隨著我國電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)日趨龐大，電力系統(tǒng)的運行、調度和管理工作日益復雜繁忙。自動化功能完善的無人值守遙控變電站可以大大減輕調度人員的勞動強度，對保證電網(wǎng)安全運行具有重要意義。為了在廣西推廣無人值班變電站，廣西電力局在1994年立項，決定把桂林雉山變電站作為110 kV老站改造成為無人值班變電站的試點。為了搞好這個試點，桂林供電局成立了設計小組，在廣西電力局中心調度所的大力支持下，改造獲得了成功。目前，該系統(tǒng)已穩(wěn)定可靠地運行。
2 設備與系統(tǒng)介紹
雉山變電站原是一座110 kV有人值班的常規(guī)變電站，采用傳統(tǒng)的強電控制方式。圖1為該站主結線圖。站內有兩臺有載調壓變壓器，配置許昌繼電器廠生產的電磁型保護；110 kV側為單母線分段帶旁路，4回進線裝配SW6型斷路器，保護采用南京自動化設備廠 PxD-32成套晶體管保護；10 kV側為單母線分段，32回出線配南京自動化設備廠 JSGC-4 型晶體管速斷過流重合閘；2組電容器配置電磁型保護，裝配手車式開關柜。所有開關操作均為手動的電控方式，刀閘操作為手動方式。站內各項控制、測量、信號以及繼電保護等二次設備均為常規(guī)方式。本次改造工程的遙控系統(tǒng)由調度端的主控計算機(稱上位機)與變電站端的可編程序邏輯控制器PLC(稱下位機)兩大部分組成，兩者之間以遠動通道相聯(lián)系，見圖2。遙控系統(tǒng)的核心PLC驅動遙控執(zhí)行屏上的執(zhí)行繼電器實現(xiàn)開關的分合、同期檢定、主變壓器調壓、信號復歸等。此外，PLC還具有以下完善的站內自動化功能。
2.1 電容自動投切和主變壓器自動調壓功能
PLC根據(jù)調度端下達的電壓和無功功率(或功率因數(shù))合格范圍，按照九域圖規(guī)律自動操作主變壓器調壓和電容投切。
2.2 小接地電流自動檢測與選跳
PLC采集各10 kV線路零序電流3I0和各段母線開口三角零序電壓3U0。系統(tǒng)發(fā)生接地時，根據(jù)3U0越限前后3I0的變化率來選跳10 kV線路，或只選不跳，或跳后又重合。徹底消除了采取3I0絕對值作整定值而產生的種種弊病。
圖1 雉山變一次主結線圖
圖2 遙控系統(tǒng)原理圖
2.3 低頻自動減載功能
PLC快速n次測頻(n可整定)的平均值低于定值并滿足滑差等閉鎖條件時，則出口跳開關自動減載，同時經(jīng)遙控執(zhí)行屏-執(zhí)行繼電器起動故障錄波裝置。該功能可方便地設置不同輪次跳不同的斷路器而無需改動二次接線。
2.4 備用電源自動投入(BZT)功能
當某段10 kV母線失去工作電源則自動合母聯(lián)開關，以維持對該段母線供電的連續(xù)性。在10 kV線路事故時開關拒動而越級跳母線進線斷路器(901號或902號)的情況下合900號會擴大事故造成全站失壓，為防止此種情況，在合900號母聯(lián)之前，先向無壓段進線斷路器施加一次跳閘脈沖，檢查10 kV線路有無事故，主變壓器后備保護有無動作，如有則閉鎖此功能。合上母聯(lián)后，PLC檢查主變壓器有無過載并根據(jù)過載情況按設定順序自動減載至正常。
該系統(tǒng)采用了高可靠性的美國原裝整機進口MODICON-984可編程序控制器做RTU，一次性地采集模塊量和開關量，各種信息資源共享，不僅實現(xiàn)了“四遙”功能，而且實現(xiàn)了站內閉環(huán)控制的許多站內自動化功能，真正用單機實現(xiàn)了遠動和自動化等綜合自動化功能。
3 改造的基本原則及思路
