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高壓配電自動化改造與設(shè)計

發(fā)布時間：

2023-11-28 08:34

發(fā)射機房高壓電力設(shè)備是基層臺站輸配電系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，是發(fā)射臺站電力系統(tǒng)的主要節(jié)點，其作用是雙重的，其一它是發(fā)射臺站電力系統(tǒng)的主要監(jiān)控點；其二它是介乎獨立于變電站的電力系統(tǒng)。變電站是發(fā)射臺站輸配電系統(tǒng)的核心，更是發(fā)射臺站的命脈。隨著計算機技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，越來越多的新建變電站采用綜合自動化設(shè)計。但在許多的發(fā)射臺站電力系統(tǒng)中，變電站設(shè)備完成自動化改造，但存在大量不能及時更新自動化，并且使用多年的機房高壓電力設(shè)備。這些發(fā)射機房的高壓電力設(shè)備一般都是隨發(fā)射機房的使用而先行使用。容量大（容量預(yù)留）、出線多、投運久，其一次設(shè)備老化、損壞及腐蝕嚴(yán)重，維護更新的工作量及費用逐年增加，且效果不明顯。高壓柜內(nèi)二次設(shè)備從電磁型繼電器保護、晶體管保護、集成電路保護、弱電選控設(shè)備等等都在同時運行。這些設(shè)備的老化對發(fā)射臺站的安全播音中心任務(wù)構(gòu)成很大威脅，同時對臺電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運行埋下隱患；更對人身和機器設(shè)備構(gòu)成巨大威脅。對于每年電力系統(tǒng)導(dǎo)致的人為停播、技術(shù)停播和技術(shù)安全事故的發(fā)生，電力設(shè)備自動化是解決這一問題的根本方法。先進的繼電保護、計算機監(jiān)控以及“五防” 設(shè)備有利提高輸配電可靠性。鑒于對這類高壓電力設(shè)備投入巨大的維護、檢修力量而不能取到直接效果，因此，對未能完成自動化改造的高壓電力設(shè)備，采用合理的、經(jīng)濟的、先進的、可行性的改造，使其滿足發(fā)射臺電力自動化系統(tǒng)的要求，更使其滿足以安全播音為中心任務(wù)的發(fā)射臺站徹底解除電力安全隱患，已成為發(fā)射臺站電力系統(tǒng)工程技術(shù)人員面臨的主要問題。

(一) 改造目的

a. 實現(xiàn)對發(fā)射機房所有高壓電氣設(shè)備的實時監(jiān)控，提發(fā)射機房運行的安全可靠性。

b. 達(dá)到遠(yuǎn)程監(jiān)控的要求，改善高壓運行條件，實現(xiàn) CRT 實時監(jiān)控及運行記錄自動化，提高發(fā)射臺電力系統(tǒng)的自動化水平和運行效率。

c. 滿足電力系統(tǒng)自動化的功能要求和對遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)的實時性、可靠性、正確性和準(zhǔn)確性的要求。更加及時、全面地掌握發(fā)射臺電力系統(tǒng)及發(fā)射機房高壓設(shè)備的運行情況，實現(xiàn)“四遙” 功能，增強遠(yuǎn)程中心（變電站）監(jiān)視和控制的能力。

d. 減少維護成本，提高維護的有效性和實時性。

(二) 改造原則

a. 利用原有設(shè)備，降低改造成本；合理設(shè)計回路，減小改造難度。

b. 增強“四遙” 功能，利用間隔層智能 I/O 測控單元組建全臺電力設(shè)備自動化系統(tǒng)以及相應(yīng)的分布式通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全臺電力系統(tǒng)自動化。保證遠(yuǎn)動信息直采直送，遠(yuǎn)動命令直收直控。到監(jiān)控中心（變電站）的遠(yuǎn)動信息傳輸采用數(shù)據(jù)網(wǎng)串行接口通信以及遠(yuǎn)程計算機網(wǎng)絡(luò)接口通信混合方式。

c. 繼電保護裝置、故障錄波器和系統(tǒng)安全自動裝置獨立設(shè)置，保護信號采用雙重采集，即微機保護裝置的主保護信號以硬接點方式分別接入中央信號和監(jiān)控系統(tǒng)，數(shù)字輸出通過串行口或管理計算機接入以太網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)相連。

