500kV变电站综合自动化系统改造分析

王铭志 李俊楠 郭继

摘要：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。500kV变电站是较为重要的枢纽变电站，也是能源中心，对我国电力系统完善以及国民经济稳定发展具有重要影响。国家电网对变电站的建设提出了“坚强、智能”的要求，基于变电站关键技术和过程控制进行综合自动化系统的技术改造是十分必要的。文章就500kV变电站综合自动化系统改造进行分析。

关键词：500kV变电站；综合自动化系统；改造

1.500kV变电站的基本现状

就目前现状来看，我国的500kV变电站所使用的一次设备类型较为简单，在接線方式和典型设计上具有一定差距，且智能化投入比例较少。在二次设备的使用类型上主要包括3种，即常规保护+RTU监视模式、常规保护+计算机监控模式、数字化保护+智能监控系统模式。具体而言，常规保护+RTU监视模式的应用主要用于早期未完成计算机监控模式改造的变电站，其运行时间较长，但由于技术性较差、控制室空余屏位缺乏，大量使用长电缆、信号电缆，因此直流接地问题较多。而常规保护+计算机监控模式是现阶段变电站主要使用的类型，但是在主变、母差保护的配置上不足，不利于常规模式的改造。数字化保护+智能监控系统模式是基于DL/T860技术体系设计研发的，具有3层两网（站控层、间隔层、过程层，MMS网络和GOOSE网络）的配置，具有智能化功能。与此同时，该系统采用直采直跳的方式，且控制小室面积小，能够普遍地应用于光缆传输量测、信号控制等，扩展性较强。

2.改造方法分析

2.1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。

2.1.1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。

2.1.2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。

2.1.3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）。

2.1.4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。

2.1.5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。

2.2二次设备改造方案

二次设备的可靠性是变电站综自改造中需要重点面对的问题，因二次设备改造对变电站的稳定性有较高的要求，由此，需要将质量不合格的设备进行更换，例如显示灯、继电器等性能较为可靠。

在综自改造二次回路时，需要保证断路器对回路断线进行控制，将控制回路故障信号保留。做好重合闸电源的安装，当出现合闸以及跳闸故障时，其能够实现自动断开或者投入，并保证重合闸放电回路能够实现自动断电或者放电。因此变电站的直流系统经历过多次改造，有着较为复杂多变的直流回路，混乱的直流馈线，接线以及标识时间较久，有模糊以及老化的现象出现，安全情况堪忧，因此需要对直流系统进行更换。此外，在改造的过程中，还需要装置电源进行保护，避免其因为直流短路或者接地产生故障，为保证在系统改造完成后综自后台机能够实现报警以及通信，还需要安装直流系统接口电路板。

2.3改造通信以及监控系统方案

为变电站能够完成控制、监视、保护以及测量等功能的自动化，需要借助通信以及信号处理技术实现自动化，同时在配件的选择上也需要较高标准。

3.改造内容分析

首先，需要对电器一次部分进行改造，加装主变中性点隔直装置，采样HGIS设备替换500kV第四、五串设备，采样完全串设备替换为第三串设备。此外，还需要变更的设备包括电流互感器、电容器组、刀闸、断路器、电压互感器等，并分段220kV2M母线，加装分段开关以及相应设备；其次，需要对电器二次部分进行改造，对500kV所有设备保护装置进行更换，增加保护屏以及母差保护失灵功能；第三，需要对电源以及其他位置进行改造，将直流系统替换为交流系统，将整改直流回路系统替换为整改交流回路系统，将动力箱、接口屏以及端子箱等进行更新；第四，对保护通道位置进行更换，采用光纤通道替换220kV所有保护高频通道。将通信插件以及设备进行更新或者增加安装。