500kV智能变电站3/2接线方式下HGIS扩建完整串的方案研究

2017-09-15田小文张人英王粤术

科技与创新 2017年17期

关键词：保护装置接线断路器

田小文，张人英，王粤术

（国网山西送变电工程公司，山西太原 030006）

500kV智能变电站3/2接线方式下HGIS扩建完整串的方案研究

田小文，张人英，王粤术

（国网山西送变电工程公司，山西太原 030006）

智能变电站作为输配电系统的信息源和执行终端，在实际工作中，要求它提供的信息量和实现的集成控制越来越多，因此，目前的变电站迫切需要一个简约、智能的系统实现信息共享，以减少投资，提高运行、维护效率。这些运行和管理的需求使智能变电站成为变电站自动化系统发展的新方向。随着计算机应用技术和现代电子技术的飞速发展，智能变电站已在我国电网建设中被大力推广，并得到了非常好的发展。

500kV智能变电站；3/2接线方式；HGIS设备；扩建工程

从2010年世界首座智能变电站在我国投运以来，后建变电站大多为智能变电站，目前新建工程全部为智能变电站。但是，随着智能变电站的投运，扩建施工也逐渐增多，针对智能化和HGIS设备形成了一套规范、合理、经济、安全的停电施工方案，这也是大势所趋。

1 HGIS设备在500kV电网系统中的应用

HGIS（HybridGasInsulatedSwitchgear）是一种介于GIS与AIS之间的高压开关设备。HGIS的结构与GIS基本相同，但它不包括母线设备。其优点是母线不装于SF6气室，是外露的，因而接线清晰、简洁、紧凑，安装和维护检修方便，运行可靠性高。随着电网规模的不断扩大，超高压变电站大量增加。受环境和占地面积的限制，我国超高压500kV变电站的主设备选型是非常重要的。

2 国内外研究水平综述

近年来，“智能电网”已成为一个流行的专业术语，代表了当今世界电力系统发展变革的最新动向，被认为是21世纪电力系统的重大科技创新和发展趋势，而我国无疑已经走到了世界前列，引领了这场跨时代的电力变革。

智能电网作为未来电网的发展方向，渗透到发电、输电、变电、配电、用电、调度、通信信息各个环节。在这些环节中，智能变电站无疑是最核心的一环。

2009年，国家电网公司首次公布了“智能电网”发展计划，将在2020年前完成智能电网改造。其中，2009—2010年是规划试点阶段，重点开展坚强智能电网发展规划，制订技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点；2011—2015年是全面建设阶段，将加快特高压电网和城乡配电网建设，初步形成智能电网运行控制和互动服务体系，关键技术和装备实现重大突破，并广泛应用；2016—2020年是引领提升阶段，将全面建成统一的坚强智能电网，技术和装备达到国际先进水平。

3 项目理论和实践依据

3.1 停电施工的原理简述

针对智能变电站和3/2接线方式的HGIS设备，需分别从一次设备安装需要停电和二次施工、调试需要停电两方面进行论述。

3.1.1 一次设备安装停电范围和施工内容

以某500kV变电站500kV配电区第四串由不完整串扩建为完整串为例进行说明。扩建前该串主接线情况如图1所示，扩建后该串主接线情况如图2所示。

图1 扩建前该串主接线示意图

图2 扩建后该串主接线示意图

一次设备安装工作相对直观，观察现场、校验图纸后，在满足安规安全净距的情况下，提出停电施工计划。为了安装新增5043断路器，需申请距离较近的5042断路器、Ⅱ母停电，以完成5043断路器相关气室的安装工作，并完成抽真空、注气、高压试验、引连线安装等工作。

3.1.2 二次设备安装、调试停电范围和施工内容

二次作业不直观，相对复杂，需在一次设备安装申请的停电范围内完成相对直观的二次作业，比如HGIS设备汇控箱二次接线、接地线制作、防火封堵等。但是，对于光缆改接、二次设备SCD文件修改、交换机组网方式改变、保护传动等工作，需申请相关二次设备停电，如果二次设备停电不满足施工要求，还需申请一次设备停电。

