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运行中500kV 变电站综合自动化系统改造

作者：厉伟群日期：2015-02-28 09:43 来源：《电子制作》

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【文章摘要】
文章以某变电站为例，探究运行中500kV 变电站综合自动化系统改造的技术要求，并从改造原则、改造内容、改造措施等方面展开详细论述，以期能为我国电力工程建设提供些许参考。
【关键词】
500kV ；变电站；综合自动化；系统改造
变电站综合自动化系统主要是指利用计算机技术、自动化技术、信号处理技术、通信技术、现代电力电子技术等，对变电站进行综合管理的自动化系统。变电站综合自动化系统主要是以计算机技术为核心，再辅助于其他技术，将变电站原有的仪表、保护装置、中央信号、远动装置等二次系统及功能重新优化、组合、互联，实现集变电站保护、测量、监视及远方控制于一体的自动化管理系统。变电站综合自动化系统在运行过程中也会渐渐老化，加强变电站为适应需求不断进行扩容，由此便会导致系统设备运行逐渐变得缓慢，容易出现各种故障。基于上述现象，为保证变电站运行质量，定期对变电站综合自动化系统进行优化改造，便也显得尤为重要。
1 500kV 变电站综合自动化系统概况
某变电站第一期工程于1999 年建成投产，至今已运行15 年之久，在运行过程中，根据供电要求又先后进行了几次大的扩建，直至如今，该变电站已经建设成为国家大规模枢纽变电站之一，具有十分重要的电网位置。目前，该500kV 变电站运行的自动化系统为国电南瑞BJ-3 系统，全站分为主控室、主变小室、500kV 1 号及2 号小室、220kV 小室、35kV 小室。该变电站在15 年的运行过程中，虽然经过多次优化调整，但其中仍有一部分设备运行多年，存在诸多安全隐患，例如：用电系统操作闭锁功能缺失、电容器漏油严重、刀闸老化失灵等，均属于常见的安全隐患。受以上诸多安全隐患影响，导致该500kV 变电站自动化系统的整体自动化程度较低，一旦发生故障问题，无法立刻解决，严重影响了整个电网的稳定、安全运行。因此，急需对该运行中500kV 变电站综合自动化系统进行改造，以达到系统经济、可靠、安全运行的目的。
2 500kV 变电站综合自动化系统的改造原则
500kV 变电站综合自动化系统的改造原则基本相同，主要有如下几点：
⑴综合防误。500kV 变电站综合自动化系统遵循综合防误的改造原则，主要是为了避免因误操作引发的事故。通过综合防误改造，大幅提高了变电站自动化系统的综合防误性能，促进运行的安全性与可靠性。
⑵分层分布。采用分层分布式结构，可有效提高变电站综合自动化系统的可靠性，因此，在优化改造中可将分层分布作为首选。分层分布主要是由网络层、间隔层、站控层组成的三层构体系。
⑶交流采样。500kV 变电站综合自动化系统在运行过程中，数据的采集十分重要，为保证所采集的电压、电流、电能、功率等电气量数据准确、可靠，减轻测量回路的负载，在改造时应该优先选择交流采样技术。
⑷管理智能。改造后的500kV 变电站综合自动化系统应该具有相应的管理操作界面，保证日常运行中相应的操作可由操作界面来完成。在改造时，还应该充分应用智能化、信息化、自动化运行管理软件，以实现变电站运行管理的智能化、自动化管理。
⑸保护独立。基于变电站综合自动化系统的安全性考虑，系统改造时设备继电保护应该独立设置，相应的跳闸线圈可由保护动作出口直接操作，通过相对独立的继电保护设置，可以脱离通信网的限制，进而促进变电站综合自动化系统的安全性、可靠性。但需注意的是，为能实现信息共享，还应该遵循“集中保护管理”的原则，所有的保护信号应该与监控系统接口与保护管理机连接。
3 500kV 变电站综合自动化系统改造前准备工作
于改造前期对变电站运行工况进行详细、全面的勘测，改造前先要更换电能采集器的推出运行及切换调度的远动通道，同时准备相应的材料及工具设备。改造所用设施设备在运送到现场之后，需对其质量、性能、技术指标等进行检查试验，保证配置齐全、性能良好。此外，进行500kV 变电站综合自动化系统改造前，还需要就现场的安全、质量及施工技术与施工人员进行交底。
4 500kV 变电站综合自动化系统的改造方案
4.1 改造范围
本次500kV 变电站综合自动化系统改造涉及全站所有电压等级的设备，改造地点涉及全站开关场所以及主控室、主变小室、500kV 1 号及2 号小室、220kV 小室、35kV 小室等处，改造范围比较大。
4.2 改造工程特点
本次运行中500kV 变电站综合自动化系统改造工程，具有如下几个特点：
⑴工程量大。通过对改造范围的分析可见，该变电站改造工程的工程总量较大，保护装置更换较多，改造任务量繁重。