d. 電能量信息由智能電能表以串行接口方式接入測控裝置，計量關(guān)口點的電能量信息采用無源脈沖接點方式接入測控裝置。

e. 間隔層智能 I/O 測控單元的電氣模擬量采用交流采樣，測控部分按現(xiàn)狀規(guī)模配置。

(三) 自動化系統(tǒng)模式的選擇

電力自動化改造的關(guān)鍵是自動化模式的選擇，這必須根據(jù)各發(fā)射臺站的實際情況全面、系統(tǒng)、合理考慮。根據(jù)***臺的電力系統(tǒng)綜合自動化來看，發(fā)射臺站實現(xiàn)自動化改造主要基于以下兩種模式。

3. 1 常規(guī)遠(yuǎn)動方式

常規(guī)遠(yuǎn)動方式是指采用調(diào)度自動化系統(tǒng)的遠(yuǎn)動間隔層智能 I/O 測控單元實現(xiàn)自動化改造。該方式在原有間隔層智能 I/O 測控單元基礎(chǔ)上，采用局域以太網(wǎng)或 RS485 星形結(jié)構(gòu)，由功能分布式網(wǎng)絡(luò)化的間隔層智能 I/O 測控單元構(gòu)成監(jiān)控系統(tǒng)，增加相應(yīng)的測控功能及信號。高壓柜保留原二次系統(tǒng)，僅對原有二次回路進行改動，保留原有的中央信號系統(tǒng)易于運行和維護。充分利用原有設(shè)備，易于操作、改造施工簡便、工作量小，但改造后的二次回路系統(tǒng)較為繁雜，保護系統(tǒng)不能適應(yīng)擁有微機保護的電力系統(tǒng)自動化要求。

3. 2 綜合自動化方式

綜合自動化方式是指采用保護、測量、控制一體化的監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。該方式集高壓設(shè)備二次功能為一體，信息高度共享，結(jié)構(gòu)簡單、功能較多。需進行全面的二次系統(tǒng)改造，取消中央信號系統(tǒng)，遠(yuǎn)動系統(tǒng)和計算機監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一考慮，采用分層分布式結(jié)構(gòu)的開放式系統(tǒng)，將信號和控制回路接入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該方案需更換大量原有保護及二次設(shè)備，不易適應(yīng)發(fā)射臺站操作要求、改造難度大、施工復(fù)雜、工作量大。

(四) 具體方法

4. 1 遙測部分

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的測量參數(shù)根據(jù)有關(guān)規(guī)定和發(fā)射機房電力設(shè)備的實際需要來確定。主要問題是如何保證系統(tǒng)在更換過程中，舊的二次回路安全穩(wěn)定，不受影響和改變。

發(fā)射機房測量具體分為以下幾種接線方法：

間隔層智能 I/O 測控單元測量輸入部分由電流和電壓互感器組成，采用三相三線或三相四線或三角形接線方法。下面以***臺發(fā)射機房改造某一塊交流遙測板的第一條線路的接線為例說明三種接線方法。

a. 三相三線接線(兩表法) 如圖 1 所示，兩表法可測量并計算出如下交流量： Uab、 Ubc、 Ia、 Ic、 P、 Q、 f、 cosΦ；

b. 三相四線接線(三表法) 如圖 2 所示，三表法可測量并計算出如下交流量： Ua、 Ub、 Uc、 Ia、 Ib、 Ic、 Uab、 Ubc、 Uca、 P、 Q、 f、 cosΦ；

c. 三角形接線如圖 3 所示，該接線方法是為滿足有的用戶須直接測量三相線電壓而考慮的。此接法不計算功率，可測量并計算出如下交流量： Uab、 Ubc、Uca、 Ia、 Ib、 Ic、 f。

