某110KV常规变电站实施无人值班改造的几点体会

[摘要]本文介绍了在实现某污水处理厂110KV专用变电站无人值班时所采取的一些经济有效的二次回路改造方法。

[关键词]变电站自动化；远动监控；控制回路；信号回路

引言

某污水处理厂110KV专用变电站自八十年运至今，一直采用有人值班的常规控制方式，未进行无人值班改造工作。为了推进电网技术进步，满足电力调度自动化的要求，该厂考虑对此专用变电站进行“四遥”改造的同时，还要求不影响原来有人值班变电站的所有功能。因此，对变电站进行的改造应结合实际情况，既要高标准，又要考虑到经济效益，不能盲目地追求高档次的设备配置而造成不必要的浪费。为此，对该变电站进行了一系列被证明是经济有效的技术改造。

1.计算机监控系统

首先，为适应目前厂站系统电力调度运行监控的要求，该站计划采用全微机的计算机监控系统，该系统必须满足以下的基本功能：

（1）对常规电气量，非电气量的采集（模拟量、开关量、电度量）与处理；

（2）微机保护信号采集，包括保护动作信息、时间顺序记录信息、保护装置工作状态及保护定值传输与修改；

（3）接受远方调度计算机系统遥控遥调命令，实施控制操作；

（4）向调度端远传信息；

（5）接收调度系统实时命令（具备接收GPS时钟功能）；

（6）具有对变电站出线开关远方控制能力；

（7）具有程序自恢复（软件应设WDT）功能；

（8）装置应能自调（含遥测、遥信），同时应能单端运行；

（9）具有下行通道监视与切换功能；

（10）装置自诊断；

（11）装置电压具有交、直流自动切换功能；

（12）装置应具有就地操作与显示功能；

（13）具有与便携式计算机进行调试的接口。

2.二次回路的改造

2.1测量回路的改造

专用变电站原有遥测最初采用直流采样，因此除计算机监控系统外，还必须通过直流变送器实现电气量的交直流转换，但实践证明，交直流的转换影响了测量的精度。而根据现有电力规程规范的要求，模拟量的输入，除温度、直流电压、直流电流等采用直流采样外，其余均为交流采样。因此在此次无人值班改造工作中确定采用交流采样的原则，基本取消变送器而采用交流直采方式，直接接入计算机监控系统以满足测量所需。

而在计量方面，最初考虑将所有电能表改造为脉冲电能表以用于遥脉计量的方法也因为脉冲的经常遗失，不可避免会对遥脉的精度造成影响，因此这一方式也被摒弃。最终，我们将变电站内所有常规电能表更换为全电子式多功能电能表以满足计量要求。

以上措施分别满足了测量与计量的不同要求，因为在电网系统内电子式电能表仅作为已经国家计量管理部门正式确认的电能计量器具而使用，而不能作为测量之用。然而当前出现了这样一种新思路，并已在部分其他电力系统中得到应用，即除去电子式电能表本身的电能计量功能外，还可以利用其所具备的测量电流、电压、有功功率、无功功率等瞬时量，并以数据通信方式提供给上位机的功能，将其所测得的瞬时量提取并分离出来，作为远动系统的遥测值，即将变电站的远动遥测量与电能量共同取自电子式电能表。这一方面使变电站自动化系统结构大为简化，仅由3种专业网络组成，即保护网络、测量（电能量和瞬时量）网络、遥信及遥控网络。另一方面，取消常规专用的电量变送器后，可带来直接的经济效益，如按每个电气元件有功、无功、电流3种遥测量配置变送器，0.5级的共需4500元，加上电能量总计每个元件8500元。而以原专用站使用的湖南威胜集团生产的DSSD-331型电子电能表为例，0.5级的每只仅需4000元，故每个电气元件可节约4500元，按常规110KV变电站30个电气元件计（10KV等级常规不考虑有功、无功遥测量），可节约10万元左右。同时由于取消了专用变送器屏及相应的二次电缆和安装工程量，这部分又可节约3万元左右。这样一个110KV等级的变电站总计可节约l2万元-13万元，经济效益十分显著。由于测量信息源只用一个电流互感器二次测量回路，消除了由信息不一致引起的误差，同时也降低了电流互感器的二次负载，有利于进一步降低计量误差，并且电能计量与远动遥测同属电测专业，且电能计量的法定等级较遥测高，对于保证计量精度更为有利。从其他电力系统的运行实践中了解到，瞬时量的精度和稳定性是可以满足规程对遥测量数据的要求的，说明这一方法是完全可行的。因此通过技术经济分析比较后，在本专用站可以实施以电子式电能表中瞬时量作为变电站遥测值的方式，如可行便可在全系统内加以推广。

