常规变电站的智能化改造工程实践

摘要：针对枣山变电站智能化改造工程中遇到的二次设备屏位布置、电缆敷设、改造步骤及停电方案、二次系统过渡等常见问题，在确保改造工程安全、经济的前提下提出了相对应的解决方案。

关键词：智能变电站；网络结构；二次系统；合并单元

作者简介：皮志勇（1975-），男，湖北荆门人，湖北省荆门供电公司变电中心，工程师；徐东升（1972-），男，湖北荆门人，湖北省荆门供电公司变电中心，工程师。（湖北　荆门　448000）

中图分类号：TM63?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）33-0140-02

智能变电站是坚强智能电网的重要基础和支撑。[1]目前，虽然有大量的新建智能变电站项目，但对众多的常规变电站进行智能化改造却是必不可少的，是实现坚强智能电网的必然途径。对常规变电站进行智能化升级改造可降低变电站运维成本、优化资源配置、提升运行指标。[2]相比新建智能变电站，常规变电站智能化改造存在诸多困难，如主控室二次设备布置、电缆敷设、改造步骤及停电方案、二次系统过渡方案等问题。这些问题不仅增加了智能化改造的难度，也加大了施工的风险。如何克服这些困难，安全、高效、经济地进行智能化改造施工是智能化改造工程成功的关键。本文结合荆门地区220kV枣山变电站（有220kV、110kV、35kV三个电压等级）智能化改造工程，就常规变电站智能化改造工程实施技术进行了探讨。

一、枣山变电站智能化改造网络结构

枣山变电站建于1994年，现控制方式为老式强电一对一铁板屏有人值班控制模式，智能化改造采用“三层两网”结构，[3]两层网络分别连接过程层设备（智能单元、合并单元[4]）与间隔层设备（保护、录波、测控、计量）、间隔层与站控层设备。图1为220kV枣山变电站智能化改造网络连接图。站控层网络采用双星型拓扑结构，冗余网络采用双网双工方式运行，站控层网络实现间隔层设备（如保护装置）与站控层设备（如监控计算机）之间的通信，间隔与间隔之间的非实时通信也在站控层网络实现，如利用GOOSE报文实现五防闭锁。过程层网络分为SMV采样值网络和GOOSE信息传输网络。SMV网主要实现交流电流、电压量的上传；GOOSE网主要实现开关量的上传及分合闸控制、防误闭锁等。间隔层设备包括保护装置、测控装置、电能计量装置、集中式处理装置以及其他智能接口设备等。保护装置通过点对点光纤接收MU发出电流、电压采样信号、故障录波、网分等通过SMV组网接收MU电流、电压采样信号。除非电量保护采用电缆直跳外，其他保护均采用光纤点对点直接跳闸。

二、屏位布置和电缆敷设问题

1.主控室二次设备布置问题

枣山变电站主控室设计70个屏位，改造前已用屏位66个。为了保证智能化改造的屏位采取下列措施：第一步，利用现有的屏位搭建站控层网络。第二步，进行直流系统异地改造，将直流系统的充电屏、馈线屏、母联屏与蓄电池组共用一室，直流系统改造后主控室空出屏位8个。第三步，进行35kV智能化改造。35kV间隔保护采用就地安装保护[5]（保护测控一体化设备，按间隔单套配置）。35kV智能化改造完毕后，拆除原保护屏，主控室空出屏位6个。第四步，过渡装置移位运行（过渡装置指智能化改造期间需要、改造完毕后可拆除的装置，如故障录波、低周装置等）。过渡装置移出主控室运行后主控室空出屏位6个。以上步骤实施后，主控室空出了20个屏位，有效地保证了后续改造工作的进行。这种方案对应性强，相比新建保护小室，大大减少了工程投资。