通過接入線路的 PT、 CT，經(jīng)過交流采樣板的采樣，主板的運算，可以在面板上顯示相應(yīng)的 Ua、 Ub、 Uc、 Ia、 Ib、 Ic，并計算出相應(yīng)的 Uab、 Ubc、 Uca、 P、Q、 COSφ 、 f。另外， NSC681 通過遙信板可以監(jiān)測線路的相應(yīng)開關(guān)節(jié)點的開關(guān)狀態(tài)，通過直流遙測板可以采集常規(guī)變送器輸出的 0～5V、 0～20mA、 4～20mA 的直流信號。

4. 2 遙信部分

4. 2. 1 事故總信號

a. 事故總信號的采集比較繁瑣，方案也很多，一般方法是改造二次回路，從中央信號回路中采集。放棄當(dāng)?shù)匾繇懝δ埽?或通過加裝壓板或繼電器人為地在“當(dāng)?shù)?rdquo; 和 “遠(yuǎn)方” 之間切換，該法存在信號誤發(fā)問題；也可在本地改造的 I/O測控單元加裝告警裝置。但不滿足“雙軌制” 的運行條件，不利于長期運行。

b. 采用多接點靜態(tài)型信號繼電器實現(xiàn)事故總信號的多重采集。該繼電器能提供三對及多對接點，一對為有源接點，用以點亮光字牌，保證當(dāng)?shù)毓δ埽?另兩對為無源接點，其中一對供給間隔層智能 I/O 測控單元的保護動作信號，另一對與其它各套保護中的信號繼電器接點并接后送給間隔層智能 I/O 測控單元，產(chǎn)生事故總信號，當(dāng)發(fā)射機房內(nèi)任一套保護啟動并跳閘時，事故總信號與該套保護動作信號同時送出。該方法使事故總信號在本地告警裝置與遠(yuǎn)方告警信息間相互獨立運行，解決了上述問題。

c. 由間隔層智能 I/O 測控單元軟件處理生成，或由監(jiān)視中心監(jiān)控后臺軟件處理生成。將所有啟動跳閘的保護信號軟件啟動，生成事故總信號。這種方法現(xiàn)場信號回路和接線基本不變，安全可靠、簡便易行、施工工作量小。

4. 2. 2 控制回路斷線信號

控制回路斷線是監(jiān)視斷路器分合閘回路完好與否的信號，如果原控制回路中裝設(shè)了位置繼電器，則將分、合閘位置繼電器備用的常閉接點接送至間隔層智能I/O 測控單元即可實現(xiàn)。實際上絕大多數(shù)老式發(fā)射機房高壓設(shè)備設(shè)計中均未考慮裝設(shè)位置繼電器，如果重新加裝位置繼電器，則增加不安全因素，施工難度較大，而且會高壓設(shè)備的整體二次回路。

a. 一般采用從光字牌利用光電隔離的方法，將信號轉(zhuǎn)接入間隔層智能 I/O測控單元。

b. 采用帶從動接點的紅、綠指示燈，該燈有一常開與一常閉接點，將同一控制回路中的紅、綠指示燈的常閉接點串接送給間隔層智能 I/O 測控單元，即可獲得控制回路斷線信號。施工時只需更換指示燈，接上 2 根信號線。采用這種方法，同控制回路可共用電纜，降低了接線繁瑣，容易出錯概率，使施工難度大幅降低。

4. 2. 3 斷路器和隔離刀閘位置信號

斷路器和隔離刀閘的位置信號是反映其運行狀態(tài)的信號，一般從斷路器和隔離刀閘的備用輔助接點處采集，但電纜施放工作量大，要重新鋪設(shè)新的電纜。以上述經(jīng)驗為基礎(chǔ)，用控制回路中紅、綠指示燈的從動繼電器常開接點來輸出開關(guān)位置信號，與控制回路斷線信號共用電纜，（也可單獨引出位置信號采集電纜至二次回路空接點，再接出至遙信端子）可以減少出錯概率和施工工作量。

