变电站一键顺控改造二次电缆使用问题探讨

熊坤 赵科 秦超 杨舒萍 傅兴强

中国南方电网有限责任公司云南电网有限责任公司曲靖供电局 云南 曲靖 655000

引言

随着电网“三统一、两强化”的改革，现阶段运行人员运维的变电站数量增加，由于配网可靠性低，缺陷、故障较多，所需的倒闸操作量随之增加，运行人员的工作量急剧上升。按照现在的模式从接到操作调令到操作票的办理，五防校验，传统的唱票、复诵，到操作票的归档，监督视频的闭环，一个操作任务所需时间较长，效率低，无形中增加了较大的工作量。

在上述问题的驱动下，如何寻找一条既能保证安全，又能提高操作效率的思路促使一键顺控变电站应运而生。

1 面对的问题

一键顺控技术，将物联网和自动控制系统、智能识别技术、先进的传感技术综合利用于变电倒闸操作，代替了繁复且效率较低的人工填写操作票为主的倒闸操作模式转变为操作项目软件预制、操作内容模块式搭建、设备状态自动判别、防误联锁智能校核、操作任务一键启动、操作过程自动顺序执行的一键顺控模式，大幅减少无效劳动，大幅降低误操作风险，大幅提升效率和效益[1]。

但诸多功能的实现，意味着所需要的回路增加了，需要的遥测遥信增多了，需要控制的元器件变多了，造成电缆使用较多，让后期维护难，缺陷处理不易，也会导致寄生回路增加，回路串电，直流接地频发等。

针对一个35kV变电站有3个35kV线路间隔、3个母线TV间隔、7个10kV出现间隔就用了一千多根电缆。这个电缆使用量达到了一个110kV变电站的电缆使用量。其中包括传统的回路，增加了隔离开关遥控、遥信、闭锁回路的电缆，断路器控制电源、储能电源空气开关的遥控、遥信、励磁电源电缆，以及隔离开关、接地刀闸的电机电源、控制电源空气开关的遥控、遥信、励磁电源电缆。对于一个常规的35kV线路间隔将要增加50根的电缆，那么多的电缆使用既增加了经济成本，同时增加了施工难度，面对运行时间长的老站，其本身的早期规划就很局限，电缆沟狭窄，土建增加的同时还要保证运行间隔的正常运行，其工作量不仅大，而其使用较多电缆的使用也束缚了后期的设备检修，增加运维难度，导致缺陷频发。为此，文章在依托相关规程的基础上提出了以下三点实施方案。

2 解决方案

2.1 遥控空气开关集中组屏

本文主要介绍的是西门子5ST3056远控模块,其模块需要DC220V或是AC220V的励磁电源，远程控制由外部无源节点控制（COM公共端，ON合闸，OFF分闸），辅助触点一开一闭（21、22、23端子），报警触点一开一闭（11、12、13端子），如图1 远控模块原理图所示。

图1 远控模块原理图

按照一个普通35kV间隔所需的远控模块数量将达到10个及以上，一个10kV出线间隔所需的遥控模块将有4个（断路器的储能及控制电源空气开关、底盘车控制模块、接地刀闸控制模块电源空气开关）需要的长电缆将很多，故将全站的遥控空气开关像交流馈线、直流馈线统一组屏的方式将大大减少长电缆的使用。

在此基础上还将测控装置和遥控空开同屏配置又减少了连屏电缆的使用，使用较短的电缆通过端子排就可以连接至测控装置采集其位置、报警信号，并控制遥控空开的分合。其优点是同屏配置让回路一目了然，缺点是同屏配置了太多空开在检修或人为操作过程中会误断运行空气开关。

2.2 预制电缆在一键顺控变电站的运用

通过航空插头在10kV手车断路器中的运用，能达到快速插拔使用的目的，以及移动变电站通过预制电缆优化其电流、电压回路，控制及信号回路的启发，研究一次设备本体到转接柜采用统一标准的航空插头，并通过预制电缆连接的解决方案。从而减少顺控变电站回路较多，电缆杂乱等问题。

（1）传统的变电站两端采用端子连接，这种连接方式会带来以下问题：

（1）这种连接方式的两端均需要人工手动压接线鼻子，此方式不仅效率低下，而且不同的施工工艺会导致线鼻子没和线芯完全连接，形成需接，在运行中可能会脱落，影响设备正常运行。

（2）对于顺控变电站所需的回路较多，端子使用量较大，端子不仅纵向排列，还需横向布置，占用柜内空间，长时间运行可能造成松动，甚至使电缆脱出端子[2]。

（2）航空插头简介

航空顾名思义其初运用于航空、飞机制造领域。在很多工业范围需要将多根电缆线芯集合成一根电缆来使用，从而达到传输多路电信号的目的，同时还要求预制电缆能够在其接口处快捷的连接和断开，方便运维和检修。航空插头的类型分为如下几类：

