500kV虹杨地下变电站辅控系统设计特点

上海电力设计院有限公司 田 卉

1 工程概况

500kV虹杨地下变电站是一个全地下的地下变电站。本体形状为长方形结构，地下结构层为3层。地上一层为监控室、辅控电子设备室等。

封闭式冷却塔布置在地上建筑4层屋面，喷淋水泵、膨胀水箱、补给水箱也布置在地上建筑4层或5层屋面。

地下1～3层布置3台主变压器等电气设备以及变压器循环水冷却系统、电抗器循环冷却水系统、变电站通风空调系统、变电站给排水系统等辅助工艺系统。

变电站设有变电站自动化系统、遥视监视系统、技防系统、火灾自动报警及控制系统、SF6气体泄漏监视系统、感温光纤系统。

变电站辅控系统的设计范围为：变压器循环冷却水系统、电抗器循环冷却水系统、通风及空调系统、补给水处理系统、给排水系统、遥视监视系统、技防系统、火灾自动报警及控制系统、SF6气体泄漏监视系统、感温光纤系统的仪表与控制设计。

2 辅控系统设计特点

2.1 辅控系统设计采用分散控制系统（DCS）（以下简称辅控DCS）集中控制

变电站的辅控系统采用以微处理器为基础的先进的辅控DCS系统，其电气的遥视监视系统、技防系统、火灾自动报警及控制系统、SF6气体泄漏监视系统、感温光纤系统纳入辅控系统，辅控DCS在控制室内实现了辅控系统的显示、控制、联锁保护、报警等功能，方便运行监控。

2.2 一套辅控DCS实现仪表与控制的3大功能

变电站的辅控DCS具有采集及处理功能（DAS）、模拟量控制功能（MCS）、顺序控制功能（SCS）3大功能。

（1）数据采集及处理功能（DAS）对变电站的辅助工艺系统进行显示、记录、报警、历史数据的存储和检索（HSR）、性能计算等。

（2）模拟量控制功能（MCS）对变电站辅助工艺系统的各设备室温度控制、超滤和反渗透的加药控制、循环水流量控制、遥视探头控制等。

（3）顺序控制功能（SCS）对变电站的辅助工艺系统实现自动顺序逻辑操作、联锁及保护功能。辅控DCS的顺序控制结构分组级、子组级及驱动级，以子组级为主。SCS的功能组有6个功能组，分别为：变压器循环冷却水控制功能组（按设备分3个子功能组）、通风控制功能组（按楼层分3个子组）、补给水程序控制功能组、给排水控制功能组、消防控制功能组、遥视控制功能组。

2.3 辅控DCS硬件配置合理，满足运行监控需要，自动化水平高

辅控DCS硬件配置合理。

辅控DCS按功能分散、系统分散、通讯冗余、电源冗余的原则进行硬件配置。

辅控DCS配置四对冗余的控制器、两个全功能操作员站（LCD）、一个通讯服务器、一对冗余的视频处理器、一个火灾报警及控制器、一个工程师站、两台激光打印机、冗余数据总线、多个DCS机柜等构成。

运行人员使用布置在控制室内的辅控DCS的两个操作员站LCD、1个遥视LCD、1个技防LCD对变电站辅助工艺系统进行监控。4个LCD挂在布置在电子设备室内的冗余数据总线上，各系统的监控在一个数据平台上，信息资源共享、控制响应快、运行稳定可靠，就地无人监控，自动化水平高，具有常规仪表控制系统达不到的功能。

另外，火灾自动报警及控制系统，其主盘布置在监控室内，主盘上布置LCD和控制按钮，实现火灾报警及消防控制系统的监控，满足公安消防部门相关规定的要求。

2.4 变电站电气辅助系统进辅控DCS

遥视监视系统、技防系统、火灾自动报警及控制系统、SF6气体泄漏监视系统纳入辅控系统，扩大了辅控系统的设计范围及辅控DCS的功能。

各系统间的联锁保护在同一个DCS上实现，减少了常规仪表控制系统的数据交换硬接线信号，减少了安装工程量，减少了运行维护工作。

辅控DCS在SCS系统实现了具有的联锁保护功能有：消防与暖通系统联锁保护、消防与遥视系统联锁保护、SF6与遥视系统联锁保护、技防与遥视系统联锁保护、GOOSE网事件信息与遥视系统联锁保护、SF6气体泄漏与通风系统联锁保护、摄像机与辅助灯光联锁保护、报警与技防中语音系统联锁保护。

