１２ 常规变电站数字化改造的技术难点与解决方案 常规变电站数字化改造的技术难点与解决方案 Ｔｈｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｆｉｃｕｌｆｔｉｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ 广东省电力设计研究院张寅怀 Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｚｈａｎｇ Ｙｉｎｈｕａｉ 摘要：智能电网的实现需要将现有的常规变电站改造成为数字化变电站。结合工程设计实例，介绍改造工程中的技 术难点及其解决方案。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｒｅｎｏｖａｔｅ ｔｈｅ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｔｏｉｎａｌ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｓ ｉｎｔｏ ｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ ｓｕｂｓｔａｔｏｉｎｓ． Ｈｅｒｅ ｗｉｔｈ ａ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｓ ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｒｕｘ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｍｅｔ ｉｎ ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ ｗｏｒｋｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． 关键词：数字化变电站中图分类号：ＴＭ６３ 改造技术难点解决方案 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌｉｚｅｄ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｒｕｘ Ｓｏｌｕｔｉｏｎ 文献标识码：Ｂ １．引言 数字化变电站建立在ＩＥＣ６１８５０通信标准基础 上，一次设备和网络化二次设备分层构建，从而实 现变电站内智能电气设备之间信息共享和互操作， 信息采集、传输、处理和输出过程完全数字化 。 数字化变电站是实现智能电网的基础，现有 常规变电站的数字化改造的安全平稳过渡成为电 网改造工程的关键。 数字化变电站的网络化程度很高，设备之间 数据的传递与共享依赖网络通讯，所以组网方案 的确定是数字化变电站改造设计首要环节。站控 层与间隔层的组网方式应采用冗余以太网架构， 传输速率不低于１００ Ｍｂｐｓ。网络宜采用双星型结 构，双网双工方式运行，以提高网络冗余度，实 现网络无缝切换。 过程层与间隔层网络主要传输ＧＯＯＳＥ （Ｇｅｎｅｒｉｃ ｏｂｊｅｃｔ ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｅｖｅｎｔｓ，面向通 用对象的变电站事件）￣ｌＳＶ（Ｓｙｓｔｅｍ ｖｅｒｉｌｏｇ，一种 硬件描述语言）两类信号。ＧＯＯＳＥ信号网应采用 双网双工方式运行；ＳＶ网络可根据规约方式采用 点对点方式或组网方式。常规变电站的数字化改 下面以广东三乡２２０ ｋＶ变电站的数字化改造 工程为例，分析了变电站数字化改造工程中所要 面临的技术难点，提出可行的解决方案。 ２．概述 考虑工程的经济性，变电站的数字化改造， 往往不更换站内包括变压器、断路器和隔离开关 等一次设备。变电站过程层则采用电子式互感器 造，一般都是分阶段逐步实施的。方案设计应首 先保证在全站运行状态下实现安全、可靠和平稳 进行电气量数据采集；间隔层采用ＩＥＤ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ，智能电子设备）装置；站控层采 用ＩＥＣ６１８５０作信息传递；对原有传统断路器实现 断路器配套智能操作箱，以实现数字化控制、数 据采集和部分在线监测。三乡２２０ ｋＶ变电站就是 采用上述方式进行数字化改造的。该站是当地一 的过渡。所以在改造过程中应以相互影响最小为 前提，设计可在站控层网络和过程层网络按电压 等级来配置。如三乡站站控层组网采用双网星形 结构，分别在间隔层２２０ ｋＶ及１１０ ｋＶ部分组成子 网，再接入站控层。同时在间隔层与过程层之间 组建２２０ ｋＶ；￣Ｄ１１０ ｋＶ ＧＯＯＳＥ网络。