交流操作系統35kV綜合自動化變電站二次接線設計

對于農電等部門新建35kV變電站，采用交流操作系統具有顯著的經濟性。文章從電源、屏面布置、交流回路、控制信號回路、監控系統等方面，闡述了35kV綜合自動化變電站采用交流操作系統時，如何進行二次接線的設計，對變電站二次設計人員有較大的幫助作用。
　　關鍵詞：綜合自動化；交流操作；直流操作；二次接線；監控系統

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、農網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(下稱綜自系統)，以適應我國電網自動化的要求。變電站采用綜自系統是加強電網管理、提高電網安全運行和勞動生產率的重要措施。變電站采用綜自系統所起的作用及所產生的效益主要體現在：減少現場誤操作事故，提高電網供電可靠性和供電質量，提高電網運行管理水平，提高供電企業的勞動生產率，降低變電站的建設運行成本，強化更新電力系統操作人員的知識技能，帶動供電企業的技術進步。
　　以往35kV綜合自動化變電站多采用成熟、穩定、可靠的直流操作系統。一套帶智能通信接口的直流屏造價通常在15萬元以上，這對于農電、工礦企業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取代直流操作系統，從而取消直流屏，節省下來的資金，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設備，這是非常經濟的。怎樣用交流操作系統替代成熟的綜自站直流操作系統，并且使交流操作系統同樣具備穩定性、可靠性及后備性，在二次接線上應注意什么，這就是本文要加以討論的問題。

1　交流操作系統電源及站用變
　　為使交流操作系統的電源具備穩定性、可靠性及后備性，可以運用下列方法解決：相對于直流操作系統中由直流屏直接提供的直流220V電源，在交流操作系統中改用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、測控等微機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) 機構儲能電源使用交流220V，由UPS輸出提供；
　　(4) 后臺機使用交流220V，由UPS輸出提供；
(5) 跳、合位繼電器采用直流24V，由外部開關電源提供，開關電源的輸入為UPS輸出的交流220V；
　　(6) 中央信號回路采用直流24V，由外部開關電源提供，開關電源的輸入為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。
　　綜自站的站用變應放在變壓器高壓側，重要的變電站站用變壓器可采用一主一備，并設自投。交流配電柜可設兩組獨立的母排。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、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。對于規模為兩臺變壓器、8回進出線的35kV變電站，UPS的容量可選取3kVA。圖2為此種UPS結構示意圖。其工作原理為：正常工作時，站用變壓器輸出電壓(簡稱市電)經整流器變成直流后，再經逆變器變換成穩壓、穩頻的正弦波交流電壓供給負載。當市電掉電時，由蓄電池組向逆變器供電，以保證給負載提供不間斷的電源。如果逆變器發生故障，UPS則通過靜態開關切換到旁路，直接由市電供電。當故障消失后，UPS又重新切換到由逆變器向負載供電。

　　上述UPS，如果在市電掉電的同時逆變器發生故障，此時負荷便出現斷電事故。為彌補此缺陷，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并聯工作的方式，如圖3所示。此種方式當一臺UPS逆變器發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UPS逆變器發生故障且一路交流電源斷電時，靜態開關可將UPS的負荷切換到旁路，由另一路交流電源供電，從而確保負荷不斷電。