4. 2. 4 其它遙信量

其它遙信量包括：壓力閉鎖、彈簧未貯能、機構(gòu)異常、直流接地、事故信號熔絲熔斷、預(yù)報信號熔絲熔斷等。上述諸多信號一次設(shè)備只能提供一對有源接點，動作后用來點亮光字牌。

a. 如取消光字牌，則將其改為無源接點或直接提供給間隔層智能 I/O 測控單元。（***臺丙機房采用此類接法，如下圖）圖中開關(guān)或刀閘輔助節(jié)點通過信號線進入遙信板經(jīng)光電隔離后變成+5V 邏輯電平供 CPU 采集, 圖中只畫了一路遙信的輸入回路。

b. 如保留光字牌，可利用保護動作或設(shè)備異常時觸發(fā)發(fā)射機房內(nèi)光字牌的直流電源，加裝一級中間繼電器或采用有從動繼電器的光字牌，當(dāng)裝置動作時，點亮現(xiàn)場光字牌；同時啟動繼電器，利用繼電器的常開接點發(fā)遠(yuǎn)動信號。

c. 采用光端子，利用光電隔離的方法，從光字牌并接入間隔層智能 I/O 測控單元。當(dāng)保護動作或設(shè)備異常時，在啟動現(xiàn)場光字牌的同時；驅(qū)動光電隔離，利用開關(guān)管的開關(guān)特性與遠(yuǎn)動間隔層智能 I/O 測控單元的直流 24V/48V 電源構(gòu)成回路，發(fā)出遠(yuǎn)動信號。如圖：

d. 保留光字牌和遠(yuǎn)動信號同時并存的主要問題是，當(dāng)做光字牌傳動試驗時，將誤發(fā)遠(yuǎn)動信號。解決方法是在控制屏上光字牌至間隔層智能 I/O 測控單元的220V 直流電源回路中加入 1 個控制開關(guān)，如果做光字牌傳動試驗時，打開控制開關(guān)，切斷至間隔層智能 I/O 測控單元的信號回路。

4. 2. 5 傳統(tǒng)處理方法與光電隔離方法的比較

傳統(tǒng)改造方法因大量使用中間繼電器，產(chǎn)生繼電器接點接觸不良、接點抖動而引起的拒發(fā)和誤發(fā)遠(yuǎn)動信號的現(xiàn)象，大量的繼電器必須加裝在高壓柜內(nèi)，會給高壓柜內(nèi)的各元器件造成不穩(wěn)定，甚至無法安裝。而采用光電隔離的信號轉(zhuǎn)換因全部采用集成電路和電子元件，克服了上述問題，可隨意安裝在保護或 I/O 測控單元上，提高了可靠性、合理性，降低了費用，施工簡易、靈活。

4. 3 遙控部分

a. 將間隔層智能 I/O 測控單元屏上每路遙控輸出端“+” 、遙分、遙合、閉鎖重合閘分別接至原控制回路中正電源、就地操作開關(guān) KK 的分閘接點 7 和合閘接點 8 以及重合閘放電接點 2、 4 即可實現(xiàn)。施工時注意：相鄰回路共用電纜，減少施工工作量和間隔層智能 I/O 測控單元屏端的電纜數(shù)量； “+” 電源應(yīng)分別使用各自回路的控制電源，嚴(yán)禁多回路共用，并通過間隔層智能 I/O 測控單元側(cè)壓板閉鎖

b. 將間隔層智能 I/O 測控單元屏上每路遙控輸出端“+” 、遙分、遙合分別與手控開關(guān)并聯(lián)接至原控制回路中的正電源、操作箱，并增加就地/遠(yuǎn)方控制選擇開關(guān)。

c. 具備檢同期功能/防誤閉鎖功能，特別是檢同期合閘和五防邏輯閉鎖控制輸出，這些都是高壓和超高壓變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)所必不可缺少的功能，保證了特別是開關(guān)等一次設(shè)備的可靠控制。遙控板出口回路示意圖見下圖所示，圖中 YK1 和 YK2 合閘、分閘的正電端子共用，且出口同時各有一路信號觸點。 YK3～YK8 合閘、分閘正電端子分開。

