交流操作系統(tǒng)35kV綜合自動化變電站二次接線設(shè)計(jì)

對于農(nóng)電等部門新建35kV變電站，采用交流操作系統(tǒng)具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。文章從電源、屏面布置、交流回路、控制信號回路、監(jiān)控系統(tǒng)等方面，闡述了35kV綜合自動化變電站采用交流操作系統(tǒng)時，如何進(jìn)行二次接線的設(shè)計(jì)，對變電站二次設(shè)計(jì)人員有較大的幫助作用。
　　關(guān)鍵詞：綜合自動化；交流操作；直流操作；二次接線；監(jiān)控系統(tǒng)

The secondary-wiring design characteristics of AC operation system in 35kV integrated substation automation

Cheng Shao-Yan , Wang Li

(ShaanXi QunLi Radio Appliance Factory, Baoji 721300, China)

Abstract：It is economical for new building 35kV substation of agricultural power department to adopt AC operation system. From power suply、panel layout、AC circuit、controlling and signal circuit、automation system , this paper elaborates how to design secondary-wiring when AC operation is used in 35kV integrated substation automation . It will be a help to designers of substation about secondary-wiring.
Key words：integrated automation; AC operation; DC operation; secondary-wiring ; automation system

0　引言
　　目前，城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造及大用戶工程等35kV新建變電站多采用綜合自動化系統(tǒng)(下稱綜自系統(tǒng))，以適應(yīng)我國電網(wǎng)自動化的要求。變電站采用綜自系統(tǒng)是加強(qiáng)電網(wǎng)管理、提高電網(wǎng)安全運(yùn)行和勞動生產(chǎn)率的重要措施。變電站采用綜自系統(tǒng)所起的作用及所產(chǎn)生的效益主要體現(xiàn)在：減少現(xiàn)場誤操作事故，提高電網(wǎng)供電可靠性和供電質(zhì)量，提高電網(wǎng)運(yùn)行管理水平，提高供電企業(yè)的勞動生產(chǎn)率，降低變電站的建設(shè)運(yùn)行成本，強(qiáng)化更新電力系統(tǒng)操作人員的知識技能，帶動供電企業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。
　　以往35kV綜合自動化變電站多采用成熟、穩(wěn)定、可靠的直流操作系統(tǒng)。一套帶智能通信接口的直流屏造價通常在15萬元以上，這對于農(nóng)電、工礦企業(yè)等資金比較緊張的用戶無疑是一筆不宜籌措的資金。如果能以交流操作系統(tǒng)取代直流操作系統(tǒng)，從而取消直流屏，節(jié)省下來的資金，基本上就可以購買具有5至8回出線的綜自站全部二次保護(hù)設(shè)備，這是非常經(jīng)濟(jì)的。怎樣用交流操作系統(tǒng)替代成熟的綜自站直流操作系統(tǒng)，并且使交流操作系統(tǒng)同樣具備穩(wěn)定性、可靠性及后備性，在二次接線上應(yīng)注意什么，這就是本文要加以討論的問題。

1　交流操作系統(tǒng)電源及站用變
　　為使交流操作系統(tǒng)的電源具備穩(wěn)定性、可靠性及后備性，可以運(yùn)用下列方法解決：相對于直流操作系統(tǒng)中由直流屏直接提供的直流220V電源，在交流操作系統(tǒng)中改用UPS輸出的交流220V電源直接或間接替代，具體措施如下：
　　(1) 保護(hù)、測控等微機(jī)裝置工作電源采用交流220V，由UPS輸出提供；
　　(2) 跳合閘回路使用交流220V，由UPS輸出提供；
　　(3) 機(jī)構(gòu)儲能電源使用交流220V，由UPS輸出提供；
　　(4) 后臺機(jī)使用交流220V，由UPS輸出提供；
(5) 跳、合位繼電器采用直流24V，由外部開關(guān)電源提供，開關(guān)電源的輸入為UPS輸出的交流220V；
　　(6) 中央信號回路采用直流24V，由外部開關(guān)電源提供，開關(guān)電源的輸入為UPS輸出的交流220V；
　　(7) 裝置面板信號及開入量采用直流24V，由裝置電源模塊提供。
　　綜自站的站用變應(yīng)放在變壓器高壓側(cè)，重要的變電站站用變壓器可采用一主一備，并設(shè)自投。交流配電柜可設(shè)兩組獨(dú)立的母排。一組母排為站用變輸出的A、B、C、L相電壓，供照明電源、檢修電源等使用；另一組母排為在線式UPS輸出的交流不間斷220V電壓，供保護(hù)、操作等使用。交流配電柜電源分配示意圖如圖1所示。

