晋东南1000 kV变电站电气控制和监视的几个特点

燕 立，吴袆琼，王 芳

(北京国电华北电力工程有限公司，北京市，100120)

0 引言

特高压输电具有长距离、大容量、低损耗的优势，可以更好地满足国民经济对电力的需要。特高压已被列为国家中长期科技发展规划纲要的优先主题之一。特高压输电技术的复杂性以及它在电力系统中的作用，是其他电压等级无法相比的[1-6]。

已成功投入商业运行的晋东南1000 kV变电站是特高压试验示范工程的重要部分，其设备和系统的控制、监视方面有如下特点：（1）根据终期规模大、二次设备多、信息量大的特点，计算机监控系统站控层采用了1000 MB双以太网、主要站控层设备冗余配置及主要智能设备双网口通信，来保证监控信息的可靠性和实时性；（2）全站终期采用2套直流系统来保证重要二次设备的可靠供电及配置的合理性；（3）屋外配电装置照明就地手动控制、自动控制及远方智能控制方式方便运行巡视；（4）采用在线监测及集成系统对1000 kV GIS、主变压器及电抗器的运行状态进行监视和记录。

1 计算机监控系统

晋东南1000 kV变电站计算机监控系统结构如图1所示。

1.1 站控层采用1000 MB双光纤以太网

在特高压变电站中，终期规模比一般500 kV变电站大很多，相应的继电保护、二次监控设备等配置数量及功能也不同于一般的500 kV变电站，具有信息量更大、保护小室距离更远等特点。考虑到数据流量大、传输距离远和抗干扰的要求，晋东南1000 kV变电站的计算机监控系统站控层采用1000 MB双光纤以太网。

整套计算机监控系统为分层、分布、开放式的网络结构，在站控层以及各继电保护小室与主控室之间采用1000 MB多模光纤以太网，构成站内一级主干网；在小室和主控室内部设备之间采用100 MB/1000 MB屏蔽双绞线以太网，构成站内二级主干网。以往一般的500 kV变电站，二次屏柜总数大约为220个，监控系统站控层采用100 MB以太网可以满足系统实时性和网络带宽的要求。晋东南1000 kV变电站终期规模二次设备总数约为450个柜，其变电站规模、信息量及控制设备数量都是500 kV变电站的2倍以上，监控系统站控层采用1000 MB以太网，可以提供更宽的带宽、更好的网络可靠性以及更快的应用响应时间，从而保证在变电站正常运行和电力系统事故时的可靠性和实时性；而且随着变电站的自动化和智能化水平的进一步提高，1000 MB以太网还具有支持新应用和新数据类型的能力。

1.2 继电保护设备直接接入监控网络

目前，大多数常规变电站的保护信息除重要的保护动作信息采用硬接点接入监控系统测控单元外，更多详细的信息是以报文方式通过单独的总线或网络上送保护故障信息子站，同时通过监控系统各保护小室配置的公用接口装置经规约转换后送至监控系统。晋东南1000 kV变电站的各继电保护装置采用双网口直接与监控系统以太网连接，从而更好地保证了保护信息上送的实时性和可靠性。

监控系统支持多种方式接入各种智能设备。在保护小室，继电保护装置通过双以太网将保护信息直接传输到监控系统，接口采用TCP/IP及网络103通信协议，其他智能设备通过RS485接口接入各保护小室的公用接口装置；在主控室中，所有计算机也全部直接上网。

1.3 冗余配置

为保证系统运行的可靠性，整个系统采用冗余配置。一是双网冗余，整个系统提供双物理链路，确保通道的可靠；二是双机冗余，重要的计算机节点（比如系统服务器、操作员工作站、远动工作站等）都是双机配置；三是设备双口冗余，上网设备都保证有2个以上的网卡。无论是单网故障还是网络上单点故障，都不会影响系统全局，最大限度地保证系统运行的可靠性和稳定性。

1.4 配置仿真培训工作站

配置了仿真培训工作站，能够完成运行人员培训和变电站系统仿真。采用和实施计算机监控系统一体化设计，能真实再现变电站的运行环境，模拟变电站的一次、二次系统及其设备和动作逻辑等，具有运行操作指导、事故分析处理、在线设备分析、联合反事故演习、多媒体远程培训等功能。

教员机、学员机独立设置，便于培训和反事故演习工作的开展，另外通过硬件防火墙接至LAN网，可自动与计算机监控系统核对设备状态。

2 1000 kV主要设备在线监测装置

电力系统传统的运行维护工作，是实行“计划检修”。“计划检修”是按照高压电气设备预防性试验规程所规定的试验周期，到期必须对电气设备进行停电检修。定期试验不能及时发现设备内部的故障隐患，而且停电试验施加的试验电压低于运行电压，对某些缺陷反应不够灵敏。

状态检修则是基于设备的实际工况，通过分析比较其在运行电压下的各种特性参数的变化，来确定电气设备是否需要检修，以及需要检修的项目和内容，具有极强的针对性和实时性。此前没有特高压设备运行经验，也就没有经过实践考验的合理、明确的检修周期。为确保交流特高压关键设备的安全、可靠运行，对1000 kV主要设备包括变压器和电抗器、GIS组合电器配置在线监测和诊断装置，通过对有关参数、信号的采集和分析，检出内部的初期故障及其发展趋势。维护人员可根据检出的数据进行综合分析，诊断设备的状态，及时检修，减少损失，避免恶性事故的发生。