各间隔保护、 座枢纽变电站，接线复杂，在整站运行状态下改 造将面临诸多困难点：如组网方案的确定、电子 式互感器和原有电磁式互感器的替换、母差保护 改造过渡过程、旁路代路功能的实现、户外就地 智能柜的电压的并列及切换、网络安全与监视和 ＧＯＯＳＥ信息表的实现等。 测控和录波装置可接入相应电压等级ＧＯＯＳＥ网 络、以实现信息的共享和传递。如实现报警开入 信号、跳合闸信号、保护设备的联闭锁信号及间 隔层五防联锁等信号的传输。对于主变间隔来 说，主变保护装置可以同时连接￣Ｕ２２０ ｋＶ和１１０ ｋＶＩＮＧＯＯＳＥ网络交换机双网上，以实现高中压侧 信息的交互，如图１所示。 ３．组网方案的确定 ●研究与专论 一 ｌ ｌｌ ｌＩ ｌ Ｉ Ｔｌ 丌 ｌＩ … Ｉ ｌｌ ｌｌ ｌ ｌ Ｉ ｌｌ … Ｉｌ ｌ ｌ Ｉ Ｉ ｌ Ｉ ｌ Ｉ ｌＬ Ｊｌ ｌ ｌｌ ｌ Ｊ ｌｌ Ｉ ｊ Ｉ ｌ ｌ Ｉ ｌ ｌ ＩＩ ｌ Ｉｊ Ｉｌ … ｌＩ ｌ Ｉ ｌ ｌｌ １ ｉ ＿ｌ ｌ ｌｌ ｌ Ｉｌ ｌ１ ｌ ｌＩ ｒ——Ｊ ———１ Ａ网 Ｂ网 Ｃ网 Ａ网 Ｂ网 Ｃ网 ｌ ｌ保护ｔｆ保ｌ护 ｚ ｆｆ测ｌ控 ｌＩ ：Ｉ ｌ ＩｌＩ ｌ ｌ ： 。保护１ｆ ｌ保护２Ｉｌ ｌ｝ｌ ｌ； 申审 一 ｌＩ ：】 １ ｌＩ ：Ｉ 保护Ｉ测堡控 竺装！ 置１ ，２ “ Ｉ ｌ ｌ ｌ Ｉ ｌ ｌ Ｉｌ ｌｌ’ １． １ ｌ －ｌ ｌ ｌｌ ｌ ｌＩ ＧＯＯＳＥ Ａ网 ｌ １ ｌＩ Ｉ Ｉ１ Ｉ Ｉ Ｉ Ｉ ｌＩ Ｉ ：ｌ ｌ ｌ ｌ断路器 智能单元 ＧＯＯＳＥ Ｂ网 断路器 断路器 ｌ 智能单元１ 智能单元２ ｌ 断路器 断路器 ｌ 断路器 Ｉ 智能单元１ 智能单元２ ｌ智能单元 ｌ ＿ｌ ＿＝．ｎ ＩＬ＿一 一 Ｉ＿一一 一一 ： ｎ＿＿Ｌ竺 堡鱼 １１０ ｋＶ部分 １０ ｋＶ部分 ２２０ ｋＶ部分 图１三乡变电站网络结构图 ４．电子式互感器应用难点及应对方案 数字化变电站改造采用电子式互感器代替常 规的互感器。目前大都采用由传感模块和合并单 元两部分构成的有源式电子式互感器。传感模块 换成数字量，再接人数字化母差保护。三乡站母 差保中配置了母差子站，专作过渡使用。各个间 隔的常规电流及母线电压信号，各间隔的刀闸位 又称远端模块，安装在高压一次侧，负责采集、 调理一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单 元安装在二次侧，是联系电子式互感器和网络化 二次设备之间的设备，负责对来自各相远端模块 传来的信号做同步合并处理，并转发给二次设 备。有源式电子互感器的关键技术是：远端传感 置信号都接入子站，转换成数字量后，用光纤传 送至数字母差的主站。此外，母差的主站的跳闸 输出兼有硬接点输出方式￣ＧＯＯＳＥ输出方式。在 过渡阶段，常规的电流及母线电压，各间隔刀闸 位置和跳闸输出经原来的母线保护柜通过电缆硬 连线转接。 当任一间隔常规互感器更换电子式互感器 模块的稳定性和可靠性。它由绕制在陶瓷骨架上 的空芯线圈组成，它的稳定性对测量精度影响敏 感，要求其能长期稳定运行。采集可采用双 ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ—ｄｉｇｉｔａｌ，模数装换）复采方案，以提高采 样可靠性；采用低功耗双电源供能方式以提高可 后，它的电流电压信号改用光纤数字信号输出。 直到问隔改造完后，各间隔的电流及电压信号就 从各个间隔的合并单元光纤直接引至数字母差主 机柜；各间隔刀闸位置信号输入以ＧＯＯＳＥ网络实 现；跳闸输出通过ＧＯＯＳＥ网络传送至各间隔的智 靠性和稳定性。采集器还需具备测温、完善的自 检功能等。 由于电子式互感器数据有光纤传输延时，其 与常规互感器数据会产生一定的角差，所以在跨 间隔保护设备改造的过程中，如主变保护、母差 保护改造和主变低压侧一般仍是常规互感器。而 母差保护存在电子式互感器和常规互感器同时接 能就地柜。相同电压等级相关间隔改造完毕后， 过渡性的母差子站就可以退出运行（图２虚线框部 分为过渡方案）。 入的情况，这时就需要对互感器采样数据进行延 时补偿，消除时延造成的角差，实现各侧数据的 同步。 ５．母差保护改造过渡过程 传统母差保护更换为数字化母差保护最大的 难点在工程实施过程，当中会出现电磁式互感和 电子式互感器共存的情况，需设一个过渡阶段在 母差保护引入过渡用装置，将模拟量及开关量转 图２母差保护改造原理示意图 １４ 常规变电站数字化改造的技术难点与解决方案 ６．旁路代路机制的实现 旁路开关代主变开关的操作，是个先将主变 开关和旁路开关并联运行，然后再切换到旁路开 关运行的过程。在代路过程中，主变差动保护的 范围会因电流互感器二次回路切换而缩小。