3.2 停电施工方案确定的关键和难点

停电施工方案确定的关键和难点包括以下几点：①熟悉现场和施工图纸，明确工作范围，不得遗漏或擅自增加工作内容；②HGIS设备在停电前无法对接，停电后组装作业多，对工程能否按期完成有较大的影响；③由于SCD等配置文件不像常规变电站二次设备端子排电缆线芯直观，而且部分内容主要由生产厂家完成，所以，相关人员必须提前熟练掌握变电站二次设备的组网方式；④停电作业完成后，需考虑系统恢复正常运行方式的条件。

4 项目研究内容和实施方案

4.1 研究内容

目前，常见的智能变电站内3/2接线方式下HGIS设备由不完整串扩建为完整串，综合考虑，在确定最优的停电施工方案时，既要不扩大停电范围，又要能够完成既定的施工任务。

4.2 实施方案

4.2.1 布置和主接线方式

以大同东500kV智能变电站为例，配电装置采用3/2接线方式，共七串，目前已建1#主变、2#主变进线，雁同1、雁同2共2回出线，共计1个完整串和2个不完整串（第4串为完整串，第1串、第5串为不完整串）。500kV配电区采用悬吊管母线布置形式，采用HGIS设备，布置方式为“3+0”，进出线电压互感器、避雷器采用AIS设备。

第一串原来为备用—2#主变不完整串，为方便以后扩建为完整串，新建工程时，已采取了临时过渡方案，通过上层母线进行连接，以减少扩建时的作业量。

4.2.2 梳理配电区扩建一次设备施工工作量

现场一次设备施工主要工作包括：5011断路器单元HGIS设备安装，抽真空，注气，高压试验，拆除Ⅰ母管母线与上层软母线引连线（新建工程临时过渡用），安装Ⅰ母管母线与第一串Ⅰ母侧套管引连线，安装线路至站内上层软母线跳线，新增设备接地。

4.2.3 针对一次设备施工确定需停电范围

针对一次设备的施工工作量，确定所需停电的范围为500kV配电区第一串5012断路器、500kVⅠ母。在新增HGIS设备进行耐压试验时，需要注意5012断路器的状态，确保耐压所加电压与运行设备可靠隔离，不得因为耐压试验影响到设备的正常运行。

HGIS设备耐压时现场状态如图3所示。

图3 HGIS设备耐压时现场状态示意图

4.2.4 变电站自动化系统网络

从逻辑功能上看，500kV智能变电站自动化系统是由站控层、间隔层和过程层3层设备组成的，采用分层、分布式网络系统实现连接，整体系统为“三层设备两层网络”结构。站控层由主机兼操作员站、远动通信装置等构成，提供站内运行监视控制的人机联系界面，实现对间隔层、过程层等设备的管理控制，并与调度通信中心通信。

间隔层由保护、测控、录波和计量等构成，在站控层和站控层网络失效的情况下，仍能独立完成间隔层设备的就地功能。过程层由常规互感器、合并单元、智能终端等构成，完成与一次设备相关的功能，包括运行实时电气量的采集、设备运行状态的监测、控制命令的执行等。

全站各层设备和网络按照IEC61850标准统一建立模型，实现不同厂商、不同设备之间的规约互通和互操性。

500kV电压等级过程层GOOSE、SV网交换机按串配置，并按照双重化配置。为了保证其可靠性，任意2台智能电子设备之间的数据传输路由器控制在4台交换机之内。

一次设备智能化方案按照“一次设备本体+传感器+智能组件”的形式执行，将智能组件与一次设备有机结合起来，实现一次设备的智能化，包括保护、控制、通信和状态监测等功能。

500kV智能终端、合并单元按照双重化配置，保护采用“直采直跳”方式，保护之间的闭锁重合闸、失灵启动等信息采用GOOSE网络传输方式。500kV线路保护、断路器保护、母线保护均采用双重化配置。

4.2.5 梳理二次施工全部工作量

扩建二次施工工作量包括：HGIS设备本体、汇控箱安装、接线（含光缆），线路电压互感器端子箱安装、接线，5011断路器和阳高电厂出线测控装置安装、接线，5011断路器保护屏安装、接线，阳高电厂线路保护屏安装、接线，涉及到Ⅰ母母线保护、第一串故录、信息子站、行波测距等装置的改、接线，涉及到智能终端、合并单元、保护装置等二次设备的GOOSE文件重新配置、调试、传动等。

