110kV變電站自動化系統的結構與現場調試

紫金礦業建設有限公司 胡朝輝

變電站是電力系統的中心環節，隨著超高壓遠距離輸電出現，依靠原來人工操作等舊技術裝備不能適應現代電力系統計算機管理模式的需求。傳統變電站存在安全性不能滿足電力系統要求，不適應電力系統快速計算控制要求等缺點。變電站自動化系統是利用微機組成自動化系統，代替常規控制屏與遠動屏，改變常規繼電保護裝置的缺陷，加快變電站自動化系統改造非常必要。

1 110kV變電站自動化系統改造研究

1.1 變電站自動化系統

變電站自動化系統是在計算機數據通信技術等基礎上發展的微機控制系統，主要由多個保護單元等設備組成，可方便解決傳統變電站二次系統存在的問題[1]。變電站自動化系統具有分層分布式系統結構，測量顯示數字化、通信手段多元化等特征。變電站自動化優點體現在在線運行可靠性高、運行管理自動化水平高，有利于減少控制電纜方便維護調試。

變電站監控系統自動化是在微電子技術等基礎上發展的微機控制系統，具有抗干擾能力強、操作簡單等特點。隨著微機保護單元功能的完善，變電站自動化技術快速發展[2]。七十年代日本研制出首套數字式保護控制系統SDC-I，八十年代后研究變電站自動化國家公司不斷增多。我國變電站自動化控制系統最初為解決傳統變電站二次保護可靠性低等問題，初期變電站自動化增加計算機管理功能，九十年代后不同原理功能的微機保護裝置投入運行，變電站二次回路系統微機化進程加快。繼電保護技術進入微機時代，微機保護單元對供電系統回路實現微機化控制保護，可對自主本回路保護測控，為實現變電站自動化提供條件。

1.2 110kV變電站自動化系統升級的必要性

隨著國民經濟的發展，各地區電網容量不斷增大。傳統變電站存在實時計算控制性差、無法滿足管理員快速掌握信息需求、維護工作量大等問題。變電站自動化系統是計算機等技術引入變電站二次系統，對提高電力系統穩定性具有重要意義。

上世紀末供電局運用變電站自動化技術對常規變電站進行技術改造，目前綜合自動化系統存在很多不足，變電站運行時間長導致不能滿足供電局對電網穩定運行要求。110kV變電站擔負黨政軍首腦機關等重要用戶供電，配電裝置為GIS設備，電氣主接線為內橋接線方式，配電裝置接線為內橋方式，110kV進線采用架空形式，配電裝置采用XGN2固定成套開關柜，全站二次保護監控設備運行多年，進行變電站自動化技術改造非常必要，體現在有助于提高設備供電可靠性、滿足負荷發展需求。10kV開關柜柜體陳舊，主變開關柜內刀閘采用老式GN22型隔離刀閘，主母線發熱嚴重影響城區重要用戶供電。二次保護系統設備運行多年，發生故障無法快速解決。圖像監控系統設備與現有地調設備接口不同，需增加電能集中處理器。變電站自動化系統升級有利于滿足附近負荷增長需求。

2 110kV變電站自動化系統設計

我國變電站自動化自九十年代開始，城鄉低電壓變電站開始使用自動化技術，220kV以上超高壓變電站自動化改造有效控制運行成本。隨著技術的發展，一次設備在線狀態檢測等為實現變電站控制自動化提供技術基礎。變電站自動化系統按結構分為網絡層與間隔層，根據功能分為監控及遠程通信等部分。當前變電站自動化系統結構形式包括集中式與分散式模式，變電站自動化系統設計要求有可靠通信網絡，保證較高可靠性，滿足無人值班要求。

2.1 變電站自動化系統結構方案

某單位自備變電站廠內設110kV總降，電氣主接線形式為進線3回。10kV出現負荷進線就地無功補償，主變接在10kV母線兩段，安裝干式變壓器兼站用變壓器。安裝消弧線圈容量為400kVA，10kV短路電流較大，不允許低壓側合環運行。110kV變電站采用常規設備，全站一二次設備及自動化裝置老化嚴重，不能滿足優質可靠供電的需求。目前變電站使用傳統繼電保護設備，變電站內2臺110kV電壓等級三圈式強迫油循環主變，10kV電壓等級兩段母線帶有13條出線。周邊區域經濟發展增加電力需求，為改善脆弱電網結構提高供電可靠性急需改造建設110kV變電站。

圖1 數字化變電站邏輯結構

變電站按無人值守自動化設計，系統包括站內計算機監控系統、交流采樣樣測單元等。變電站自動化系統發展與集成電路技術等密切相關，自動化系統體系結構不斷發生變化，國內外變電站自動化系統結構形式包括集中式與分層分布式結構。結合110kV變電站實際情況，工藝擴產必須對供電系統改造滿足生產需要。智能監控系統采用分層分布式體系結構，分為站級管理層與間隔層，系統要求具備數據采集處理、與中心監控中心通訊、實時刷新全站主接線圖，分布式單元機箱具有自動在線診斷功能。

