±500kV常规换流站智能化建设

郑映斌，黄晨，刘会鹏，罗理

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南 长沙410004)

1 改造常规换流站监控系统

±500 kV 常规换流站监控系统是高压直流(下简称:HVDC)输电系统中非常重要的组成部分，通过站监控LAN 网、远动工作站、站监控服务器、直流线路故障定位装置、同步时钟装置等子系统和模块的协同作用，实现HDVC 输电系统状态监视、交流系统运行控制、系统信号传输以及数据采集和处理〔1－2〕。

目前，±500 kV 常规换流站监控系统只实现控制层和运行人员控制层的网络化，而现场层还未实现网络化的信息共享。除直流互感器输出数字信号并通过光纤与直流保护设备实现点对点连接外，其它还是由传统电流/电压互感器通过二次电缆向监测、控制及保护设备提供测量值，须进行数字化升级改造〔3〕。其辅助监控系统也不完善，大量常规定期工作仍须到现场进行抄录、维护和查看，不满足无人值班或少人值守目标。

为进一步提升常规换流站监控系统性能和换流站运行指标，以及对未来智能电网中换流站的建设提供可行性思路，建设±500 kV 换流站/变电站集中控制中心，其结构如图1 所示:

2 完善辅助监控系统

2.1 远程图像监控系统

±500 kV 常规换流站图像监控系统主要功能是对室外一次设备进行查看，其摄像机易受电磁干扰、恶劣天气影响，镜头易黑屏、起雾。宜对换流站内摄像头进行升级，提高抗电磁干扰、防水和防雾气等能力，增加摄像头数量，双极阀厅安装轨道摄像头，增加定期自动红外测温监控系统，达到可对设备状态(开关、刀闸状态)和辅助设备进行全面监视、发现过热点及时报警、提醒监控人员。图像监控系统还能与开关、刀闸等设备的操作进行联动，实现一次设备操作后实际位置的远程检查;其电子围栏监视系统应与当地派出所进行告警联动，实现±500 kV 常规换流站/变电站安保的快速响应;最后，图像监视系统应与集中控制中心的控制系统很好地配合起来，实现集中监控。

图1 ±500 kV 换流站/变电站集中控制中心结构示意图

2.2 智能机器人巡检系统

相对传统的人工巡视，智能机器人巡检系统能够对一次设备本体以及连接头等的温度、SF6气体压力等进行实时采集和监控，并采用同类分析、三相设备对比及历史趋势分析等手段，对以上数据进行智能分析和诊断，实现对设备故障的判别和自动报警，并以全自主、本地或远方遥控模式代替或辅助人工进行巡检。

通过合理规划机器人巡视路线，定时对室外一次设备进行巡视，智能机器人巡检系统能及时发现漏油、外观损坏、瓷瓶破裂等设备异常状况，弥补高空摄像头无法巡视设备低处的死角和少人值班后巡检次数减少未能及时发现异常的情况。

2.3 保护及故障信息管理系统

500kV 交流保护装置的遥测、遥信、动作信号、装置告警信号、通讯状态、定值，录波装置的录波文件及附加信息通过1 台故障与信息管理子站工控机以网络通讯方式上传至调度，发生通讯中断或子站故障，将影响数据上传和查看。宜对故障与信息管理子站进行升级，子站及通讯网络采用双系统冗余配置，连接至集控中心，提高可靠性;同时在集控中心配置2 台高性能微机作为保护与故障录波信息工作站，接收与处理各个保护与故障录波管理信息子站所传输的数据，便于远程故障录波分析、保护定值的远方召唤、远方复归信号、软件压板的远方投退和远方切换保护定值区等功能。

2.4 在线监测系统

±500 kV 常规换流站在线监视系统主要是对换流站内各种电气设备的运行状态进行实时监视，显示各电气设备的模拟量和开关状态等数据，并将采集的数据信息以友好的界面提供给运行人员。现在线监测设备所监测量均在不同显示终端，例如，部分避雷器在线监测、换流变压器在线监测、各个设备室温湿度实时监测、蓄电池在线监测、工业水池水位监测等。须完善所有避雷器的在线监测功能，添加500 kV 开关动作次数和SF6压力在线监测功能，同时宜将分散式在线监测数据传递到集控中心，以达到就地现场查看效果，实现随时对各电气设备和辅助系统的电流、电压、频率、温度和开关状态、开关动作次数及SF6压力、避雷器动作次数、水位、温湿度、保护动作信息和故障录波数据进行查看、分析和监视。