2.2控制回路的改造

由于专用站的重要性及唯一性，因此采用计算机监控系统后，暂时保留原有常规控制屏，但必须对其进行改造，以满足无人值班的要求，改造后的控制回路见图1。由遥控装置引入的YH接点用做远方控制合闸，YF接点用做远方控制分闸。YT接点控制重合闸放电回路，当远方控制分闸时，该接点吸合，将电容放电，以免重合闸误动作，并在控制正负电源间加装中间继电器JJ，监视控制回路的完好性，失电时JJ常闭接点闭合，发“控制回路断线”信号。

控制回路的改造中也出现过某些问题，如图2所示，当变电站无人值守时，控制开关KK置于“合后”位置，在重合闸起动回路中KK21-23触点接通，当断路器跳闸后又重合于故障上时，保护加速动作使断路器再次跳闸，断路器常闭触点DL闭合，重合闸起动回路接通，如供电局操作队人员不能及时到达变电站将控制开关KK复位，将导致重合闸继电器ZCH中的时间继电器SJ因长期通电而烧毁。为解决这一问题，采用了将现有的电磁重合闸继电器更换为集成电路重合闸继电器，如上海华通自动化设备厂生产的JCH8系列重合闸继电器和阿城继电器厂生产的DS-21／C～DS-24／C重合闸继电器。实践证明，这种方法能较好地解决这个问题。但这只是由于上述新换继电器的时间继电器能够满足长期通电的要求，却并未从根本上解决使重合闸时间继电器断电复位的问题。而据调研了解，上海思浦电气有限责任公司开发生产了一种内部装有磁保持双位置继电器HHJ的YJCH-1系列带遥控重合闸继电器，当远动装置在遥控合闸或遥控分闸时，启动HHJ并分别保持在“合后”或“分后”位置，就可以利用HHJ的接点取代KK开关的触点，以此解决了常规变电站实现无人值班后KK开关无人复位的问题，也就从根本上解决了使重合闸时间继电器断电复位的问题。此方法即将在后续工程中投入应用，相信通过实践我们将得到正确的结论。

2.3信号回路

信号回路的改造是一个不断完善、不断改进的过程。最初考虑是在信号继电器或继电保护中间继电器之后串接另一中间继电器，利用其重动接点，除保留起动原光字牌回路外，同时将保护信号接入遥信，见图3。这一方法是有效可行的，但是为每个保护信号加装一只中间继电器，全站统计下来其数量相当庞大，同时要在几乎所有的继电屏上加装大量中间继电器，屏后接线也有较多的改动，对于施工及将来的运行维护都有所影响，因此，其投资较大，施工复杂，维护不易的特点决定了其被更经济、更简便、更有效的方法所取代。

后来，我们采用了用静态信号继电器来取代原来的电磁型继电器的方法，这种继电器具有电动复归及手动复归功能，带有多种组合触点可以满足信号指示及远传要求，而且可随意接入LED光字牌或白炽灯光字牌，因此可以很好地实现无人值班的要求。静态信号继电器的电流起动规格覆盖面大，仅用一种规格可以取代原来从0.01A～2A的几十种规格，极大的有利于设计选型及订货采购，而且这种继电器具有多种外壳形式及端子接线，可完全替代DX-30系列，DX-8～DX-8G系列，DXM-2A系列，DX-11～11A系列。更换这种静态信号继电器时，只需将原电磁信号继电器取出，再将静态信号继电器装于屏上原信号继电器开孔处即可，由于无须改动原有端子接线，继电器的插拨非常简单，对于施工人员现场安装十分方便。

据了解，国内已研制出带接点的光字牌及信号灯，它们在原普通光字牌与信号灯基础上增加了一到两付转换接点，并且光字牌还可以增加复归自保持，适用于常规变电站改为无人值守变电站遥信指示接点不够及新设计时需增加接点数量的场合，在其他变电站无人值班改造工程中曾经得以应用，但尚未推广使用，且投入运行时间不长，尚需时间检验其准确性、可靠性。不过，这毕竟为我们实现变电站无人值班改造多提供了一种新方法，一种新思路，值得我们去深入研究，以证明这种方法是否合理并予以完善。

2.4远方信号复归

所有电磁型信号继电器更换为电复归的静态信号继电器后，其信号复归回路如图4所示，信号复归继电器XFJ装于中央信号控制屏上，通过当地信号复归按钮XFA及远方遥控复归接点YK起动XFJ，XFJ的常闭接点断开，使信号复归母线+XFM失电，而所有装有需要信号复归的继电器的继电屏上，都排列了+xFM小母线，当+XFM失电时，接于+XFM小母线上的所有信号继电器失电复归，从而达到了信号继电器当地复归与远方复归的目的。