实现 旁路代主变开关的功能，也是主变保护数字化改 能就地柜来实现开关量采集功能；实现刀闸的就 地操作功能和断路器刀闸的跳合闸，传递远方控 制命令及联锁信息。各间隔智能单元具有双光纤 ＧＯＯＳＥ通信接口，以光纤通讯连接到ＧＯＯＳＥ交 换机。 户外智能就地柜要求具有抵御高压场的高 造的难点。要使主变保护范围不变，必须考虑旁 路开关代主变开关时的电流电压数据切换。旁路 温、潮湿及强电磁环境影响等功能。 三乡站户外智能就地柜的柜体为双层结构， 间隔由常规电流互感器更换为电子式电流互感 器，可以更方便地实现电流采样数据共享。 三乡站改造是将旁路间隔合并单元的采样值 同时送到数字化主变保护，旁路间隔电子式电流 互感器的电流数据均接入主变两套主保护。当旁 路开关代主变开关时，通过切换定值来实现旁路 电流电压的切换。两套主保护将电流信号从主变 开关的电流通道，无缝地切换至旁路开关的电流 通道，使得在代路操作过程中主变保护依然正常 运行。该方案的主变保护不再采用大小差或交叉 接线方式，扩大了保护范围和提高了可靠性。 主变保护中的分支１为主变开关，分支２为旁 路开关，旁路代主变的操作如下： １）正常运行方式下，主变开关电流计入主变 差动保护和后备保护，旁路开关电流不计入。即 将分支２电流定值置为０。 ２）代路操作前，先切换主变保护定值。切换 后，旁路开关电流计入主变差动保护和后备保 护，即将分支２电流定值从０切换到实际值。 ３）代路操作过程中，旁路开关与主变开关同 时运行，两者电流同时参与主变差动保护和后备 保护。也就是说，旁路开关与主变开关在完全相 同的保护下并列运行。 ４）代路操作完成后，切换主变保护定值，即 将分支１电流定值置为０，主变开关电流退出主变 差动保护和后备保护，电压从主变开关间隔母线 电压切换到旁路母线电压。 上述主变保护定值的更改全部通过切换定值 区实现。旁路开关代主变开关运行后，主变保护 范围保持与正常运行时一致。 ７．户外智能就地柜 常规变电站数字化改造中，一般不更换原有 户外开关的常规设备，采用传统开关设备与智能 终端相结合的方式来实现智能化改造。智能单元 下放至现场开关设备旁，合并端子箱功能组成智 包括顶层、侧面和前后门等都设置了夹层。夹层 厚度为３ ｃｍ，并与柜内外联通；就地柜底部封堵 严实，柜体外壳的通风槽加格网，以防小动物进 入；柜内配置智能湿度控制器和防潮加热器，湿 温控制器可自动或手投切。 ８．电压的并列及切换的实现 数字化变电站的电压切换不再是传统的继电 器切换方式，而是用合并单元来实现电压的切换 和并列。三乡站的具体做法如下：在电压合并单 元上接入Ｉ母刀闸的常开与常闭、ＩＩ母的常开与常 闭接点；电压合并单元接入ＰＴ并列投入、Ｉ母 ＰＴ合位、ＩＩ母ＰＴ合位和母联刀闸合位等位置信 号。考虑到刀闸位置接点可能发生故障而导致母 线电压并列不成功，故现场直接用ＱＫ来实现。即 将母联刀闸位置短接，用强制Ｉ母、强制ＩＩ母及解 列三个位置来实现电压的并列。并列后的电压连 接到各间隔的合并单元，由各间隔的合并单元， 根据本间隔隔离开关的实际Ｉ母或ＩＩ母的位置来完 成本间隔的电压切换（见图３）。 母Ｉ 十 一： ｌ盯 Ｌ ｌ 并列后Ｉ、ＩＩ母电Ｅ ｍｌ 厂 ， Ｊ间隔合并单元（含ＰＴ切换功能）ｌ Ｉ ＰＴ合并单元（含ＰＴ并列功能）Ｉ 图３母线电压的并列及切换 ９．网络安全与监视 由于数字化变电站的运行全赖网络通信，对 交换机的功能要求比较高，需要交换机具备抑制 零丢包及网络风暴的功能；要求交换机与连接的 保护、测控和智能终端等设备的光功率调整匹 配，以保证通信质量。此外，还要求故障录波装 置能准确实时地记录网络通信状态及各种采样数 ●技术改进与创新 ●技术改进与创新 ２２０ ｋＶ变压器不拆线预试方法探讨 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ２２０ ｋＶ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ Ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ Ｌｅａｄ—ｗｉｒｅ 广东电网公司东莞供电局李顺尧 Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ Ｌｉ Ｓｕｎｒａｏ 摘要：为提高２２０ ｋＶ变压器预试的工作效率，减低劳动强度、停电时间和拆接引线遗留缺陷的风险，探索出 ２２０ ｋＶ变压器不拆线进行预试的方法。经过拆线试验的数据对比和分析，证明２２０ ｋＶ变压器不拆引线预试是可行的。