4. 4 遙調(diào)部分

4. 4. 1 直流裝置的更換

發(fā)射機房的高壓設(shè)備一般采用硅整流裝置，用電容貯能，其故障的發(fā)現(xiàn)和正常的檢查工作必須由人工操作完成，應(yīng)將之更換為免維護裝置，采用雙充電機和一組免維護蓄電池，該裝置至少應(yīng)有如下功能（***臺發(fā)射機房采用 BROSC 高質(zhì)量電源）：

a. 2 臺充電機可并列或獨立運行，相互切換，自動調(diào)節(jié)充電方式。

b. 各直流分路有自動絕緣檢查功能。

c. 有提供給間隔層智能 I/O 測控單元的絕緣破壞、整流器故障、過電壓、斷路器 MCCB 跳閘、負(fù)荷斷路器 MCCB 跳閘、低電壓異常、高電壓異常、過電壓、過負(fù)荷、控制熔斷器熔斷、直流接地、風(fēng)扇停止、停電等信號的無源接點。

d. 實現(xiàn)對蓄電池電壓、電流、溫度、放電容量、放電時間、可放電時間；負(fù)荷電壓、電流等監(jiān)測。

以***臺發(fā)射機房為例：

BROSC 裝置充電機是一種三相全控橋式自動充電機，精度高、可靠性高。該充電機具有軟起動、軟停止功能；具有自動穩(wěn)壓；均充、浮充自動轉(zhuǎn)換功能。充電機采用兩段限流方式，充電機輸出限流、蓄電池充電限流，對蓄電池充電能夠?qū)崿F(xiàn)溫度補償。

主要計量項目：整流器電壓、電流；蓄電池電壓、電流、溫度、放電容量、放電時間、可放電時間；負(fù)荷電壓、電流等。

主要狀態(tài)指示項目：交流輸入、整流器輸出、控制負(fù)荷、合閘負(fù)荷、浮充充電、均衡充電、輕故障、重故障、操作按鍵、蓄電池容量 5 級。

主要報警項目：蓄電池溫度升高、溫度異常、液面降低、異常放電、應(yīng)檢查、放電終止預(yù)告、放電終止等。整流器故障、過電壓、斷路器 MCCB 跳閘。負(fù)荷斷路器 MCCB 跳閘、低電壓異常、高電壓異常、過電壓、過負(fù)荷、控制熔斷器熔斷、直流接地、風(fēng)扇停止、停電等。

主要記錄項目： 30 種故障記錄、 10 種狀態(tài)記錄等。

4. 4. 2 增設(shè)斷路器分合閘線圈防燒毀裝置

當(dāng)斷路器由 KK 或遠(yuǎn)方操作時，如斷路器分合閘回路的輔助接點調(diào)整不當(dāng)，或輔助接點因長期使用轉(zhuǎn)動部件間隙過大，在切換過程中易造成拉弧或不能斷開，使分合閘線圈長時間帶電而燒毀，可能造成火災(zāi)和損壞直流裝置。為防止此類事故的發(fā)生，為了提高自動化要求和更安全、更有力保障安全播音任務(wù)改造的同時，應(yīng)考慮加裝防斷路器分、合閘線圈燒毀裝置。

4. 4. 3 更換繼電器

正常運行時 KK 的位置一般置于合后，當(dāng)遠(yuǎn)方分閘操作后，因開關(guān)的常閉接點閉合， KK 不會自動對應(yīng)至分閘位置，這樣重合閘啟動回路接通，其延時時間繼電器將一直處于動作狀態(tài)，特別是處于熱備用的設(shè)備(如旁路開關(guān)) ，線圈將會因長時間帶電而燒壞，因此，必須將其更換為靜態(tài)型重合閘繼電器。

5 結(jié)論

采用分布式間隔層智能 I/O 測控單元實現(xiàn)“四遙” 功能的發(fā)射臺站電力設(shè)備改造模式，其特點是基本保留了原二次系統(tǒng)設(shè)計，保護回路不動，二次回路改動少，充分利用了原有設(shè)備，投資少、改造難度小、施工簡易、方便。改造后的自動化系統(tǒng)經(jīng)濟、實用、可靠，具有推廣價值。發(fā)射機房高壓設(shè)備改造的設(shè)計、施工，應(yīng)對現(xiàn)場情況進行全面和深入的論證，設(shè)計要與現(xiàn)場實際情況相符合，提倡切合實際的優(yōu)化設(shè)計，保證發(fā)射機房電力設(shè)備自動化改造的順利實施，更安全的為機房播音提供可靠能源。

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