改造的基本原則是在基本上不改變原有控制信號等功能的基礎上增加“四遙”功能。保護與遠動相對獨立，并且基本上保持原有設備外觀。改造后既可實現(xiàn)有人值班，也可實現(xiàn)無人值班。根據(jù)具體情況將目前的二次回路及設備如何進行改造使之與遠動部分很好地聯(lián)系起來，形成一整 套遙控系統(tǒng)是這次改造工程的關鍵所在。遙控系統(tǒng)與原有站內控制系統(tǒng)并列運行，不影響原控制功能的使用，仍可利用原控制屏的 KK 把手進行一對一手動操作，所有的測量儀表、預告信號及事故音響仍然有效。遙控執(zhí)行屏作為界面連接于遠動部分和二次部分之間，除了執(zhí)行遙控功能外，還能完成與遙控相對應的輔助功能，如與遙控合閘相對應的起動同期回路，遙合后加速，遙跳閉鎖重合閘(放電)，低周減載起動故障錄波裝置等。為了保證遙控和輔助功能的實現(xiàn)，要求PLC驅動執(zhí)行屏上繼電器的吸合時間約1 s。遙控執(zhí)行屏完全根據(jù)現(xiàn)場實際條件的自行設計，簡單可靠，方便實用，沒有多余的引出接點和切換開關。根據(jù)遙控順序表所列的遙控量，擬配置兩面遙控執(zhí)行屏，另外配置一面遙信轉接屏。第一面遙控執(zhí)行屏專門用于10 kV線路的跳合閘控制，第二面遙控執(zhí)行屏執(zhí)行10 kV線路以外的所有遙控操作。遙信轉接屏用于轉接所有通向RTU的遙信信號。遙控功能的投切通過執(zhí)行屏上的壓板直接控制操作正電源，形成明顯的斷開點并以此作為檢修時的安全措施。沒有必要設置無明顯斷開點的就地、遠方切換開關。
4 改造的內容及原理
為滿足與遠動部分配合實現(xiàn)無人值班的要求，需要對站內的控制回路、信號裝置、測量回路、同期回路，重合閘回路等進行諸多方面的改造，具體如下。
4.1 斷路器控制回路改造
更換控制屏上的手動定位控制開關為自動復位開關，避免了控制把手 KK 位置與斷路器實際位置不對應造成的麻煩，如 KK 在合后位置，遙控跳閘后斷路器在跳閘位置，與 KK 不對應等。新裝 KK 順時針旋合45°為合閘，逆時針旋合45°為分閘，操作完畢放手后，KK 把手自動復位在垂直位置。在原控制回路中增加遙控回路，將遙控執(zhí)行屏上的執(zhí)行繼電器接點根據(jù)需要分別接入各個斷路器的跳合閘回路、同期合閘回路、重合閘加速和閉鎖回路等，如圖3、4、5所示。
4.2 10 kV線路重合閘回路改造
見圖3，每回路增加一個時間繼電器，由開關跳位來起動，整定時間為5～7 s，躲重合閘最大周期，其延時接點與遙跳執(zhí)行繼電器接點和 KK 接點并聯(lián)實現(xiàn)遙控分閘，手動分閘對重合閘瞬時放電，跳閘后SJ接點又長期放電閉鎖重合閘。拉合直流，回路會重新起動恢復。試送電時，保證不會重合。另外，手合 KK 接點與遙合執(zhí)行電繼器接點并聯(lián)實現(xiàn)手合、遙合加速保護動作。每塊10 kV保護屏增設一個信號復歸繼電器，由遙控屏控制復歸整塊屏的8套保護。
圖3 10 kV線路控制、重合閘改造原理圖
圖4 130、900、131(132)、901(902)開關、
電容器開關加遙控原理圖
4.3 110 kV線路重合閘回路改造
見圖6，每回路增加一個時間繼電器和一個中間繼電器共同取代原來的 KK 把手。一個信號復歸繼電器用于復歸整塊屏的信號。改進后的回路既保持了原來 KK 把手構成的回路優(yōu)點，又兼容了先進的計算機遙控的特點，遙控操作過程各種閉鎖功能自動完成。手動分閘 KK 放電，遙控分閘YTJ放電。分閘后TWJ支作起動SJ 5～7 s后，起動ZJ并自保持。ZJ常閉接點斷開重合閘正電源并長期閉鎖重合閘。即使拉合直流，該電路也能重新起動恢復正常工作狀態(tài)。開關合閘后，HWJ解除ZJ自保持，ZJ常閉接點接通重合閘正電源。
4.4 同期回路改造
在中央信號繼電器屏上加裝兩個低電壓繼電器，用于檢測110 kV母線無壓和線路無壓，與原有的檢測同期繼電器共同構成110 kV線路合閘操作的允許條件。當滿足下列條件之一時，允許進行合閘操作。
圖5 110 kV線路控制回路加遙控原理圖
圖6 110 kV線路重合閘回路圖
①母線無壓；
?、诰€路無壓；
