浅析塔然高勒煤矿35kV变电站数字化改造

摘要：针对35 kV变电站设备老旧，供电可靠性下降等突出问题，塔然高勒煤矿进行了35 kV变电站数字化改造工作，实现了35 kV变电站的“五遥”功能和远程监控功能，达到了变电站无人值守的改造目标。

关键词：数字化改造;远程控制;智能测控;安全防误管理

0 引言

塔然高勒煤矿35 kV变电站于2008年10月投入运行，供电电源电压等级为35 kV，其中有两回电源取自塔然高勒110 kV变电所35 kV不同母线段，选用LGJ-240 mm2导线，线路长度分别为4.5 km、4.9 km;另有一回35 kV电源取自白音青格利110 kV变电所35 kV母线段，选用LGJ-120 mm2导线，线路长度为26 km。站内配有SZ11-20000/35 kV 20 MVA的有载调压变压器3台，接线形式为Y，d11。该变电站现在使用的变压器1台工作，1台备用，1台检修，达产后3台变压器中2台工作，1台备用。变电所35 kV母线采用双母线接线方式，10 kV母线采用单母线分段接线方式。35 kV配电室内采用13台KYN-40.5（S）铠装移开式金属封闭开关设备，内配真空断路器型号为ZN72-40.5;10 kV配电室内采用38台AMS-12铠装移开式金属封闭开关设备，内配真空断路器型号为VEP。该变电站现在使用的南京南瑞继保电气有限公司的综合自动化控制系统，从投入运行至今未对站内设备及系统进行改造升级，目前综合自动化控制系统后台运行缓慢，部分信号传送缓慢甚至无法传送，部分装置通信中断，且无法实现调度的远程监测、监控，供电系统仍采用人工值守、就地操作的方式。随着电气网络与设备的更新、改进以及电力运行与互联网运用的不断结合，矿井供电网络对35 kV变电站的整体要求随之提高[1]。因此，塔然高勒煤矿对35 kV变电站整体设备及后台系统进行了数字化升级改造，对综合自动化控制系统进行了升级。

1 改造原因

1.1    设备老旧

本站始建于2008年，部分设备已严重老化，开关难以分合，影响运行可靠性。电抗器柜为手动就地操作，无法实现远程操作，所以线路及站内出现故障都无法及时切断，对电网正常运行造成影响。因此，考虑对本站进行升级改造，提高一次设备与二次设备的性能，并保证配网和设备的安全、可靠运行。

1.2    供电可靠性下降

一方面，本站二次设备功能分散，一台物理设备对应一种功能，数量较多;信息共享不充分、站内信息网络较复杂，导致设备安装空间较大，控制柜温升问题严重，硬件配置重复，全站接线繁杂。另一方面，数字化采样后，最新保护装置增加了合并单元处理传输及智能终端的解析等环节，导致数字化线路保护的动作时间较常规线路保护慢5～10 ms，影响了保护的速动性和效率。综上所述，该变电站现有设备难以满足设备集成化、规范化、远程自动化和“五遥”功能需求[2]。

2 改造方案

2.1    控制系统改造

为进一步提高设备运行质量及巡检作业安全，本次改造将35 kV变电站主控室内原有的后台监控系统软件、配套服务器、UPS不间断电源、交换机、与现场一次设备和实际运行方式相符的一次系统图等全部进行了更换，将原有的模拟显示盘更换为LED显示屏，将部分不具备电动分合闸功能的电抗器柜及柜内的高压保护器、断路器进行了整体更换。同时，系统主站接收通信分站上传的电力线路的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、用电量、变压器油温等电力线路运行的实时数据和开关运行状态信号;对开关分/合闸状态和开关运行中分/合闸操作、过流、短路、过压、欠压、漏电等保护跳闸事件进行记录;通过组态软件对这些数据进行统计、归类、存贮、处理，形成电力系统运行的动画模拟图;可随时查询设备运行实时数据、历史数据、运行事件、设备整定值数据表;还可生成历史趋势曲线、直方图、操作记录和用电量日报表、月报表等。运维人员在系统主机上进行操作，通过网络下达指令，可以修改通信分站运行程序、整定保护器定值;可以对开关进行分、合闸操作和故障跳闸后信号的复归操作等，实现对整个系统的监控[3]。

2.2    增加电力安全防误管理系统

为保障35 kV变电站内的供电质量和用电安全，本次改造新增了一套电力安全防误管理系统，并将电力安全防误管理系统接入PCS-9700变电站监控系统，重点防止因人员误操作导致事故的发生。此次改造采用的电力安全防误管理系统是PSM70安全防误管理系统，其系统组成如图1所示。

PSM70微机型防止电气误操作系统以微型计算機、通信适配器、电脑钥匙、闭锁设备和锁具为核心设备，在系统调试时预先输入本系统的变电站接线图及防误规则，并记忆保存所有需要闭锁的设备状态，系统还可以通过变电站监控系统得到现场的设备实际运行状态。当岗位人员接到作业任务时，首先以自身用户身份登录系统，然后在系统接线图上点击将要操作的设备，模拟操作过程，在模拟过程中系统会自动或以手动选择、输入的方式插入二次操作及提示型操作，预演结束后可通过通信适配器将所预演的操作票内容传输到电脑钥匙中，然后岗位人员就可以持操作票及电脑钥匙到现场进行倒闸操作。若在操作过程中将电脑钥匙插入错误的编码锁内，则不能进行开锁操作，同时电脑钥匙发出持续的报警声提醒操作人员，从而达到强制闭锁的目的。当全部操作结束后，岗位人员即可将电脑钥匙插回通信适配器传送座实现操作结果的回传。PSM70安全防误管理原理如图2所示。

