惠州110kV南郊变电站自动化改造的设计

谢应祥叶于平

　　（惠州电力工业局，广东惠州516001）

摘　要：介绍了广东省惠州市110kV南郊变电站改造为综合自动化系统、实现无人值班的设计方法，自动化系统的性能及改造后的效果，为旧站自动化改造设计提供借鉴，具有一定的推广价值。
关键词：变电站自动化改造设计

惠州110kV南郊变电站已运行了17年，其一次设备老化、损坏及腐蚀严重，对变电站的安全、优质、高效运行构成很大威胁，也使系统的安全、经济运行存在隐患。按自动化规划，该站要改造成能实现自动化的无人值班变电站，原计划按常规远动RTU方式改造，但主控室屏位不够。为了从根本上解决问题，经现场调查，结合10kV配电装置改造，确定按综合自动化系统改造与设计。
1　变电站改造前的状况
1．1　主接线及主要一次设备
　a）110kV侧为单母线带旁路接线（不满足“n－1”供电要求），共有线路5条；
b）主变压器3台；
　c）10kV侧为单母线三分段接线，共有馈线29条；
d）10kV电容器组6×3Mvar；
　e）10kV站用变压器2×100kVA。
1．2　控制、保护及自动装置
1．2．1　公用部分
　主控回路及中央信号集中于主控室，站内主变压器、110kV线路、10kV线路和电容器组的控制、测量及中央信号功能采用集中控制方式，有110kV线路备用电源自动投入装置，10kV小电流接地装置、10kV低频减载装置等。
1．2．2　主变压器保护配置
　差动保护由电磁式BCH－4或LCD－4型差动继电器及其相关回路构成；重瓦斯动作于两侧开关，轻瓦斯发信号；零序电压闭锁零序电流保护；10kV复合电压闭锁过流保护及过负荷保护等。
1．2．3　线路保护配置
　110kV线路有WXB－11B型相间、接地、距离和零序Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段保护；10kV线路均为电磁式相间电流保护，有过流、速断和三相一次重合闸。
1．3　其它
　a）计量部分分别设有110kV线路电能表屏、部分电能表已更换为单输出脉冲式，大部分仍为电磁式电能表；
　b）远动部分运行原广东省电力中心调度所生产的GDR－8701远动装置1套，对全站主要电气开关点实现了遥测、遥信；
　c）站用电屏及直流屏各1套。
2　改造的设计原则及电气设计
2．1　改造的设计原则
　　配置应具有适应自动化要求、可靠性高的一次设备，建立新型的中央控制系统，实现全站自动化；充分利用原有设备以降低改造成本，尽可能增强“四遥”等各项功能。
2．2　电气一次设计
a）10kV开关改造为ZN28－10真空开关；
b）增设3台接地变压器兼站用变压器；
　c）主变压器中性点隔离开关增设电动操作机构。
2．3　电气二次设计
　全面分析变电站的实际情况，结合目前国内自动化技术的发展水平，基于上述基本原则，作出以下设计：
　a）对已运行的5套WXB－11微机保护装置进行改造，保护装置动作信号通过无源接点方式接入CSI200，再通过CSI200与系统连接，使之具备通信功能。增加CSI200断控单元以实现遥控、遥信，增加CSD22以实现遥测。
　b）主变压器保护更换为微机保护，实现双差动双后备、非电量保护，完全接入综合自动化系统。
　c）改造主变压器的有载调压机构，使之具有电压、无功自动投切功能。
　d）取消全站的常规控制屏，在各开关对应的控制回路中（开关柜或保护屏）设就地操作功能及红绿灯。设置“当地”、“远方”切换开关。
　e）取消中央信号装置及光字牌、预告、事故信号。
f）取消当地测量仪表。
　g）保留110kV保护屏上操作电源小母线，取消其它小母线。
　h）组建站内自动化系统以及相应的分布式通信网络。
　i）10kV线路开关选用微机保护，安装于高压开关柜上。
　j）改造主变压器的温度测量回路，以适应测温的需求。
　k）更换站内旧式电能表为智能式电能表，并重新组合成2屏。10kV电能表装于开关柜上，构成自动抄表系统，并与综合自动化系统接口。
　l）采集站内110kV隔离开关、断路器双位置信号。
　m）所有断路器、主变压器分接头、中性点地刀均可在就地和远方状态下进行控制。
　n）10kV分段开关装设备用电源自动投入。保留原110kV线路备用电源自动投入。
　o）更换原站用电系统，使之具有备用电源自动投入及遥控功能；改造直流设备屏，使之具有双充电，并与综合自动化系统接口，保留免维护蓄电池。