1）按外形可分为圆形航空插头、矩形航空插；

2）按连接方式可分为螺纹连接、卡口（快速）连接、卡锁连接、推拉式连接和直插式连接等；

3）按接触体端连接形式可分为压接、焊接、绕接和螺钉（帽）固定插头；

4）按环境保护可分为耐环境航空插头和普通航空插头。

（3）航空插头的运用

对于一个普通的35kV线路间隔一次设备到就地转接柜，通过预制电缆到对侧保护装置转接柜，可分为断路器控制、储能电缆各1根、2把隔离开关、2把接地开关的控制及电源电缆4根、10个遥控空开的控制及励磁电源1根，断路器信号、刀闸/接地大信号、遥控空开信号电缆各1根、CT 1根及PT 1根。一个一键顺控线路间隔共12根预制缆。上述提到一个35kV一键顺控线路间隔需要过100根电缆，更换成预制电缆后，长电缆的使用将减少90%，节约了成本，同时还减少了后期检修的难度。

（4）航空插头的优点

1）便于施工，降低人力成本。适用于停电时间段，亟须完成快速改造后投运的变电站；

2）航空插头适应性强。能耐高温、受低温，防腐、防潮，对于恶劣、重污染环境有良好的适应能力；

3）单位密度大，一个插头可接64芯线以上；

4）连接牢固。插座和插针的设计，加上工艺的发展使其连接牢固，不易脱落，同时还可以防止误接线。

2.3 智能变电站和一键顺控变电站相结合

（1）智能变电站简介

在科技迅速发展的时代，随着电子设备的硬件发展、软件升级。变电站的整体构架、通信标准逐渐统一。在国家智能电网建设战略的推动下，智能变电站建设终将开启新篇章。智能化变电站是基于智能化、一体化的电气设备，以IEC61850规约的构建标准， 网络化传递信息，可互通同享的站内设备及其功能信息平台等构建的变电站。

（2）智能站和一键顺控站比较

观察组经过护理后的焦虑量评分(24.41±5.25)分和抑郁量评分(25.55±4.46)分明显低于对照组经过护理后的焦虑量评分(36.68±6.42)分和抑郁量评分(36.68±6.72)分(P<0.05),详见表1。

1）传统变电站结构

相对于传统变电站的模式，传统变电站的模拟量采集是通过电缆连接CT、TV实现的，开入开出又是通过电缆连接到一次设备断路器、刀闸。为了节约电缆下面将介绍合并单元和智能终端的加入，对我现状的改变。

2）合并单元的TMU和ETMU模式介绍

智能变电站中引入了合并单元和智能终端，合并单元与电子式互感器配合，将电流、电压信号转换成光信号，通过光纤直接送给保护测控装置、过程层交换机。智能变电站不断发展壮大，针对使用电磁式互感器的变电站，就出现了TMU和ETMU两种不同的模式[3]。

①ETMU模式

ETMU：电子式互感器+合并单元（Electronic Transforners&Merging Unit），这种也叫智能化一次设备；

为了将电子式互感器应用于变电站自动化系统，关键技术就是要解决一次设备电流互感器、电压互感器的接口与保护、测控装置设备之间的问题，合并单元正是数字接口的主要组成部分。合并单元将电子式互感器的电气量采集后合并处理，按照规定的帧格式传送给二次设备。

以 IEC 61850-9-2 协议的报文通过光纤直传或网络方式传送给保护、 测控等智能设备。合并单元与保护之间采用专用光纤按点对 点采样，与测控、表计、故障录波等按网络模式采样。

②TMU模式

TMU：电磁式互感器+合并单元（ Transforners &Merging Unit），这种是采用传统电磁式互感器，称为一次设备智能化。以上不同的方式会是合并单元功能的不同。

对于传统的电磁式互感器，采集二次电流、电压将模拟量转换成数字量后，以IEC61850-9-2的帧结构将电流、电压信号合并并处理传输给间隔层设备。

3 实际运用效果

基于网采网跳的模式，通过上述简图可以看到利用合并单元，将电流、电压的模拟量信号集中起来，通过光纤就完成了SV采样，这个过程仅仅需要2根光纤就代替诸多电缆的使用。智能终端的加入，又取代了传统的开入开出通过长电缆连接的方式，也是2根光纤就完成遥信采集，遥控执行[4]。总体来看，将一键顺控变电站和智能变电站的融合，将带来很大收益

使用光缆代替可以大量的节约电缆，降低成本；

减少停电时间，提高工期以及后期的运维成本；

（3）实现信息共享，便于扩展，减少后期投资；

（4）光缆代替电缆，不会出现端子松动、发热、开路、短路的危险，变电站安全运行水平再上一个台阶。

4 结束语

综上所述，通过遥控空开及测控装置的集中组屏、预制电缆的使用、智能变电站和一键顺控变电站的结合，从不同角度，极大地降低了长电缆的使用，提高了施工效率，降低了运维成本。目前依据35kV新寨变电站施工经验，将对未来的顺控站改造提供参考价值。与此同时，将智能站和程序化操作变电站结合，也是很有前景的发展方向，其技术优势和经济效益不可估量。此外，当前一键顺控变电站的建设与改造仍然存在的些许问题，亟待各方力量合力解决。