2.3    保护器更新

此次改造将35 kV、10 kV高压室保护器更换为全新的微机智能综合保护测控装置[4]，并对所有新保护器进行了单体调试、信号核对，对设备图纸、说明、定值清单等进行了细致比对。同时，所有微机保护测控装置全部采用背插式结构，将强电、弱电和外部电路彻底分开，提高了绝缘强度和抗干扰能力，各个接口插件及端子均具有防震脱松措施，所有微机保护测控装置的出口回路均设置有因元器件损坏而引起误动的闭锁措施，防止保护误动作，并能发出元器件损坏的警告信号，有效提升了供电系统的运行质量和安全防护功能。35 kV变电站数字化改造后相对于改造前的安全可靠性对比如表1所示。

3 35 kV变电所改造后可实现的功能

3.1    实现系统实时监控及调度综合化管理

35 kV变电所数字化改造升级后，已实际具备了远程控制及“五遥”功能，使得各种信息包括变电站的各设备带电运行情况、主变油温、电气测量值以及各电路断路器位置信号等数据都能实时传送给调度室，并在调度显示屏上显示，使调度室能及时准确地掌握数字化变电站的设备运行状态、运行方式及所需的各类测量数据。在处理突发事故时，可使调度达到统一实时管理的要求，实现调度综合自动化控制系统的高效运行。

3.2    实现各开关柜的远程控制

35 kV变电站数字化改造后，实现了系统对各开关柜断路器的选择、控制，岗位人员在主控室可通过变电站监控系统在线完成各开关柜断路器的分、合闸操作，在提高工作效率的同时，有效缩短了操作时间，不仅避免了就地操作的危险性，还杜绝了误操作情况的发生，为岗位人员的安全作业提供保障。

3.3    实现数据的集中管理

随着变电站数字化改造的完成，各配电室、配电柜监测数据均通过监测系统实时上传到主控室监测中心，系统按照要求可自动将各类数据进行整合汇总，并对各类数据进行汇算，岗位人员只需打开各个数据表记录相关数据即可，既减轻了人员的工作量，又保障了数据的准确性。

3.4    实现信号的集中管控

35 kV变电站改造完成后，将原来分散的信息进行了统一整合，形成了集中的、统一的、可全部在系统后台显示的数据，同时系统还具备在线监测、监控功能，当数据超过给定值或出现短路、跳闸等故障时，系统会自动在显示器相应位置作出反应，并发出报警信号，提醒岗位人员及时处理故障。

3.5    实现“五防”闭锁管理

随着PSM70安全防误管理系统的投入使用，35 kV变电站从技术和管理上杜绝了操作人员误操作情况的发生，将各种操作事故防患于未然，极大地提高了35 kV变电站的安全性。

3.6    实现事故记录功能

35 kV变电所改造完成后，数字化系统可自动按照设定的要求，对各电路系统进行监控，并实时记录事故前后保护装置、断路器等设备的动作情况，并按照动作时间及动作顺序及时反馈关于事故的详细信息及报告，为后期的事故追查及变电站的检修、维护、保养提供了可靠数据。

3.7    改变岗位人员的监控方式

35 kV变电站改造完成后，数字化系统将原来对变电站大面积的现场监控变成了后台电脑屏幕监视。岗位人员可在线对各个数据进行监视、记录，从根本上改变了岗位人员现场逐台、逐次抄写数据的现状，面对事故报警，岗位人员可按照系统显示，及时对事故进行判断和处理，最大可能地降低各种风险损失，实现变电站的安全、高效运行。

4 结语

此次35 kV变电站改造的顺利完成，进一步提高了变电站的运行可靠性和自动化水平，极大地降低了运行成本，达到了节约增效、调度统一、综合管理的目的，实现了变电站无人值守目标，為变电站的安全管理提供了重要保障。同时，伴随IT产业与5G建设的飞速发展，各类产品迭代更新速度加快，在不久的将来必将以此为基础，实现35 kV变电站从数字化到智能化、智慧化的转变。

[参考文献]

[1] 田雨.电力配网管理技术的运行和维护探讨[J].住宅与房地产，2017（6）：191.

[2] 韩熙媛，王元冬.变电站监控后台机远程维护及保护定值远程修改的实现[J].云南电力技术，2012，40（6）：4-5.

[3] 宋明中，侯思祖，赵建立，等.电力通信监控网规约转换器设计与实现[J].电力学报，2001，16（4）：253-256.

[4] 胡平.基于7SJ68微机综合保护测控装置的低压继电保护改造[J].合成技术及应用，2016，31（1）：56-61.

收稿日期：2020-09-02

作者简介：康志鹏（1984—），男，河北石家庄人，工程师，研究方向：煤矿机电技术与管理。