35kV变电站一次和二次设备的技术改造分析

35kV变电站一次和二次设备的技术改造分析

谢卓明

(广东电网有限责任公司云浮供电局)

摘要：现阶段，随着经济的发展，能源需求更是不断与日增长，尤其是对于电能而言，其廉价、清洁、可再生，在生产和生活中的应用更是广泛。随着电能需求的不断增长，电力系统不断扩建，电网一次设备和二次设备之间的问题也不断凸显出来，对于其进行技术改造势在必行。35kV变电站是电网系统中的重要组成，具有基础性地位，其良好运行直接与用户的用电安全息息相关。为此，本文就以35kV变电站的技术改造为切入点，针对一次设备和二次设备的技术改造进行了探讨，希望能够对相关工作人员有所能启发。

关键词：35kV变电站；一次设备；二次设备；技术改造

就当前的情况来看，电网中还存在数量相当多的老旧的35kV变电站，并处于疲惫运行中，但是，运行过程中难免存在许多缺陷，尤其是设计、安装、结构自身以及设备老化等方面，更是为电网的安全运行埋下了安全隐患。即使是进行处理，但是，由于多种方面的原因，操作的复杂性明显，电网安全事故更加容易发生。而传统变电站的二次系统主要由继电保护、就地监控、远动装置、滤波装置组成。在实际应用中，按上述功能组织，相应的就有保护屏、控制屏、中央信号屏、滤波屏等设备。每一个一次设备都与这些屏有关，因而，每个设备的电流互感器的二次侧都需要引到这些屏上;同样，断路器的跳、合闸操作回路，也需要连到保护屏、控制屏、远动屏及其它自动装置屏上。此外，对同一个一次设备，在与之相应的各二次设备之间，保护与远动设备之间都有许多连线。由于各设备安装在不同地点，因而变电站内电缆错综复杂。基于变电站的特殊性，要求供电安全、可靠、经济，则供电网络需实行自动化控制。为此，针对35kV变电站进行一次设备和二次设备的改造，是符合现代电网发展的重要措施，对于促进电网的可持续发展具有重要意义。

一、35kV变电站一次设备和二次设备现状分析

随着时间的推移，电力系统不断发展，变电站日益呈现自动化的发展趋势，就目前的情况来看，变电站基本上实现计算机控制、微机继电保护，并实现了安全的自动装置，以及一次设备和二次设备的信息交流。尤其是变电站电气回路的实现，更是促进了变电站的数字化进程。在现有的设备下，用二次电缆将一次、二次设备连接起来，但是，在实现一次设备与控制室连接的过程中，由于大量二次电缆的需求，设备电气隔离十分困难……常规变电站结构如下图1所示。

图1变电站结构示意图

1、一次设备智能化程度不高

在35kV变电站中，不得不提的是电流、电压互感器，传统意义上的电流互感器和电压互感器均是电磁感应式设备，具有相对复杂的结构，随着电压等级的提高，设备的绝缘要求随着提高，结构越来越复杂;随着电网运行对于二次系统的要求不断提高，电流互感器二次侧输出越来越多，一电压互感器也被要求提高二次负载能力;传统电流、电压互感器的输出为模拟量，不能直接与数字化设备接口，模拟量测量需要有隔离变压器、A/D转换器等环节。电子式互感器已在各电压等级电网挂网运行，但设备寿命、运行的稳定性和可靠性尚有待验证。

断路器执行正常操作和事故快速隔离故障的功能，总体上可分为断路器本体和操作机构，继电保护或测控装置的分合闸命令通过二次回路进行传递。随着运行年限的增加，从历年的运行情况可知，断路器操动机构、二次回路引起的故障占断路器故障的四分之三左右，由此可见，对于其进行改造对于改善电网运行环境，提高电网运行的安全稳定性具有重要意义，尤其是对于智能断路器的有益探索，更是意义重大。就目前的情况来看，国内外都在进行智能断路器的研究，近年来已有很多智能化断路器面市，真正意义上的智能断路器未发现在超高压电网运行。

2、二次设备互操作性不强

由于二次设备缺乏统一的功能和接口规范，许多生产厂家采用各自特定的专用通信协议，不同生产厂家二次设备之间的互操作性问题至今仍然没有得到很好地解决。采用不同生产厂家的智能电子设备要进行复杂的协议转换和繁重的现场调试工作。