2.5 变电站仅有两套控制系统

与其他变电站的控制系统相比，变电站只有两个控制系统，一个是变电站自动化系统，一个是变电站辅控系统，两个系统有通讯接口。变电站控制系统少，减少了备品备件种类，便于整个变电站的控制系统运行维护。

2.6 在一个控制室内实现变电站自动化控制

变电站辅控系统与变电站自动化系统公用一个集中控制室，布置在零米，方便运行，同时便于电气专业、辅控专业运行人员之间的协调沟通。

在控制室内，运行人员以操作员站LCD为主要监视控制手段，对辅控系统实现启动、停止、运行工况的监视和调整及事故处理等；在控制室内除火灾报警消防控制盘外，没有常规仪表盘；就地无人值班；实现了变电站自动化控制。

2.7 设电子设备室及MCC间

设置了具有空调的辅控电子设备室、辅控MCC间，满足了DCS模块、电气设备的温度、湿度要求。辅控电子设备室与控制室邻居布置，便于运行人员在DCS模块故障时带电插拔模块等工作。辅控MCC柜集中布置在MCC间，无尘、环境温度、湿度恒定，MCC柜的电气设备可靠运行，集中布置便于运行、检修、维护。

2.8 在MCC柜上设后备手操

在辅控MCC柜上设置阀门/转机的控制开关、远方/就地控制切换开关，在辅控系统启动时，现场人员在MCC间进行少量的操作，配合控制室内的运行人员进行系统启动。当DCS故障时的作为后备手操。集中布置MCC柜，运行人员现场操作优于就地布置MCC柜。

2.9 工艺设备厂家不成套供货控制装置

工艺设备厂家只成套供货必须安装在设备上的就地仪表，不成套供货控制装置。这样，减少了控制系统，利于辅控DCS的安装、调试，利于辅控系统备品备件的统一。

2.10 选用性能先进的仪控设备和材料

辅控系统的主要就地仪表选用智能仪表，变送器选用带HART协议的进口智能变送器，执行机构选用带HART协议的进口智能一体化电动执行器。

辅控系统的仪表阀门选用国产优质不锈钢阀门。

辅控系统的电缆应选用阻燃低烟无卤电缆。

2.11 设辅控实验室

变电站设置辅控试验室，满足辅控系统仪控设备检修、校准、调试的需要。试验室仪表采用国际标准计量单位，试验室仪表的数量按能满足日常检定工作的需要进行配置。

3 辅控系统优化

变电站的辅控系统与以往其他变电站的辅控系统比较，在设计上实现了一系列的优化，由常规仪表盘控制到分散控制系统控制；设备布置由就地到集中布置；辅控系统设计范围大、功能强，集中控制，就地无人值班，集中控制室内无常规仪表盘；在MCC间设后备手操，不允许行工艺系统厂家带控制装置，整个变电站控制系统少，备品备件统一等。由于进行了设计优化，提高了变电站辅控系统的实现了自动化控制。

变电站的辅控系统设计采用DCS,其自动化水平已与电厂的机组控制水平一致，实现了变电站辅控系统的智能化、数字化。

在后续的变电站设计中，随着辅控DCS应用的普及、运行经验的成熟、与变电站自动化系统通讯的可靠稳定，电气专业对DCS接受程度增强，有可能在将来采用一套分散控制系统DCS对变电站进行控制，即控制系统设计范围为电气系统、辅控系统，这是变电站控制系统设计的一个设想。变电站采用一套DCS系统，这个设想在技术上是可行的，在电厂的DCS设计中，电气控制是纳入DCS，在单元控制室内进行电网控制。因此，变电站自动化系统、变电站辅控系统采用一套DCS控制，这个设想有可能实现。

4 结束语

500kV虹杨地下变电站辅控系统，在设计上打破了传统的常规仪表监控的设计理念，具有技术先进性；辅控系统采用了先进的分散控制系统DCS，使其控制系统领先其他变电站的常规仪表盘控制系统；辅控DCS硬件配置合理，在控制室内集中控制，运行人员少，就地无人值班，在MCC柜设后备手操，DCS机柜集中布置、MCC柜集中布置，仪控设备材料选型先进、设辅控实验室等，使500kV虹杨地下变电站的辅控系统设计，以其自动化、数字化、智能化优于其他变电站的辅控系统设计。