品均属此类，在各地110KV无人值班变电站中应用也最广。与传统模式相比，最大的改进在于将RTU的遥控、信号、测量、电能计费、通信等功能分别组屏，并由1个或2个总控单元通过串行通信口(RS232，RS422，RS485)与各功能单元(屏柜)以及微机保护、故障录波、上位机(可选)等进行通讯。比较典型的产品有NARI系统公司的DISA-3型、BJ-1型等。

1.1.3 全分散式，其中保护相对独立，控制和测量合一

该模式的主要特点是以一次主设备如开关、变压器、母线等为安装对象，将控制、I/O、闭锁、保护等单元分散，就地安装在一次主设备屏柜上。站控单元通过光纤通信串行口与各一次设备屏柜相连，并与上位机和远方调度中心通信。较为典型的产品有NARI公司的 BJ-F3A系列。

1.1.4 全分散式，其中保护、控制和测量合一

较为典型的产品有北京四方公司的CSC200O系列、NARI公司的DISA-2等。

1.1.5 局部分散式

此模式综合了集中式与分散式的特点，采用了分散式的系统结构，而控制和保护仍集中配屏。较为典型的产品有DISA-3、FDK系列等。

1.2 存在的问题

1.2.1 技术标准问题

目前变电站综合自动化系统的设计还没有统一标准，因此，标准问题是当前迫切需要解决的问题。

(1)生产厂家

目前在变电站综合自动化系统选型当中存在着如所选系统功能不全面、产品质量不过关、系统性能指标达不到要求等情况。主要有以下问题：由于生产厂家过分重视经济利益，用户又过分追求技术含量，而不重视产品的性能及实用性，因而一批技术含量虽较高，但产品并不过关，甚至结构、可靠性很差的所谓高技术产品不断被使用；有些厂家就某产品只搞技术鉴定，没搞产品鉴定；另外，生产厂家对变电站综合自动化系统的功能、作用、结构及各项技术性能指标宣传和介绍不够，导致电力企业内部专业人员对系统认识不透彻，造成设计漏洞较多。

(2)不同产品的接口

接口是综合自动化系统中非常重要而又长期未得到妥善解决的问题，包括小电流接地装置、故障录波、无功装置等与通信控制器、通信控制器与模拟盘等设备之间的通信。如果所有厂家自动化产品的数据接口遵循统一、开放的数据接口标准，则上述问题可得到圆满解决。用户可根据各种产品的特点进行选择，以满足自身的使用要求。

(3)抗干扰

抗干扰问题即所谓的电磁兼容问题，是一个非常重要但常被忽视的方面。电磁干扰对系统在线运行的影响非常严重，若不采取有效措施，将产生严重后果。可在系统的硬件和软件方面采取一些必要措施，以消除或抑制电磁干扰。如系统接地保护、隔离和屏蔽等。传统上的变电站综合自动化设备出厂时抗干扰试验手段相当原始，仅仅做一些开关、电焊机、风扇等定性实验，到现场后往往也只加上开合断路器的试验，一直没有一个定量的指标，这是一个极大的隐患。变电站综合自动化系统的抗干扰措施是保证其系统可靠和稳定运行的基础，选择时应注意。合格的自动化产品，除满足一般检验项目外，主要还应通过高低温试验、耐湿热试验、雷电冲击电压试验、动模试验，而且还要重点通过四项电磁兼容试验，分别是：1MHz脉冲干扰试验、静电放电干扰试验、辐射电磁场干扰试验、快速瞬变干扰试验。

(4)开放性

变电站综合自动化系统应能实现不同厂家生产设备的互操作性，系统应能包容变电站自动化技术新的发展要求和必须考虑和支持变电站运行功能的要求。而现有的系统却不能满足这样的要求，各厂家的设备之间接口困难，甚至不能兼容，从而造成各厂家各自为政，重复开发，浪费了大量的财力、物力。另外，各种屏体及设备的组织方式不尽相同，给维护和管理带来许多问题。

1.2.2 电力管理体制与变电站综合自动化系统关系

该系统的建设，使得继电保护、远动、计量、变电运行等各专业相互渗透，传统的技术分工、专业管理已经不能适应变电站综合自动化技术的发展。变电站远动与保护专业虽然有明确的专业设备划分，但其内部联系已经成为不可分割的整体，旦有设备缺陷均需两个专业同时到达现场检查分析，有时会发生推诿责任的情况，造成极大的人力资源浪费，而且两专业衔接部分的许多缺陷问题成为“两不管地带”，不利于开展工作。在专业管理上，变电站综合自动化设备的运行、检修、检测，尤其是远动系统的实时性、遥测精度、遥信变位响应速度、信号复归和事故总信号等问题仍需要规范和加强。