　　圖1中所用UPS，為大功率在線式UPS。對于規(guī)模為兩臺變壓器、8回進(jìn)出線的35kV變電站，UPS的容量可選取3kVA。圖2為此種UPS結(jié)構(gòu)示意圖。其工作原理為：正常工作時，站用變壓器輸出電壓(簡稱市電)經(jīng)整流器變成直流后，再經(jīng)逆變器變換成穩(wěn)壓、穩(wěn)頻的正弦波交流電壓供給負(fù)載。當(dāng)市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證給負(fù)載提供不間斷的電源。如果逆變器發(fā)生故障，UPS則通過靜態(tài)開關(guān)切換到旁路，直接由市電供電。當(dāng)故障消失后，UPS又重新切換到由逆變器向負(fù)載供電。

　　上述UPS，如果在市電掉電的同時逆變器發(fā)生故障，此時負(fù)荷便出現(xiàn)斷電事故。為彌補(bǔ)此缺陷，可采用以下兩種方式：
　　(1) 站用變壓器為一臺時，可選用二臺UPS并聯(lián)工作的方式，如圖3所示。此種方式當(dāng)一臺UPS逆變器發(fā)生故障且市電斷電時，由另一臺UPS的蓄電池組逆變后提供交流電源，從而確保負(fù)荷不斷電。

　　(2) 站用變壓器為一主一備時，選用一臺UPS，其接線方式可采用二路交流輸入的工作方式，如圖4所示。在此種方式下當(dāng)UPS逆變器發(fā)生故障且一路交流電源斷電時，靜態(tài)開關(guān)可將UPS的負(fù)荷切換到旁路，由另一路交流電源供電，從而確保負(fù)荷不斷電。

2　屏位及屏面布置
　　交流操作綜自站因其10kV開關(guān)多采用戶外桿上操作機(jī)構(gòu)，其二次保護(hù)適于集中組屏。屏面布置應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
　　(1) 相同或相似性質(zhì)的保護(hù)測控裝置及其控制元件，應(yīng)考慮安裝于同一屏(柜)面上；
　　(2) 不同柜體間相同性質(zhì)的安裝單元(比如保護(hù)裝置、KK把手、紅綠燈等)，在屏(柜)面上的高度、位置等宜對應(yīng)一致；
　　(3) 兩套變壓器的保護(hù)設(shè)備、控制元件等宜布置在不同屏(柜)面上；為節(jié)省空間，也可考慮安裝于同一屏(柜)面上，但應(yīng)一左一右明確區(qū)分；
　　(4) 屏(柜)面布置元件時應(yīng)滿足調(diào)試和運(yùn)行巡查方便的要求；
(5) 同一安裝單元各套獨(dú)立保護(hù)配置在一塊屏(柜)面上，應(yīng)明確區(qū)分布置，以便巡查、維護(hù)和調(diào)試。
　　綜自站應(yīng)設(shè)主控室安放繼電保護(hù)柜、電度表柜、交流配電柜等，后臺機(jī)可選用一體化工控機(jī)安裝在保護(hù)柜上，也可選用普通工控機(jī)安放于同一室或毗鄰的控制小室。
　　圖5為一交流操作35kV綜合自動化變電站屏位及屏面布置參考圖。此變電站包括1#、2#主變主保護(hù)裝置、高低壓側(cè)后備保護(hù)測控裝置、調(diào)壓音響裝置；1回35kV進(jìn)線保護(hù)測控裝置；5回10kV進(jìn)、出線保護(hù)測控裝置；1回電容器保護(hù)測控裝置；一臺站用變測控裝置；一面交流配電柜及一面電度表柜等。

3　電流電壓回路及計(jì)量
　　交流操作綜自站電流電壓回路相仿于直流操作系統(tǒng)。電流回路宜選1A或5A，電壓回路宜用100V，其精度等級均不低于0.5級。電量的采集量應(yīng)滿足《電測量儀表裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》的要求。
　　電流和電壓互感器二次回路分別只設(shè)一個接地點(diǎn)，電流互感器接地點(diǎn)設(shè)在配電裝置處(差動保護(hù)等分組電流互感器組合的電流回路宜在控制室接地)，電壓互感器二次回路應(yīng)集中在控制室一點(diǎn)可靠接地。
　　為確保繼電保護(hù)的獨(dú)立性、可靠性，當(dāng)保護(hù)與測量共用一組電流互感器時，保護(hù)和測量宜分別接于不同的二次繞組，并且二次線圈的等級要滿足繼電保護(hù)和測量的要求。
　　電度計(jì)量應(yīng)滿足下列要求：
　　(1) 電度表精度等級以及電壓互感器二次出口到電度表處的壓降應(yīng)符合有關(guān)規(guī)程和規(guī)定；
　　(2) 智能型電度表應(yīng)具有抗干擾能力強(qiáng)，監(jiān)控退出不影響電度累計(jì)數(shù)，接口連接方便，節(jié)省電纜等特點(diǎn)，并能數(shù)字通信遠(yuǎn)傳；
　　(3) 變電站平衡電度計(jì)量考核點(diǎn)，宜采用微機(jī)計(jì)算，以節(jié)省電度表投資和屏位，充分發(fā)揮微機(jī)的綜合功能。