以上所说的是信号继电器的失电复归方式，同样，其带电复归方式只需将信号复归继电器XFJ的常闭接点改为常开接点即可。

但是在专用站中除了电磁型继电保护外，多年来已陆续投入了不同厂家、不同类型的微机保护，如许继的PXH-112X型，南自厂的WXB-11型，南瑞集团的LFP-941型等多种微机线路保护屏，这些保护屏的保护信号复归方式与信号继电器的复归方式自然不同，我们采取的方法是在微机保护屏上的信号复归按钮上并联信号复归继电器XFJ的常闭或常开接点，通过使XFJ失电或带电来达到远方复归的目的，如图5所示，其基本原理与电磁型继电保护的信号复归方式类似，不再赘述。

2.5刀闸的遥控及信号

所有110KV刀闸均改为电动操作机构，使之实行可遥控操作。110KV刀闸及地刀的位置信号均接入遥信。刀闸的遥控操作应考虑电气闭锁或与站内已有的微机五防装置配合，严禁出现带负荷拉合刀闸，带电合接地刀闸或接地器，带地线合闸及误入有电间隔等情况。电气闭锁接线的设计与变电站的主接线、刀闸和地刀的配置有关，尤其还要考虑到各种运行状态下电气主设备的操作顺序，因此设计电气闭锁接线时应同时参考变电站运行规程等相关资料。

2.6其它

在实现变电站无人值班时，还要尽可能从细节出发，本着“经济、实用”的原则，对整个工程通盘考虑，周密计划，力求达到最佳效果，例如为了节约电缆，当10KV配电装置的控制、保护就地布置时，我们考虑在10KV开关室加装遥信乃至遥控、遥测转换端子箱，将各个开关柜的遥信、遥控、遥测量分别引至转接端子箱，然后用多芯电缆将多个回路的四遥量一并引上主控室的计算机监控系统装置。通过分析、计算、这种方法与将每个10KV回路的四遥量分别放电缆引入计算机监控系统装置的方法相比，节约电缆30～40％，经济效益十分显著。同样，当110KV开关场回路数较多，占地面积较广时，为节约电缆，也可在开关场加装转接端子箱，但由于长电缆过多，必须经过仔细核算，为转接端子箱准确定位，才能保证达到最大程度节约电缆的目的，取得良好的效果。

另外，在保护信号是否细分的问题上，我们也没有求多求全。我们在保证主保护信号完整准确上传监控系统的同时，将后备保护信号合并发出，处理事故时再通过现场故障录波屏装置分析具体的保护动作情况。如主变压器的瓦斯、差动等主保护信号必须单独发出上传，而高中低压三侧后备保护动作就可以归并为一个“主变后备保护动作”信号即可；110KV线路的零序I、II段保护动作也不必分别遥信，归并为一个“零序保护动作”信号即可，等等。这样既可以节省信息采集点的数量，从而简化计算机监控系统的设备配置，达到经济目的，另一方面，也避免了由于上传信号过多，而造成的信道拥挤、信息丢失甚至主站因不堪重负而崩溃的现象，同时使运行值班人员不至于因信息过多过频而影响正常的分析、判断、调度能力。

常规变电站在实施无人值班改造时，还必须结合变电站一次设备的具体情况予以考虑，如一般来说，变电站的计算机监控系统装置是集中配置、按设备单元分类，安装于主控制室的。但我们可以结合一次设备现状，如10KV开关柜需要改造更换的情况，选用分散分布式综合自动化装置，以回路为单位，安装于开关柜上，通过串行通信口方式（RS232、RS422、RS485总线等）或现场总线技术（如LonWorks网或CAN网）与变电站站端系统联接起来，既节约了大量电缆，又避免了那种集中组屏方式下由于屏上某个插件损坏而影响到不止一个回路的采样功能的情况，缩小了故障影响的范围，更加有利于远动监控装置的正常可靠运行。结合专用变电站的10KV开关柜改造工程，我们就采用了上述方法，在更换和新增的开关柜上分别加装了一套具备所有采样、控制功能和通信功能的独立的BJ-F3型分散分布式监控单元，起到了良好效果。

3.结束语

总之，变电站的无人值班改造不仅仅与远动监控及调度自动化有关，它与继保、直流、站用等二次设备乃至站内的一次设备状况都有密切的联系，我们必须以全局的眼光，结合实际情况，达到以最小的投入获得最大收益的目的，使改造后的变电站不仅可以实现“四遥”等功能，而且对原来有人站的所有功能无任何影响。同时，在远动自动化技术飞速发展的今天，当监控已从计算机监控系统“四遥”到综合自动化，从集中组屏到分散分布式测控单元，从保护监控装置分开到保护监控装置合一，从通信的串行通信口形式（速度慢、距离短）到现场总线形式（速度快、距离长），我们必须尽快地学习新知识、吸收新知识、掌握新知识到应用新知识、改进新知识，才能使电力调度自动化达到一个更新的高度。