3、二次回路过于复杂

常规变电站的继电保护、安全自动装置、测控装置和计量等二次设备都是功能单一相互独自的设备，相互之间信息共享程度很低，每个装置自主采集所需的信息。变电站二次回路有:

电源回路:操作电源回路、工作电源回路、控制电源回路、信号电源回路;

（2）二次设备各自的电流回路;

（3）母线电压、线路(主变)电压回路以及电压切换、并列回路;

（4）一次设备运行状态信号回路;

（5）一次设备健康状况信号回路;

（6）一次设备操作、控制回路;

（7）二次设备相互间闭锁、启动信号回路;

（8）继电保护、安全自动装置动作命令、动作信号;

常规变电站采用二次电缆传递电网运行信息、设备健康状况和控制命令，不同的一设备之间、不同的二次设备之间、一二次设备之间都可能存在电缆连接，二次回路非常复杂，容易遭受电磁干扰和形成寄生回路。

4、信息共享水平低

变电站不同设备之间、变电站与电网调度中心、运行监控中心存在大量信息交换，这些信息大致可以分为:

(1)电力系统运行信息(系统频率、电压、负荷电流功率、设备分合闸位置和变压器有载开关位置、油温等);

(2)一次设备健康状态信息;

(3)变电站自动化系统自身的健康状态信息;

(4)继电保护运行与故障信息;

(5)一次设备在线监测系统信息;

(6)电能质量监测信息。

上述信息系统相互之间互相独立，分别由不同的设备、技术主管部门建设、运行、维护，由于多种原因存在大量通信规约的转换问题，信息共享程度很低，甚至发生相互矛盾的现象。主要原因有:

(1)技术方面缺乏统一的建模规范;

(2)各信息系统关注重点存在差异，系统建设缺乏统筹规划、协调，导致重复建设;

(3)变电站内主要采用二次电缆“点对点”传输的方式进行信息交换;

(4)多种规约之间规约转换可能引起信息丢失;

(5)部分技术标准制约了信息共享。

5、调试、运行、维护不方便

首先，变电站中一次设备不能提供自身的状态信息，比如绝缘、老化程度、介损等情况。设备状态信息缺乏，导致运行、检修有失科学性和合理性。

其次，由于信息共享程度低，各信息系统的数据不能直接利用，运行人员需要从不同的系统录入数据，做大量重复性工作。

第三，一方面变电站自动化系统都是采用硬接线点对点方式连接，厂站设计复杂、调试复杂，另一方面变电站继电保护、自动北设备未采用面向对象自描述技术，接收端需要对数据进行大量的工程物理量对应、标度转换等工作。造成调试工作量繁重，需要大量人工对点工作。

二、关于35kV变电站一次、二次设备改造的几点设计要点

1、对变电站进行一次设备改造的几点设计要点

当变电站正在运行且其电压为35千伏时，对这类设备进行技术改造时，其设计要点主要有三个方面：当改造35千伏线路的接线方式时，可以将线路的接线方式改为变压组内桥式接线；与此同时，为了降低检修人员在检查线路故障时的劳动强度，我们可以将10千伏的线路改造为单条母线分段的运行方式。当处在对35千伏设备进行改造的阶段时，可以对供电为35千伏的电力企业下严格的明令，要求他们必须对已经淘汰的设备进行更换，比如，换掉传统旧变电站的开关，更换容量达不到标准的隔离开关以及对母线的更新，还比如，为了无人值班和对设备进行远程监控的设想的实现，可以将以前的需要手动操的隔离开关改为电动操作；为了尽可能的避免损坏继电器，还可以使用以下两种方法：一是淘汰陈旧的35千伏主继电器的保护装置和主进线，将其更换成新型继电器保护屏，二是用新型控制装置来替换老旧的中央信号光字牌。当改造10千伏的设备时，可以更改开关柜的布置形式，讲原来的双列布置改为单利布置，并且可以将机械闭锁之类的装置安装到开关柜上。

2、对变电器进行二次设备改造的几点设计要点

现在使用的35千伏的变电站二次设备主要是具备以下几个部分：一是直流系统、二是中央信号、三是继电保护的装置、四是就地监控、五是滤波装置等等。我们对变电站的二次设备进行一些技术改造主要是为了让变电站设备更加安全以及使其运行能力得以提高。设计要点主要包含以下五个方面：