⑵改造设备复杂。本次500kV 变电站综合自动化系统改造设备涉及较多且复杂，且需要改造的网调、中调管控设备均属于重点设备，改造时需提高重视，加强管控。
⑶时间紧迫。该变电站作为大规模变电站，作为主要的供配电设备，无法长期停电作业，且工程施工作业涉及设备多以3/2 接线为主，伴随的过渡措施较多，若停电改造有可能出现误遥控的风险，由此可见该改造工程停电时间短，施工难度大。
⑷多专业交叉作业。该工程涉及仪表、热工、保护、自动化等多专业、多班组作业，由于施工时间紧，需要交叉作业，在实际施工中需注意各专业、各班组之间的协调性，以保证改造施工能顺利、安全完成。
4.3 主要改造内容
本次改造充分考虑到改造范围广、工程量大、时间紧迫、多专业交叉协调作业等特点，结合500kV 变电站安全稳定性要求，以及当前自动化装置技术与未来技术发展的兼容性要求，展开改造。如下就对主要的几点改造内容进行论述：
⑴对于站内自动化通信网络组网方式的改造。于站内各保护小室加装间隔层交换机，以双100M 以太网为框架，建立起星型站内监控网络，将间隔层装置的通信方式由原来的现场总线更改为以太网，减少中间通信环节，以此促进信息传输速率及通信可靠性。
⑵对于监控系统站控层各操作设备的改造。本次改造一次性更换了监控系统站层的服务器、工作站、远动机等自动化设备，将保护装置更换为可以进行以太网通信的高科技保护装置，测控装置更换为新型NSD500 测控装置，远动机更换为嵌入式远动通信装置。同时，为保证改造后维护的方便性，将网调、中调以及地调远动装置进行分离，以规避远动装置参数互相干扰，促进系统的安全性。
⑶对于站内间隔层五防逻辑闭锁实现方式的改造。该500kV 变电站综合自动化系统间隔层五防逻辑闭锁实现方式，改造之前是通过与测控装置独立的PLC 装置来实现的，改造后由NSD500 测控装置来实现，通过本次改造，避免了重复采集节点遥信位置的现象，简化了二次接线，减少了五防逻辑闭锁功能的装置数量及中间环节，进一步促进了变电站自动化系统的结构简洁性与实用性。
⑷对于站内实时数据处理方式的改造。在自动化通信网络组网方式的改造下，站内实时数据处理方式也进行了相应的改造。本次改造中，将原来每个保护小室前置机采用的分布式实时数据处理方式，改造为由保护管理机与站控层服务器实现的集中式数据处理方式。通过改造，不仅撤下了原来使用的前置机，减少设备数量，还保证了数据处理的效率，降低的系统故障发生率。
4.4 改造过程中现场安全保障措施的落实
为保证该变电站工程改造施工的安全性与顺利性，于改造过程中对现场建立了安全保障方案，方案中具体的安全保障措施如下：
⑴制定严格、有效的过渡方案。改造工程开展前应该预先做好充足的准备工作，制定严格、有效的过度方案。在过渡方案中，应明确规定过渡阶段500kV 变电站自动化系统的稳定、安全性运行模式，并明确新、老系统的联接界面，防止改造后出现新老系统彼此不兼容的问题。每项新增程序必须要提前测试，要求功能可以实现后才能改造应用。
⑵制定改造全过程的安全作业方案。制定科学、合理的改造实施方案，方案中必须明确改造工作范围、施工作业步骤、注意事项以及安全保护措施。改造全过程中，需有专人进行实时监督指导，以提高工作效率，确保改造的安全性。同时还应该加强对施工人员的安全教育，使其提高意识，在作业中自觉做好各项安全防范措施，以避免人为因素造成的安全问题。
⑶做好自动化系统备份及软件版本控制。为防止系统数据丢失损坏，每个阶段的调试过程中，均应做好自动化系统的数据备份工作，在备份好之后再对数据库、软件组态配置等进行修改，以保证修复错误时可利用备份快速恢复[3]。另外，还需做好软件版本控制，以防止软件版本不一致对运行中系统造成的不良影响。
4.5 改造效果
改造后的500kV 变电站综合自动化系统的运行性能指标与改造前相比，得到了显著提升，可见本次改造的可行性与合理性，见表1 所示：
本变电站工程利用上述方案进行改造，达到了提高设备硬化性能、减少设备数理、优化系统通信网络的改造目的，而且通过安全保障措施的落实，大幅降低的改造现场的安全风险，促进了改造的顺利性，进一步为提高变电站综合自动化系统的稳定性与安全性奠定了基础。
【参考文献】
[1] 刘毅.500kV 罗洞变电站的综自改造工程实例分析[J]. 中国电力教育,2014,15(15):248-250.
[2] 李俊堂, 等. 智能变电站自动化系统及工程应用[J]. 中国水能及电气化,2012,6(6):58-62.
[3] 徐旭初, 郝菊屏. 变电站综合自动化系统升级改造及其网络优化[J]. 科技视界,2013,33(33):344- 345.
【作者简介】
厉伟群（1979.5-）, 男，浙江诸暨人，工程师，专业：电力系统及其自动化。
表1 改造前后变电站系统性能指标比较