2.电缆、光缆敷设问题

枣山变电站自投产起经历了多次改造、扩建，造成电缆在各主控楼电缆入口处及电缆沟的交叉或转弯处敷设混乱、拥堵严重。[6]同时，由于变电站投运时间较长、电缆沟改造风险大等原因，造成电缆支架锈蚀严重、电缆盖板破损严重、电缆防火墙不符合要求等问题。智能化改造后，设备网络化和就地化、电缆数量大为减少等特点，分五步解决了电缆、光缆敷设问题。第一步，将运行的控制、动力电缆移出电缆支架，平放在电缆沟底，并用沙袋平铺在运行电缆上方，保证运行电缆在改造期间不受外力的影响，如图2所示。第二步，更换电缆支架，拆除原电缆支架更换为镀锌钢制平头支架，并在电缆支架上安装了等电位接地铜排，增加了智能化二次设备抗干扰能力。第三步，开挖新沟。为了避免新敷设的电缆光缆与老电缆交叉，在主控楼电缆入口处新开一条约40多米的电缆沟与220kV电缆主沟连接，大大减轻了原有电缆沟新敷电缆的压力。第四步，电缆、光缆敷设。电缆、光缆采用共沟分层敷设，为了有效保护光缆，规范了光缆走线工艺，在电缆支架第一层安装了光缆槽盒，大大降低了光缆内的纤芯受外力损坏的几率，且达到了光缆走线整齐、美观的效果。第五步，粉刷沟壁，增加沟檐压顶，新建电缆沟防火墙，更换单边子扣电缆盖板，使整个电缆沟焕然一新。这种方案有效地缩短了施工工期，节省了工程成本，并达到了新建变电站二次施工标准。

三、改造步骤及停电方案

智能化改造过程周期较长，采用合理的施工步骤和停电方案可以减少对重要用户的停电时间、保证供电的可靠性、转移负荷保证变压器不过载运行。220kV枣山变智能化改造共分六个阶段。第一阶段为土建施工及准备阶段；第二阶段为直流系统改造阶段；第三阶段为35kV智能化改造阶段；第四阶段为220kV智能化改造阶段；第五阶段为110kV智能化改造阶段；第六阶段为组织验收，协助运行人员编写运行规程。在六个阶段中，仅在第四和第五阶段有申请停电的需求，其余部分均可在不停电或线路带路运行下工作。

35kV智能化改造阶段，改造间隔采用旁路带路线路运行、逐个间隔停电的方法进行改造。改造的设备不影响正常运行设备的安全。220kV智能化改造阶段，在停电过程中把握两个原则：一是不出现“一线两变”的运行方式，二是不出现无母差保护运行方式。按照以上原则，拟订了三套停电方案，经省公司生技部门、安监部门等综合考虑，选用了操作简单、负荷转移容易、安全风险小的方案作为220kV智能化改造的停电方案。为减少220kV线路停电时间，停电工作安排在系统设备集成、组态配置完成、系统平台建立、工程调试完毕之后，停电后仅完成智能组件柜与一次设备机构控制箱内的连线、继电保护及自动装置的传动试验。110kV智能化改造阶段，因涉及到一次设备更换（110kV设备更换为HGIS，母设间隔母线隔离开关更换），采用旁路带单线单变、转移环网变的停电方案，有效地保证了改造阶段的供电可靠性。

在整个改造过程中，改造后的设备在新系统中运行，未改造的设备在原系统中运行。为了保证远动数据的实时性、正确性，改造期间在远动主站增加一个通道，改造后的间隔数据通过新通道报送调度，未改造的间隔数据通过旧通道报送调度，这种方式既不影响已运行设备的远动操作又可保证安全性。

四、二次系统过渡方案

常规变电站智能化改造因一次接线、设计方案、改造步骤不同而不同。如不采用全停改造的方式，无论怎样优化方案，总会面临新老设备过渡问题。过渡设备一般有下列几类：一是为常规变保护及自动装置提供电压的互感器设备；二是实现母线元件保护的母差保护装置；三是被主变、备自投等装置联跳的母联（分段）开关。二次系统能否安全过渡对于整个智能化改造风险管控有着重要的意义。220kV枣山变智能化改造分别按下列方案实现二次系统过渡。