③母線、線路有壓并滿足同期條件。
見圖7，a603Ⅰ、a603Ⅱ分別為110 kVⅠⅡ段母線同期電壓，和各條110 kV線路電壓A609均引至遙控執(zhí)行屏，通過各控制單元的同期執(zhí)行繼電器TQJ形成A611、A621電壓接入中繼屏的無壓、同期檢定繼電器。當合閘條件滿足后，725、722回路接通允許進行合閘操作。
4.5 預告信號回路改造
原主變保護和電容器保護以及低周減載屏的信號繼電器采用掉牌式就地復位，按無人值班要求更換成電流起動、電壓保持、電動復位式信號繼電器。由遙控執(zhí)行屏上信號復位執(zhí)行繼電器的常閉接點斷開信號繼電器保持電壓復歸信號。更換控制屏上的光字牌為帶光耦輸出的LED光字牌。取消閃光回路(因影響遙信)，取掉試燈操作把手，不允許試燈，以防止直流短路。更換控制屏上的斷路器位置指示燈(紅綠燈)為帶光耦輸出的LED信號燈。
圖7 改造同期回路原理接線圖
4.6 事故音響回路改造
改造前事故音響采用 KK 把手位置與斷路器位置不對應來起動。KK 把手更換后，必須尋找另外一條起動事故音響的新途徑。這次改造的事故音響起動方式要滿足保護動作和開關跳閘兩個條件，見圖8。TWJ為單元開關跳位繼電器接點，保護動作接點取自單元所有出口跳閘保護信號繼電器備用常開觸點。如信號繼電器接點不夠用，則加裝中間繼電器增加接點數(shù)量。
4.7 主變調壓控制回路的改造
見圖9，遙控執(zhí)行屏上的升壓繼電器SYJ和降壓繼電器JYJ，其接點引至主變控制屏上的調壓控制器上。當升壓操作時，閉鎖降壓操作回路；當降壓操作時，閉鎖升壓操作回路。QA3為操作器上的升壓按扭，QA4為降壓按扭。
圖8 事故音響起動回路
圖9 主變調壓控制回路圖
4.8 遙信量的采集
所有遙信信號的名稱大都與控制屏上的指示燈和光字牌名稱相同。因此，大部分的遙信信號可以這樣來獲?。簩⒖刂破辽系臄嗦菲魑恢弥甘緹?紅綠燈)和光字牌更換成帶光耦輸出的LED指示燈和光字牌，這樣既保留了原信號，又獲得了大量的同名遙信信號。特別指出的是開關位置遙信一定要從紅綠燈上雙位置獲取，這樣既監(jiān)視了開關跳合回路正常與否，又可以監(jiān)視有無操作直流。光耦輸出按信號的歸類并聯(lián)引出。另外，主變壓器調壓檔位的遙信信號采取下列步驟獲取。
①自制整流、濾波、降壓電路，裝于有載調壓戶外操作箱內的端子排上，將檔位顯示的電源由交流變?yōu)橹绷?，以免交流過零影響遙信。
②自制光電耦合檔位采集電路板，裝于主變壓器控制屏，從原有的檔位顯示回路采集一對一的檔位遙信信號。
4.9 遙測量的采集
母線電壓、線路電流、單元設備的電流和有功無功遙測量的采集，通過更換和加裝新型抗干擾能力強的電流型(4～20 mA)變送器。另外，新安裝了主變壓器油溫和10 kV高壓室溫度、濕度變送器，改造控制屏上的10 kV小接地電流選線器為小接地電流變送器。采用電流型變送器的好處是既能提高抗干擾能力，又能監(jiān)視變送器有無故障。當有故障時，輸出電流不在4～20 mA范圍內。
5 結語
這次工程是全區(qū)的試點項目，施工的難度和工作量很大，又不允許因施工而影響正常供電。因此，施工前首先組織施工人員進行技術培訓，做了周密的施工計劃和準備工作，然后才開始動工。施工程序遵循從簡到難，從不需停電到停電施工，最后在10 kV出線分批停電施工。在基本上不影響正常供電的情況下一次將一個老站改造成了一個遙控變電站。經(jīng)過各種試驗證實改造是成功的，并于1996年底通過了廣西電力局的驗收。該系統(tǒng)已運行了兩年多時間，經(jīng)歷了多次的雷雨季節(jié)，PLC沒有受到任何損傷，“四遙”功能發(fā)揮正常，表明了PLC做RTU具有很高的可靠性。
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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