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ２２０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｓ，ｒｅｄｕｃｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ， ｔｈｅ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｕｔａｇｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ ｌｅｆｔ ｂｙ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ／ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ２２０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｄ—ｗｉｒｅｓ ｉｓ ｗｏｒｋｅｄ ｏｕｔ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｈｔ ｈｔｅ ｔｅｓｔ ｄａｔａ ｕｎｄｅｒ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｈｔｅ ｌｅａｄ—ｗｉｒｅｓ，ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｎ ｔｈａｔ ２２０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｓ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｄ—ｗｉｒｅｓ ｉｓ ｆｅａｓｉｂｌｅ． 关健词：２２０ ｋＶ变压器不拆线预试 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：２２０ ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｐｒｅｎｖｅｎｔｉｖｅ ｔｅｓｔ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｅａｄ－ｗｉｒｅｓ 中图分类号：ＴＭ４０６ 文献标识码：Ｂ １．引言 线及接地刀闸后，感应电压高达１．５ ｋＶ，但接上 随着装设的单台主变容逐渐增大，个别达到 试验设备后，由于静电荷后大部分释放，就只剩 ２４０ ＭＶＡ，变压器引线越来越粗大，拆接引线工 约４０Ｖ。 作量大，延长了停电时间，且拆接多会遗留接头 不拆引线试验直接测绕组绝缘电阻和介损， 发热等缺陷。为了提高试验工作效率，减轻劳动 在测量高、中压绕组的（对地、对其它绕组）绝缘 强度，东莞供电局从２００６年开始２２０ ｋＶ变压器不 电阻时，会将避雷器（ＭＯＡ）、复合绝缘子和设备 拆线预防性试验可行性的研究。不拆线预试是指 瓷瓶的绝缘电阻也并联进去，使测量结果偏小， 不拆除变压器三侧的一次引线。通常变压器引线 使本来不大的外界干扰影响变得显著。所以，在 相连的设备较多，这些设备的试验需分别交叉进 不拆引线状态下作绝缘试验时，关键要排除电场 行。为了减少相互间的干扰，在进行２２０ ｋＶ变压 干扰和其它外界影响。具体做法是采用抗干扰的 器预试时，还需拆开变中中性点避雷器、变中、 试验结线和测试仪器。本项目用的是ＡＩ６００Ｅ型电 变低侧避雷器引线、铁芯和夹件的接地线等。 桥和３１２３电动摇表（其它为常规试验仪器），能满 ２．试验抗干扰问题 足试验准确度的要求。 ２２０ ｋＶ变电站运行电压较高，拆除变压器引 ３．具体方法的确定 （上接第１４页） 传输的信号需要形成一份信号表，使得如母差与 据的异常状态。 各间隔保护、智能单元之问信号的传递，以“订 数字化变电站的网络化二次设备，给缺陷分析 阅”信号表来实现。 和事故调查提出了新的课题。改造设计需要考虑配 １１＿结语 置网络报文监视器，可以准确、完整地记录网络报 变电站技术即将进入全数字化时代，许多常 文，为设备故障和事故分析提供数据支持。 规的变电站即将面临数字化改造。三乡站数字化 １ ０．ＧＯＯＳＥ信息表 改造的实践所遇到的技术难点和解决方法，为常 在常规的变电站的保护动作、失灵启动等都 规变电站进行数字化改造提供一些借鉴和参考。 靠电缆连接实现。但数字化站的保护、测控和智 参考文献： 能就地柜之间信息交互都依赖ＧＯＯＳＥ来实现，与 ［１］高翔．数字化变电站应用技术．北京：中国电力出 版社，２００８，１ 传统硬接线截然不同。传统直观的硬连线没有 作者简介： 了，取而代之的是网络信号。所以，各设备之间 张寅怀（１９７４．），男，硕士，从事变电工程设计。