2　屏位及屏面布置
　　交流操作綜自站因其10kV開關多采用戶外桿上操作機構，其二次保護適于集中組屏。屏面布置應注意以下幾點：
　　(1) 相同或相似性質的保護測控裝置及其控制元件，應考慮安裝于同一屏(柜)面上；
　　(2) 不同柜體間相同性質的安裝單元(比如保護裝置、KK把手、紅綠燈等)，在屏(柜)面上的高度、位置等宜對應一致；
　　(3) 兩套變壓器的保護設備、控制元件等宜布置在不同屏(柜)面上；為節省空間，也可考慮安裝于同一屏(柜)面上，但應一左一右明確區分；
　　(4) 屏(柜)面布置元件時應滿足調試和運行巡查方便的要求；
(5) 同一安裝單元各套獨立保護配置在一塊屏(柜)面上，應明確區分布置，以便巡查、維護和調試。
　　綜自站應設主控室安放繼電保護柜、電度表柜、交流配電柜等，后臺機可選用一體化工控機安裝在保護柜上，也可選用普通工控機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#主變主保護裝置、高低壓側后備保護測控裝置、調壓音響裝置；1回35kV進線保護測控裝置；5回10kV進、出線保護測控裝置；1回電容器保護測控裝置；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　電流電壓回路及計量
　　交流操作綜自站電流電壓回路相仿于直流操作系統。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。電量的采集量應滿足《電測量儀表裝置設計技術規程》的要求。
　　電流和電壓互感器二次回路分別只設一個接地點，電流互感器接地點設在配電裝置處(差動保護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集中在控制室一點可靠接地。
　　為確保繼電保護的獨立性、可靠性，當保護與測量共用一組電流互感器時，保護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和測量的要求。
　　電度計量應滿足下列要求：
　　(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符合有關規程和規定；
　　(2) 智能型電度表應具有抗干擾能力強，監控退出不影響電度累計數，接口連接方便，節省電纜等特點，并能數字通信遠傳；
　　(3) 變電站平衡電度計量考核點，宜采用微機計算，以節省電度表投資和屏位，充分發揮微機的綜合功能。

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微機保護測控裝置控制操作回路原理圖。現要將其變為交流操作系統，就必須對原適用于直流操作系統的微機保護測控裝置做相應的改動，使其適用于交流操作系統。這種改動，不同的設計人員有不同的方法。我的觀點是，盡量對原保護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微機保護測控裝置控制操作回路原理圖，具體改動如下：
　　(1) 各保護測控裝置電源模件應選用交直流輸入通用的開關電源，使其電源模件適用于兩種操作系統。
　　(2) 取消裝置內部的防跳回路(為彌補此缺陷，一次設備可選用帶防跳回
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備沒有連接關系且功耗低，故采用裝置電源模件提供的內部直流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上。電源采用外部開關電源提供
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
綜自站音響系統可相對簡單，可設事故和預告音響，該信號能遠傳和就地預告，并可遠方手動復歸或自復歸。其實現通常有兩種方式：
方式一：各保護測控裝置把各種信號傳送給后臺機，由后臺機定義信號的性質，再由其傳送給音響裝置，發出所需的音響信號，相應的光字信號可在后臺機上查詢，也可在各保護測控裝置上查詢。其示意圖如圖7所示。

方式二：方式一簡單，無需其它附件。但此種方式的缺點是，一但后臺機退出運行，音響系統就變成了啞巴。這就不適用于一期工程為微機保護變電站，二期工程升級為綜自站的變電站。為彌補此缺陷，我們可將常規直流操作系統變電站的中央信號系統簡單化，使其適用于交流操作系統。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，相應的光字信號可在各保護測控裝置上查詢。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。后臺機投入運行時，采用方式一，后臺機退出運行時，采用方式二。

5交流操作綜合自動化變電站監控系統的要求
適用于直流操作的綜自站監控系統也完全適用于交流操作的綜自站，應具有數據采集、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、定值召喚、定值打印、圖表打印、操作演示等功能 。

6 結束語
由于大容量在線式UPS質量的提高及成本的迅猛下降，應用UPS作為保護、控制、操作電源的交流操作系統變電站被越來越多的農村及工礦企業所采用。本文所介紹的交流操作系統35kV綜合自動化變電站，已在陜西2000年、2001年農網改造工程中運用，并取得了很好的經濟效益。綜合自動化變電站采用交流操作系統，具有成本低、接線簡單、維護方便等明顯的優越性。但是，同直流操作系統相比，其可靠性還有差距。重要的35kV、110kV及其以上變電站還應優先考慮直流操作系統。