110kV變電站自動化系統目的是將供電系統拓展為開放式系統，提高系統網絡化信息化水平，保證供電系統可靠運行。自動化系統提供完整的智能化監控系統，完成對輸配電線路自動監控保護，實現高中低壓設備智能化監控集成，通過高速分層數據存儲與信息交換技術集成后數據資源。供電配自動化系統包括中央管理層與間隔層建設內容，系統建設內容包括軟硬件與網絡平臺，建設重點包括系統網絡通訊平臺，微機保護與數據采集等。

2.2 110kV變電站自動化系統實現

110kV變電站自動化供電系統微機工程提供智能化監控系統，完成對主要設備的自動監控保護，采用簡易中文圖形人機界面，實現微機電子控制技術與電力系統的緊密結合，使用可擴展方法庫支持用戶分類應用，開放系統相關數據接口，利用互聯網技術在更高層次實現企業信息集成。結合供電系統實現實際情況，微機保護工程建設內容包括中心與站級管理層。

變電站自動化系統實現功能包括監控、電壓綜合控制等。變電站自動化技術以通信技術為基礎，大部分根據實際情況設計，主要功能包括數據采集處理功能、圖形顯示功能、系統發生故障分析判斷功能等。變電站自動化設計應結合設計情況，要求保護與測控單元設備接口可采用串行口；系統功能配置應滿足無人值守總體要求，應全面代替常規二次設備。自動化應具備可靠性高的特點，具有良好擴展性與適應性，系統要具有良好的標準化程度。采用開放式分布分層結構，間隔層獨立完成監測斷路器控制功能。主機采用安全操作系統，將IEC60870-5-101標準用于TCP/IP網絡。

目前國內自動化設備類型較多，各企業產品功能可靠性存在很大差異，變電所自動化設備選用一家產品，用戶重要負荷停電會造成重大經濟損失，工程自動化設備類型選用國電南自產品。110kV自動化變電站技術改造根據供電局設計委托書進行，一次部分技術改造包括10kV配電裝置部分、接地消弧系統與主變電設備部分等。二次部分技術改造包括調度自動化，將老式綜合自動化微機保護系統裝置更換。技術改造工程一次部分采用單母線分段接地，主變進線柜2面、電容柜4面、母聯斷路器1面。二次部分更換主變保護2面、10kV微機型低頻低壓減載裝置1面等。

3 110kV自動化變電站系統實驗調試

變電站微機保護調試是對裝置模擬量進行檢測，對電壓互感器進行檢查、對保護裝置進行核對，在電流互感器極性正確下對變電站保護邏輯調試?？煽啃允亲冸娬咀詣踊到y的基本要求，指內部子系統在規定時間內完成規定內容的能力，自動化子系統為弱電系統，強電場所電磁干擾信號頻率高，未采取措施會造成嚴重后果，提高自動化系統可靠性關鍵是解決抗電磁干擾問題。

工廠實驗包括裝置實驗、系統功能實驗等，應根據技術要求完成工廠實驗報告。變電站計算機監控工廠驗收實驗包括實驗接線項目日期與方法等，驗收實驗在工廠實驗基礎上進行，工廠驗收試驗包括系統性能與功能實驗，應按電氣接線最終規模進行，完成測試必要的光纜連接，第一部分工廠實驗抽測項目由驗收現場確定，第二部分系統實驗包括網絡通信測試、系統自診斷測試與智能電度表接口實驗等項目；第三方系統穩定性實驗在系統試驗后進行，要求有故障設備用備件代替，設備故障停止實驗視為無效，穩定性實驗中系統未發生運行中斷重新開始?，F場驗收實驗根據安裝調試進度進行，主要為檢驗系統與開關站內一次系統及設備配合、系統性能指標是否達到等。

表1 10kV備用二線精度測試

110kV變電站建設時間早，改造前安裝SSZ-35000/110型主變壓器，隨著周邊經濟的發展不能滿足居民所需負荷。110kV采用單母線分段接線方式、10kV采用母線分段接線方式，變電站安裝消弧線圈為10kV單組消弧線圈。10kV系統電壓量采集加裝XA702PT單元，將OET700系列電流互感器弱模擬信號量轉換為數字量。線路電容保護裝置采樣精度由OET700系列電子式互感器精度決定，對電容器保護測控裝置精度檢驗調試是檢驗采樣正確性，需用模數轉換裝置進行現場調試實驗。對每條線路進行精度測試，帶上線路測控裝置附件檢測調試后精度理想。

綜上，變電站是電磁能量轉化單元、是電網重要控制點，電力系統許多保護裝置針對變電站設置。隨著電壓等級的提高，采用傳統變電站一二次設備不能滿足降低變電站造價的要求。變電站自動化是應用信息處理與通信技術等代替人工進行運行作業的自動化系統，內容包括電氣量采集、實踐變電站正常運行監視等。自動化系統不斷升級發展，工業以太網技術成熟，變電站內部通信采用無縫鏈接以太網，可方便快速傳遞大量實時信息。