4.2.6 针对二次施工确定需停电范围

对二次工作进行分类，分为在不停电状态下可完成作业、配合一次设备需要停电状态下可完成作业，以及还需要申请其他相关联设备停电才能进行作业这三类。

不停电状态下可完成作业有：线路电压互感器端子箱安装、接线，5011断路器及阳高电厂出线测控装置安装、接线，5011断路器保护屏安装、接线，阳高电厂线路保护屏安装、接线。配合一次设备需要停电状态下可完成作业有：HGIS设备本体、汇控箱安装、接线（含光缆）。

还需要申请其他相关联设备停电才能进行的作业有：涉及到Ⅰ母母线保护、第一串故录、信息子站、行波测距等装置的改、接线，涉及到智能终端、合并单元、保护装置等二次设备的GOOSE文件重新配置、调试、传动。从分类作业中可知，只针对第三类作业进行分析，提出相关联需申请停电的设备即可。

变电站内设备分类如图4所示。

图4 变电站内设备分类示意图

相关运行设备为直接需在其内部进行改接线或需重新配置GOOSE文件的设备，在作业时，必须申请停电，比如5012断路器保护屏、Ⅰ母母线差动保护屏等。

涉及设备是指为了验证相关运行设备重新改接线或配置GOOSE文件后的正确性，需要进行传动、调试而涉及到的运行设备，比如各串所有Ⅰ母侧断路器和保护屏、5013断路器和保护屏、2#主变变压器保护屏等。

相关运行设备均需申请停电进行扩建二次作业，但对于涉及到的设备需综合考虑，在确保安全和功能性的前提下，尽量缩小停电范围，例如，可以采取保护轮退等方式完成扩建二次作业，以保证电网运行的可靠性。

4.2.7 二次设备功能需验证内容

二次设备功能需验证的内容有：①需模拟二次设备包括5011断路器、5012断路器、5013断路器保护装置A套、B套，5011断路器、5012断路器、5013断路器智能终端和合并单元A套、B套，500kVⅠ、Ⅱ母母差保护装置A套、B套，主变保护装置A套、B套，新建线路保护装置A套、B套，第一串层GOOSE、SV网交换机A套、B套等；②由于一次设备断路器无法完成实际连接，所以，可以将智能终端和合并单元接入仿真系统进行模拟；③根据预报停电施工计划，模拟相关设备退出运行进行功能性验证。

功能性验证的步骤是：①5012断路器保护装置A套、B套，5012断路器智能终端和合并单元A套、B套，500kVⅠ母母线保护屏A套、B套均退出运行；②根据扩建要求，将5011断路器保护装置A套、B套，线路保护装置A套、B套接入原有系统；③按照扩建后要求为5012断路器保护装置A套、B套，5012断路器智能终端和合并单元重新配置程序；④完成线路保护A套、B套，5011断路器、5012断路器保护装置和智能终端，合并单元A套、B套的功能验证；⑤为Ⅰ母母线保护装置A套、B套重新配置程序；⑥完成Ⅰ母母线保护A套、B套和所有Ⅰ母侧断路器保护装置，智能终端，合并单元A套、B套的功能验证；⑦将5013断路器保护装置、智能终端、合并单元、主变保护装置、Ⅱ母母线保护装置、第一串间隔层交换机的全部A套退出运行，完成5012断路器保护装置、智能终端、合并单元由于程序重新配置后引起的功能验证，并确保对5013断路器保护装置、智能终端、合并单元、主变保护装置、Ⅱ母母线保护装置、第一串间隔层交换机的全部B套运行无影响；⑧恢复退出运行设备，让其继续运行，然后将5013断路器保护装置、智能终端、合并单元、主变保护装置、Ⅱ母母线保护装置、第一串间隔层交换机的全部B套退出运行，完成5012断路器保护装置、智能终端、合并单元由于程序重新配置后引起的功能验证，并确保对5013断路器保护装置、智能终端、合并单元、主变保护装置、Ⅱ母母线保护装置、第一串间隔层交换机的全部A套运行无影响。