2．4　电气自动化设备
　综合自动化系统采用CSC2000，全分布式布置，具有配置灵活、扩充性好、功能组合强、造价低的优点。具体设备有：主变压器保护屏3面（主变压器保护CST221B、断控单元CSI301A、操作箱SCX－11B、本体保护CSR－22A），110kV线路断控屏1面（断控单元CSI200），公用屏1面（TV切换PTQX－11D，备用电源自动投入CSB21A，CSD12A，远动主站CSM300C），主变压器电量采集屏1面（集中测量CSD22A、电能表），110kV线路电量采集屏1面（CSD22A、电能表、操表终端），10kV线路保护装置CSL206B共31块，10kV电容器组保护CSP205A共6块，10kV接地变压器保护装置CST302A共3块，监控主站CSM100C（含VQC）和工程师站等。
3　CSC2000变电站综合自动化系统的技术性能　　
　CSC2000是分层分布式系统，纵向分为变电站层、网络层和间隔层。
3．1　变电站层
　采用分布式结构，就地监控与远动接口相互独立。最主要设备是主站（远动主站、监控主站、“五防”终端及工程师站）。变电站层是自动化系统的核心，它通过站内通信网管理全站的间隔层并显示、打印有关信息，进行开关操作，并在事故及异常情况下报警。具有如下特点：32位工控机运行于WindowsNT操作平台的占先式、多任务、多线程操作系统；提供数据采集与监控（SCADA）功能；装置内设置自检出错告警和自恢复；建立多层画面，既可了解全站运行工况，又可深入到每一个电器元件的实时运行参数；友好美观的图形界面；具有事件顺序记录和事故追忆；动态点对点和列表显示全站模拟量；与抄表系统接口，实时列表显示电能量；站内微机防误操作系统完善，实现变电站层与微机防误系统的联结；具有驱动外接事故和预告音响；具有二级口令闭锁远方遥控操作；具有就地与远方操作功能互锁；具有电压、无功自动控制功能；具有专家系统，可与直流系统和抄表系统接口；传送实时和历史数据；具有打包各类有选择性的数据、用不同的规约和接口传送的功能。
3．2　网络层
　通信网采用多主式LonWorks现场总线网，总线上每个装置都有LonWorks网络接口。由于本站节点数接近60个，为确保网络实时性，将一个网分成两个子网；网络通信采用CSMA/CD（载波监听多路访问/冲撞检测），并且使用重要报文加优先级方式。在提高抗干扰性能与可靠性方面采取了一些适合工业现场环境的措施，如采用带屏蔽层的双绞线；配置1500V直流隔离变压器；在总线上每个节点同网络联络处设计了一个小型电磁继电器（隔离变压器），当该节点异常时自动脱离网络，以保证其余节点的正常通信，确保具有很强的抗干扰、抗振动性能，适用于较大的温度范围，适合于变电站较恶劣的工业环境。
3．3　间隔层
　间隔层在横向按站内一次设备间隔分布式配置。各间隔层设备相对独立，通过站内通信网互联，并与变电站层联结组成分布式通信网络。
　自动化系统是在微机设备与先进的网络通信技术相结合的基础上，实现对变电站运行工况的监测与控制，因此要求设备质量可靠，技术先进，使用软件功能齐全，人机界面灵活、美观大方。所有新增加的保护及自动装置，其元件及功能相对独立。采用不扩展的单片机，总线不出芯片；采用带屏蔽层的四层印刷板和新型表面安装技术；采用第3代新型模数变换技术，抗干扰能力大大加强，具有很高的可靠性，并符合电力系统有关的反事故措施规定。装置的类型配置能满足该站的实际需要，具有如下功能：各类信号的复归具有就地和远方两种操作方式；动作出口回路中分别设软压板和硬压板；硬件采用模块化、标准化结构，软件采用分层技术并具有方便快捷的软件工具，以满足不同的设置要求；所有遥信接口使用光电隔离技术；10kV线路具有低频减负荷的功能；设置简易的强电控制措施，防止自动化系统故障时影响变电站的正常运行与操作。
4　结论
4．1　可靠性高
　110kV南郊站安装调试完成后，在验收过程中，进行大面积事故试验，6台CSL206B同时动作，不会丢失数据，不会造成死机；投运近半年，遥控正确率均达100。
4．2　实用性强
　本系统产品成熟，I/O接口统一，结构简单，清晰可靠，实时性强，集测量、控制、保护、远动为一体，信息高度共享，能很好地与调度自动化系统接口。
4．3　经济性好
　节省大量电缆，并尽最大可能保留原有设备，改造后该站屏数大大减少，从50个减到20个，该站改造一步到位，节省了变电站以后改造的投资。