随着信息技术的发展，特别是网络技术的发展，对在线监测技术提出了新的发展思路和方向。将WEB、Internet等新技术以及信息管理技术和先进数据库技术等与在线监测技术进行有机的集成，可更好地服务于电力系统的生产、运行与管理，为状态维修体制的开展提供更有效的、更合理的、更科学的数据和技术支撑[7]。

以往的500 kV变电站的在线监测装置大部分是针对已运行设备进行设计并安装。运行设备有的可安装和抽取信号，有的则不能；另外还有一些变电站，根据在线监测功能和性质的不同，对不同种类的设备采用不同厂家的在线监测装置及系统，变电站没有一个统一的运行、管理平台，给运行维护带来很大不便。

晋东南1000 kV变电站在主要一次设备订货时就考虑了在线监测功能，并由一次设备生产厂在设备生产、组装过程中提供并安装探头、传感器等，便于在线监测功能的实现和检测的准确。晋东南1000 kV变电站还另外配置了集成在线监测系统，不同生产厂提供的各种类型装置分别通过串口或以太网方式接入此集成系统，变电站运行及维护人员通过此系统对全部被监测设备的运行状态进行分析判断，提高运行的智能化水平、管理水平和效率。晋东南1000 kV变电站在线监测系统如图2所示，变电站主要设备在线监测系统主要配置及功能如下。

（1）主变压器和1000 kV电抗器。配置油色谱、微水在线监测装置及1000 kV套管在线监测装置，监测变压器、电抗器油中CO2、C2H4等8种气体含量或微水的含量以及1000 kV套管泄漏电流、介质损耗等，另外还配置前置机(工控机)，由油色谱、微水在线监测装置及套管在线监测装置通过光纤及RS485接口与前置机通信。前置机上安装诊断软件对采集数据进行分析诊断，同时前置机将诊断结果以一定的文件格式上送在线监测集成系统。

（2）1000 kV GIS。由GIS设备供货方提供的在线监视装置包括气体压力传感器、温度传感器、各种电流传感器、指令检出传感器及自动监视单元，通过这些传感器及断路器的主触头辅助接点、电阻触头辅助接点，经自动监视单元NCT的采集、处理，可监视断路器的开合特性、断路器主触头的损耗量；GIS内部发生事故时，根据气体压力传感器的信息锁定事故部位；从断路器电阻的温度中算出到可能操作为止的待机时间，从而实现对GIS组合电器设备的局部放电、SF6气体密度、开关待机时间等的在线监测、数据分析诊断及报警功能。

（3）在线监测集成系统。由各变电站监控系统供货方提供1套独立的集成式在线监测后台系统，包括1000 kV继电器小室、主变小室的通信单元、交换机、计算机室和主控制室的交换机和在线监测工作站。各种类型在线监测装置分别通过串口或以太网方式与各小室通信单元通信，由通信单元对监测数据进行规约转换，然后通过双光纤以太网上送站控层在线监测工作站，工作站对数据的遥测越限告警进行判断和曲线图显示等。对于告警信息，工作站实现告警信息登简报窗、历史库以及光字告警图显示，并完成数据的存储、统计、分析报表、打印等功能。整套系统满足了各主要设备在线监测的技术要求，系统功能完善，任务分工明确，确保了系统通信的实时性和可靠性，为监视设备运行状态，保证变电站安全、可靠运行起着重要的作用。

3 相对分散配置的直流系统

以往的多数500 kV变电站配置1套直流系统就能满足全站的直流负荷供电要求，而本工程最终规模占地约160000 m2，相当于普通500 kV变电站占地的3倍，直流电源供电距离相当长，且设备数量多、消耗功率大、负荷电流大。在这种情况下，为满足终期规模要求而采用传统方式将会带来蓄电池容量过大、供电电缆长、电缆截面大等。为解决此问题，在本变电站采用了相对分散的方式配置2套直流系统。直流系统1：500 kV、主变、无功补偿及公用设备配置1套，布置于主变及无功继电器小室1内，其容量和供电范围相当于500 kV变电站；直流系统2：1000 kV部分配置1套，布置于1000 kV第2继电器小室内。由于初期1000 kV只有2台断路器和1回线路，直流负荷容量较小，二次设备布置于1000 kV继电器小室1内，直流系统2及1000 kV继电器小室2均可以暂时不建，初期1000 kV继电器小室1直流分电柜电源由直流系统1供电，待今后扩建1000 kV线路时同时扩建1000 kV继电器小室2和直流系统2，再将1000 kV继电器小室1分电柜电源接线进行切改。这样既可以减少初期投资及维护工作量，同时又使得直流系统2设于1000 kV直流负荷的中心位置，尽量缩短供电距离。整个系统更加合理、可靠、经济，力求资源利用最大化[8]。

采取以上相对分散的配置方式，还使各主要回路供电容量及供电距离适中，直流主屏的馈线开关和分电柜开关等上、下级参数配合较容易，电缆截面不大，工程实施容易。正式投产后，设备运行良好。

4 变电站屋外照明控制系统

晋东南变电站提供更加丰富的变电站屋外照明控制方式，使照明控制更加灵活和人性化，满足运行巡检的多种要求。照明控制原理如图3所示。

（1）照明控制系统由就地照明箱和主控通信楼的远方智能控制屏组成。

（2）就地照明箱根据配电装置的功能对屋外照明相应地分区、分回路，并实现自动控制、就地控制和远方控制的切换。

（3）远方智能控制屏提供远方控制终端及触摸屏式的人机交互界面，在远方控制模式下对各照明分区逐一控制。

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