2.5 智能监盘管理系统

当前运行人员工作站发出异常告警和跳闸事件记录，运行人员结合现场检查情况、故障录波图情况并参考历史异常情况综合判断处理，编写短信汇报主管生产部门;建立完善智能监盘管理系统应当事先将典型告警事件记录和故障处理步骤按照告警等级录入数据库，采用高清摄像头对事件记录和系统运行方式进行实时扫描，将扫描的告警事件记录直接读取相应的异常处理情况，并设置声音告警提示和短信联动发送功能，省去运行人员参考历史异常情况或事故处理预案的时间以及编写发送短信的时间，提高工作效率和事故处理的正确性。

2.6 电能计量管理系统

±500 kV 常规换流站电能计量系统采用1 台数据采集器采集电能数据，无法自动抄录和进行电量计算。宜对电能计量系统进行升级，增加后台电能量计费管理系统，实现集控中心远程在线数据抄录、数据上报、电量计算和异常监视功能，满足±500 kV 常规换流站无人值班或少人值守的电量管理要求。

3 建立集中控制中心

±500 kV 常规换流站的采集装置、控制装置、保护装置、通信装置要求高度可靠，能够准确实时发送、接收和转换各种远动信号〔5〕。集中控制中心监控系统的安全防误操作必须从值班员的培训管理、报警多样性、操作权限分级和软件联锁防误等全方位来防止误操作发生。集中控制中心监控系统是一个实时性较高的系统，应有极高的处理容量和处理速度，保证系统响应时间的各项指标满足要求〔4〕。

遵循开放性原则，即采用通用的、主流的软硬件及通讯协议等，以便系统升级和系统重建〔5〕。通过添加功能模块文件来扩充功能，提供函数接口以方便其他程序共享数据。集中控制中心与换流站/变电站之间的通信通道要求高度可靠、抗干扰能力强、可扩展性强，以满足电力系统的不断发展。

集控中心应具备安全操作功能、信息处理功能、在线计算及制表功能、系统自诊断与自恢复功能、友好人机界面、主设备的运行监视功能，实现所辖换流站/变电站视频和安防的监视，运行情况监视、入侵探测、防盗报警、出入口控制、安全检查等。

4 优化暂态电磁抗干扰系统

随着电网自动化水平的提高，±500 kV 常规换流站一次设备、二次设备、辅助设备、在线监测装置和图像视频监控系统等向着高集中化的方向发展，其工作环境是在电磁干扰极其严重的强电场所中，如无抗干扰措施，采集数据传输在强电磁场干扰下将会产生负面影响。例如:换流站内高压设备操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围的静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所引起的瞬变过程等都会产生电磁干扰。

当前，±500 kV 常规换流站电磁干扰问题的核心是电磁兼容问题，包括干扰(设备和系统抵抗电磁干扰的能力)和电磁发射控制(设备和系统发射的电磁能量的控制)两方面。

解决电磁干扰的方法有:1)抑制干扰源产生的电磁干扰(加装交直流滤波器、盘柜加装屏蔽和接地);2)切断干扰的传播途径;3)提高敏感设备抗电磁干扰能力(采用数字接口的电子式互感器/传感器，光纤传输)。

5 结论

文中在分析±500 kV 常规换流站监控系统的基础上，从进一步提高换流站监控系统稳定性的角度考虑，发现站监控系统、在线监测系统和辅助监控系统的潜在不足，针对性地提出完善和优化所有监控系统的方案和措施，为推进±500 kV 常规换流站向智能化、数字化发展提供实际应用参考价值。

〔1〕赵畹君． 高压直流输电工程技术〔M〕． 北京:中国电力出版社，2010:93-114．

〔2〕惠州直流分部． ±500 kV 鹅城换流站现场运行规程〔S〕．2012:50-120．

〔3〕梁旭明，常乃超． 数字化智能换流站〔J〕． 电力系统自动化，2009，33(24):98-102．

〔4〕刘云，张晋华，王明新，等． 换流站集中控制中心研究〔J〕．电网技术，2006． 30(S2):185-189．

〔5〕窦晓波，胡敏强，吴在军，等． 数字化变电站通信网络的组建与冗余方案〔J〕． 电力自动化设备，2008，28(1):38-42．