4　 控制、操作及信號回路
4.1　控制操作回路
　　在直流操作系統(tǒng)中，控制操作回路基本上采用直流220V電源。圖5為典型直流操作系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測控裝置控制操作回路原理圖?，F(xiàn)要將其變?yōu)榻涣鞑僮飨到y(tǒng)，就必須對原適用于直流操作系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)測控裝置做相應(yīng)的改動，使其適用于交流操作系統(tǒng)。這種改動，不同的設(shè)計(jì)人員有不同的方法。我的觀點(diǎn)是，盡量對原保護(hù)測控裝置做最小的改動，即不改變插件印制板、不改變背板印制板或繞接線、更換有限的元器件等。

　　圖6是按上述原則變換后的交流操作系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)測控裝置控制操作回路原理圖，具體改動如下：
　　(1) 各保護(hù)測控裝置電源模件應(yīng)選用交直流輸入通用的開關(guān)電源，使其電源模件適用于兩種操作系統(tǒng)。
　　(2) 取消裝置內(nèi)部的防跳回路(為彌補(bǔ)此缺陷，一次設(shè)備可選用帶防跳回
路的斷路器)，將圖5中TBJ、HBJ兩繼電器改為直流24V作為圖6(a)中TJ、HJ繼電器。由于這部分和一次設(shè)備沒有連接關(guān)系且功耗低，故采用裝置電源模件提供的內(nèi)部直流24V。
　　(3) 裝置面板上的中央信號指示燈及合位、跳位指示燈仍然采用裝置電源模件提供的內(nèi)部直流24V。參考圖如圖6(a)所示。
　　(4) 跳合位繼電器選用直流24V繼電器，短接印制板上原降壓電阻，將外
部接線改接到斷路器的無源輔助觸點(diǎn)上。電源采用外部開關(guān)電源提供
的直流24V。參考圖如圖6(b)所示。
　　(5) 跳合閘回路直接采用交流220V電源，KK把手及紅綠指示燈可接于此回路。裝置面 板上若帶合位、跳位指示燈，則此處紅綠燈可省去。參考圖如圖6(c) 所示。
4.2 信號回路
綜自站音響系統(tǒng)可相對簡單，可設(shè)事故和預(yù)告音響，該信號能遠(yuǎn)傳和就地預(yù)告，并可遠(yuǎn)方手動復(fù)歸或自復(fù)歸。其實(shí)現(xiàn)通常有兩種方式：
方式一：各保護(hù)測控裝置把各種信號傳送給后臺機(jī)，由后臺機(jī)定義信號的性質(zhì)，再由其傳送給音響裝置，發(fā)出所需的音響信號，相應(yīng)的光字信號可在后臺機(jī)上查詢，也可在各保護(hù)測控裝置上查詢。其示意圖如圖7所示。

方式二：方式一簡單，無需其它附件。但此種方式的缺點(diǎn)是，一但后臺機(jī)退出運(yùn)行，音響系統(tǒng)就變成了啞巴。這就不適用于一期工程為微機(jī)保護(hù)變電站，二期工程升級為綜自站的變電站。為彌補(bǔ)此缺陷，我們可將常規(guī)直流操作系統(tǒng)變電站的中央信號系統(tǒng)簡單化，使其適用于交流操作系統(tǒng)。比如用直流24V替代直流220V，用電阻替代光字牌，用組合式音響單元報警裝置替代沖擊繼電器，用喇叭替代警鈴及電笛等，相應(yīng)的光字信號可在各保護(hù)測控裝置上查詢。其原理參考圖如圖8所示。圖中電阻取值1.5kΩ左右。

單元式音響裝置售價低廉，綜自站可考慮同時采用兩套中央信號系統(tǒng)。后臺機(jī)投入運(yùn)行時，采用方式一，后臺機(jī)退出運(yùn)行時，采用方式二。

5交流操作綜合自動化變電站監(jiān)控系統(tǒng)的要求
適用于直流操作的綜自站監(jiān)控系統(tǒng)也完全適用于交流操作的綜自站，應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集、處理、傳送、故障報警、故障分析、故障顯示、事件記錄、事故追憶、遙控、遙調(diào)、定值召喚、定值打印、圖表打印、操作演示等功能 。

6 結(jié)束語
由于大容量在線式UPS質(zhì)量的提高及成本的迅猛下降，應(yīng)用UPS作為保護(hù)、控制、操作電源的交流操作系統(tǒng)變電站被越來越多的農(nóng)村及工礦企業(yè)所采用。本文所介紹的交流操作系統(tǒng)35kV綜合自動化變電站，已在陜西2000年、2001年農(nóng)網(wǎng)改造工程中運(yùn)用，并取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。綜合自動化變電站采用交流操作系統(tǒng)，具有成本低、接線簡單、維護(hù)方便等明顯的優(yōu)越性。但是，同直流操作系統(tǒng)相比，其可靠性還有差距。重要的35kV、110kV及其以上變電站還應(yīng)優(yōu)先考慮直流操作系統(tǒng)。