1.2.3 运行维护人员水平不高

解决好现行的变电站综合自动化系统管理体制和技术标准等问题的同时，还要培养出一批高素质的专业队伍。要想维护、管理好变电站综合自动化系统，首先要成立一支专业化的队伍，培养出一批跨学科的复合型人才，加宽相关专业之间的了解和学习。其次，变电站综合自动化专业的划分应尽快明确，杜绝各基层单位“谁都管但谁都不管”的现象。变电站综合自动化专业的明确，对于加强电网管理水平，防止电网事故具有重大意义。

2 110kV变电站自动化改造的主要内容

常规l10kV变电站进行自动化改造时，主要是对一、二次设备进行升级改造，使之适应无人值班运行对设备较高可靠性的要求。

2.1 一次设备的改造及技术要求

2.1.1 断路器的改造

主要要求是能实现无油化及遥控操作功能，并提供可靠的断路器位置信号；断路器辅助触点改造为双辅助触点接线以防信号误发。

2.1.2 高压开关柜的改造

完善机械防止误操作措施，完善柜间距离。要求隔离物起绝缘支撑作用，要具有良好的阻燃性能；采用包绝缘护套的办法加强母线导体间、相对地间绝缘水平；采用额定电压12kV，最高工作电压75kV的电流互感器，使之达到高压开关柜使用工况要求的绝缘水平。

2.1.3 过电压保护设备的改造

对变电站l0kV中性点加装自动跟踪、自动调谐的消弧线圈或经小电阻接地；为减少变电站的运行维护工作量，降低残压，防止避雷器的爆炸，变电站10kv避雷器宜更换为无间隙金属氧化物避雷器。

2.1.4 主变压器有关辅助元件改造

改造中性点隔离开关及其操作机构，能实现遥控操作；对有载调压分接开关实现当地和远方遥调操作；实现主变温度远方测量及上传功能等。

2.2 二次设备改造的内容要求及注意事项

2.2.1 二次设备改造的内容要求

2.2.1.1 断路器控制回路改造后，要简单、可靠、无迂回接线，控制、保护、信号及测控单元电源分离。

2.2.1.2 断路器控制回路断线、失去控制电源时应实现远方报警，并保留控制回路故障信号。

2.2.1.3 保护回路单独设有熔断器的变电站，保护回路直流消失后，能远方报警。

2.2.1.4 重合闸装置要实现自动投退，在遥控和当操作合闸后，重合闸电源应自动投入，重合闸放电回路自动断开。在遥控和当地操作跳闸后，自动退出重合闸电源，同时重合闸装置自动放电。根据需要实现重合闸后加速和一次重合闸。

2.2.1.5 低频减负荷装置或其他系统稳定措施装置动作跳闸时，应自动闭锁重合闸。

2.2.1.6 取消断路器位置信号灯的不对应闪光功能，信号灯具改为发光二极管等节能型灯具，提高可靠性。

2.2.1.7 加装遥控与就地跳、合闸闭锁回路。

2.2.1.8 中央信号装置有关回路作相应改造。

2.2.2 二次设备改造注意事项

2.2.2.1 检查全站所接电压互感器的二次回路确实只有一个接地点，且接地位置应设在PT接口屏地排处。

2.2.2.2 检查电流互感器中性线确实是一点接地且接地点应设在保护室内，满足“安评”要求。

2.2.2.3 检查控制电缆屏蔽层是否两点接地。这对于微机保护的抗干扰是十分重要的。

3 110kV 变电站自动化改造要做好的主要工作

3.1 对一、二次设备进行改造

l10kV变电站改造为无人值班站后，需要稳定可靠的一、二次设备，只有可靠的设备才能使值班员避免顾此失彼，有充裕的时问进行监控、操作和对设备异常、事故的处理。主要是对一些一次设备 (如断路器、高压开关柜、过电压保护设备等)进行大修或更换；对旧式保护装置(如电磁型、晶体管、集成电路保护等)，其运行寿命已接近设计值，又不能实现通信功能，很难和变电站计算机监控系统相连，且这类保护维护校验复杂，费时费力，对这些保护进行更换；对35KV及以下保护都更换为四合一保护；对ll0kV保护更换为微机保护加数字测控装置。

3.2 完善四遥功能

有人值班变电站中一般具有遥信、遥测功能但不具备遥控功能，其遥信、遥测功能只是为调度自动化服务。因调度所关注的遥信量相对较少，而无人值班后监控值班员对变电站运行情况的判断和处理就全部依赖监控系统。所以在无人值班改造中要充分考虑所采集的信息全面、够用，也要考虑遥控、遥调点的实用性，保证能够及时发现异常，及时处理异常和事故，尽可能减少值班员在变电站和监控中心间无谓的往返。

3.2.1 遥信的完善

对遥信的调整原则是实现远方对异常和事故的判断，为此需增加如下遥信项目。

(1)线路(旁路)单元：隔离开关位置信号、断路器操作机构异常信号、断路器控制回路断线信号保护装置异常信号、交流回路断线信号、光端机装置异常或通道告警信号、重合闸动作信号、断路器三相位置不一致、SF6气压低、SF6低压闭锁、油泵频繁启动、远方和就地控制信号、小电流接地信号、单元事故总信号。