变电站有时会有一些热备的需求，为了满足这些需求，我们一般会对直流系统的整流模块进行技术改造，一般是讲单相桥式更改为三相桥式。

一般也会对变电站的主要变压器进行更改，将其更换为辐射供电的保护装置，同时也会增添具有遥控、遥信、遥测的功能装置；同时为了实现后台的监控系统和直流系统之间的通信，我们也会将变电站10千伏的开关柜进行改造，将直流系统更改为环网模式来供电。

变电器的监控系统以及火灾报警的系统对于用电的安全性的要求是很高的，为了满足这个要求，我们在改造电源装置时，会配置一套可以逆变的电源装置；与此同时，在我们配置的逆变电源装置上要配置符合标准的信息传递的接口，这样变电站的电力系统才可以运行，数据也可以实现远程的传输。另外，我们可以改变直流电源屏的电压，将原来的35千伏更改为200伏。

电流互感器的作用就是专用于计量，将其装置到10千伏出线柜上，可以增加原本装置的出线计量装备测量数值的准确度。

可以增加跳闸、失压保护以及三段式过电流保护可以增加10千伏电容器保护；将过电保护装置装备到主变电器的35千伏侧和10千伏侧，可以增加10千伏继电器的保护；安装微机分散式的保护单位可以提高保护10千伏线路的能力。

三、关于35kV变电站一次、二次设备技术改造的几点具体实施措施

在不停电的情况下，我们进行变电站一次和二次的设备改造，所以在整个过程中如何保证连续供电是需要我们不得不解决的问题，以及在通电的情况下施工是非常危险的，我们又该如何保证施工人员的生命安全，所以技术改造是一件风险很高的活动，需要做好很充足的准备，提前制定好完善的具体施工措施，这是非常重要的。具体的施工措施主要包括以下5个点：

（1）根据具体的改造内容可以将人员四组：一组是一次设备改造组，二组是二次设备改造组，三组是遥测施工组，四组是遥信施工组；与此同时，要将具体的安全维护的工作具体的分配到每一个组的某一个人。我们要实施责任到人的制度，确保每一个施工内容都有专人负责，而且还要求所有施工人员要定期到施工现场了解施工进度，而且还要求技术人员要对施工人员详细的交代施工内容，尽可能的降低为人失误。

（2）提前设计好施工图纸，在施工过程中为了确保连续供电以及缩短工期，要求严格按照施工图纸来进行施工。一方面，我们在对35千伏的设备进行技术改造时，要提前准备好所需的工具，比如开关基础，再比如用于应付突发情况的移动电缆；另一方面，在对变电站的二次设备进行施工时，电路要先连同新电缆，然后才能有序的将旧电缆撤出，在这个过程中要特别的注意施工人员的安全，要使用绝缘的胶带将露在外面的接头缠住，只有在所有的旧电缆撤出以后，新的电缆才被允许放进电缆沟中，这也是为了保证施工的安全与效果。

（3）在对变电站的主变压器35千伏侧和10千伏侧进行改造时，开关以及主变压器的改造要同时进行的。在对二次设备35千伏线路进行改造时，一般的顺序是：一是接入新的控制装置、电源保护屏以及直流电源屏，二是原来的接线拆除干净以后，可以接入主变侧的端子箱或者端子排，三是在原来的拆除干净以及新的全部接入以后，调试与试验全部的继电保护装置，没有问题时，新的二次接线才可以被重新投入使用。

（4）在对中央信号继电器进行改造时，要保证新旧两个继电器同时在运行；在新的中央信号继电器屏安装之前，要进行调试。

（5）在改造10千伏设备时，改造的顺序是：第一段母线→第二段母线→联络。这个改造顺序是由变电站的重要负荷形式决定的，因为变电站会采用不同的母线双回路的形式供电，为了保证连续供电就只能采用这个顺序。

结语：

现阶段，生产和生活对于电能的需求不断增长，促进电力系统的持续发展具有重要意义，对于35kV变电站而言，作为基础组成部分，实现其一次设备和二次设备的技术改造迫在眉睫且意义重大，因此，必须采取有效措施。解决当下的问题，为生产和生活提供稳定的电能供应。

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