1.电压互感器二次回路过渡

220kV枣山变电站智能化改造没有更换现有常规互感器。在改造期间既要为原保护及自动装置提供二次电压，又要为智能化母线MU提供二次电压。为了实现电压互感器二次回路过渡，采用的方法是：先将原二次回路并列运行，再申请停I段TV，在TV停电过程中拆除原TV到端子箱的二次线并改接到#1母线智能组件柜中，然后再从#1母线智能组件柜敷设电缆连接原端子箱。I段TV送电后，再按同样方法改造II段TV，从而实现了对母线MU、原设备提供二次电压。在该电压等级智能化改造完毕后，断开原TV端子箱二次电压空开，拆除母线智能组件柜与原端子箱二次电缆即可。枣山变电站智能化改造期间，220kV二次电压连接线图如图3所示。

2.母差保护过渡方案

枣山变电站220kV原母差配置为单母差、单失灵，智能化改造后配置为双母差、双失灵（母差和失灵共用一套装置）。110kV原母差配置为单母差，智能化改造后配置为单母差。220kV一次接线方式为双母带旁路（母联兼旁路），110kV一次接线方式为双母带旁路（母联与旁路分开），35kV一次接线为单母分段（无母差保护）。以220kV智能化改造为例进行说明。220kV智能化改造阶段共分三步：第一步，完成所有间隔智能化设备调试；第二步，申请江枣线、枣林线、荆枣II回、#1主变等间隔停电，进行智能化改造；第三步，申请荆枣II回、#2主变、母兼旁等间隔停电，进行智能化改造。在第二步时，未停电的间隔倒到II母上运行，老母差保护仍可正常运行并实现对II母的保护。停电间隔改造完毕后在I母上送电、运行，用新母差实现对I母的保护，I母与II母不合环运行（如图4所示，220kV母差过渡期间一次接线图）。第三步改造开始就可退出原母差和失灵保护，所有间隔改造完毕送电后仅投入新母差。通过此方案可实现母差保护有效的过渡，运行方式简单，安全风险较小。

3.联跳母联（分段）开关过渡方案

枣山变电站智能化改造按电压等级分阶段进行。220kV智能化改造阶段，因主变间隔与220kV母联间隔同时进行，不用考虑过渡方案，而35kV、110kV改造阶段与220kV改造阶段不同步，需要考虑过滤方案。以联跳35kV母联开关为例，35kV母联开关智能化改造完毕后，220kV智能化改造工作还未开始，因此#1、#2主变无法联跳35kV母联开关。改造期间，共拟订了两套方案。方案一是分别从#1、#2主变保护装置敷设电缆，实现联跳35kV母联开关；方案二，用一台主变和35kV母联带35kV母线负荷，用充电保护的过流保护（过流值可与主变低后备取相同值，时间上缩短Δt）实现串接母线保护并作为串接母线馈线的后备保护。考虑到方案二实施较为容易，且便于220kV阶段智能化改造，所以选用方案二作为过渡方案。在#1、#2主变智能化改造完毕后，联接主变跳35kV母联网跳光纤，实现主变联跳母联开关。

五、结束语

智能变电站是智能电网的重要组成部分，随着智能变电站建设和推广应用的逐步深入，迫切需要对智能变电站的工程应用进行阶段性总结。[7]针对220kV枣山变电站智能化改造过程中遇到的相关问题，提出了解决方案，为将来更多的变电站智能化改造工程建设提供了一定的实践依据和工程经验。

参考文献：

[1][2][3]变电站智能化改造技术规范（Q/GDW Z414）[S].国家电网公司指导性技术文件，2010.

[4]智能变电站设计规范（Q/GDW393 110（66）kV—220kV）[S].国家电网公司企业标准，2009.

[5]智能变电站继电保护技术规范（Q/GDW441）[S].国家电网公司企业标准，2010.

[6]刘琳，王向东，沈斌.常规变电站智能化改造的技术探讨[J].华东电力，2011，39（8）：1288-1290.

[7]冯军.智能变电站原理及测试技术[M].北京：中国电力出版社，2011.