(2)主变单元：冷却系统异常信号、冷却器全停信号、控制回路断线信号、主变油位异常信号、瓦斯信号、油温信号。

(3)中央信号：预告总信号、直流接地信号、直流装置异常信号、35、l0KV系统接地信号、二次回路异常信号、故障录波器动作信号、故障录波器异常信号、低周减载装置动作信号、低周减载装置异常信号、站用电源自投装置动作信号、备用电源自投装置异常信号、站用电系统异常信号、消防装置动作及报警信号、消防装置异常信号、远动及通讯装置异常信号、控制方式由遥控转为当地控制的信号、防盗报警信号、GIS设备的有关信号。

3.2.2 遥测的完善

遥测是判断站内运行情况的重要根据。为了采集尽量充足和合理的数据，对遥测主要增加了以下内容：l10kV三相操动机构开关电流增加至三相；采集母线三相电压；分段、母联电流；直流电压；变压器油温；站用变低压侧三相电压。遥测的完善已经收到了明显的效果：如出现某个l10kV变电站在改造后，进行倒闸操作时，发生拉开一组l10kV隔离开关后，隔离开关位置指示都在拉开状态，值班员在检查时发现一相电流不为零，经查为单相连杆拉断，从而避免了一次带负荷拉刀闸的恶性误操作事故。

3.2.3 遥控和遥调的完善

由于对电压质量的控制要求越来越严格，需频繁对主变分接头进行调节。在多变压器的站中，这将伴随变压器中性点接地刀闸的频繁操作，故结合改造，实现了主变中心点接地刀闸的遥控。为了方便检修和调试，防止误控开关，在每个开关上安装了远方就地切换开关，只有切至“远方”位置时才能进行遥控。由于市政工程造成线路工作频繁，而值班员需频繁进行重合闸、过流保护、备自投等的投切工作，为这些工作频繁往返变电站显然不合算，故对大部分保护实现了以上功能的远方投退。

3.3 装设安全视频监控系统

110kV变电站改造为自动化无人值班后，站内的防火防盗工作重要性凸显。变电站安全视频监控系统集智能的防盗、防火、辅助巡视、事件记录和管理等功能于一身，为无人值班变电站的安全运行提供了重要技术手段。变电站安全视频监控系统包括摄像机等监视设备，红外对射、红外双鉴高分贝声光告警装置等防盗设备，以及主机及数据采集和控制单元。主要在围墙配置红外对射，在主要出入口配置红外双鉴，在主建筑或者围墙上装设高分贝声光告警装置，并且对灯光进行控制。通过主机实现图像的压缩和远传、告警和连动、图像的记录、与消防主机互联。值班员可以在监控中心对变电站进行可视化监控。如现场有非法侵入，可以按照预先的设定进行联动：如将一个或者多个摄像头转向告警点，开启灯光，进行录像，鸣响警笛，对入侵人员进行吓阻，同时在监控中心计算机上推出该点画面，并发出告警音响提示值班员有情况发生，进行监控。也可对火警动作的区域实行联动录像。消防系统与视频监控的有机整合有利于及时判断火情的真伪，减少值班员冲到现场进行判断的不必要劳动，为及时组织救火节约时间。现场的录像也可作为事故及原因分析的辅助依据。

3.4 提升数据通信处理能力

为提高与l10kV变电站数据通信的实时性信息传输容量、扩展性和可靠性，在改造中应用电力实时数据传输规约，采用网络通信和常规串行通信两种方式自动切换，来保证信息传输的可靠性、正确性、唯一性和一致性，并依靠成熟、可靠、快速的自愈光纤通信网络，充分发挥新型通信规约传输容量大、功能丰富、实时性强等优势来克服和解决系统实时性的瓶颈问题。

3.5 改进计算机电源系统

进行此项改造工程时，要使用交流电源，如后台机、通信主机、网络设备等，如果对这些设备断电的话，将造成变电站失去监控，历史数据丢失，所以这些设备都要求不间断供电。传统的电源都采用UPS，但实践证明，由于UPS的电池得不到及时的维护，电池的容量在1～2年后将大幅度减少，在市电失去后，不能保证供电时间。故在改造中，经过对站用蓄电池容量验算后，安装了在线式逆变电源。在运行中还严格要求非重要负荷不能接到逆变电源上，保证了这些重要设备的不问断供电和切换。

4 结语

近年来，通信技术和计算机技术的迅猛发展，给变电站综合自动化技术水平的提高注入了新的活力，变电站综合自动化技术正在朝着网络化、综合智能化、多媒体化的方向发展。鉴于变电站综合自动化系统当前还缺乏一个统一的国家标准，这就需要与之相关的各岗位的电力工作者在实际操作过程中不断总结经验，找到其规律性，不能因循守旧，而应根据具体情况，遵循科学、严谨的工作原则，用发展的眼光来进行变电站综合自动化系统的建设，以保证电网安全、可靠、高效的运行。

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