关键词：通讯管理机；智能综合监控单元；“五防”装置；操作员站；光纤以太网

Abstract: GIS combined electrical equipment has the advantages of small size, low failure rate, simple and reliable operation and long use cycle, and has been widely used in the power system, has become more than 34KV variable power distribution system late expansion and the old system upgrade of the preferred products. This paper focuses on the 35KV system GIS equipment, one bus, secondary system, DC system, feeder cable dynamic transition switching and other upgrading and installation methods and characteristics of the 110KV substation in Laigang steel area, and the site installation points, commissioning and testing project process requirements and precautions, and how to control the quality of site-installation and commissioning, to ensure its operation safety of the important links made a detailed analysis.

Key words: Communication management machine; Intelligent integrated monitoring unit; “Five defense”device; Operator station; Fiber Ethernet

1  设备现状

莱钢型钢区110kV变电所始建于2004年，110kV、35kV系统均为双母线双分段接线，设4路110kV进线和4台80000kVA主变，变压器运行方式为三用一备，担负着该区全部供电负荷及25MW、50MW、65MW等多台发电机的并网枢纽，一二次设备严重老化，导致事故频发，每次事故均造成重大损失。

2  策划定案

该变电所所有馈出线为一级负荷，无法全部停电检修，必须实行动态分段倒负荷作业方式施工，根据现状，按照高自动化程度、完整实用和科学配置，充分利用现有资源升级改造。

2.1  110kV系统

站内配电设备及站外主变、架构、绝缘子、导线等利旧，原微机综保系统升级更新，由于本站在改造过程中不能停止供电，只能在原有保护屏利旧情况下逐步更换屏内综保装置及附件。主要包括：线路和主变保护柜各4面、母线和母联分段保护柜各2面、TV切换及公用测控柜1面、远动通讯柜1面、计算机监控网络等。

2.2  35kV系统

母线仍沿用双母线双分段接线，配电装置更新为免维护紧凑型GIS（Gas Insulated Switchgear气体绝缘金属封闭开关设备）户内布置，共47个间隔组成，其中进线4间隔、母线TV4间隔、母联2间隔、母线分段2间隔、馈出线31间隔、综合接地选线装置（接地变、消弧线圈、成套控制柜、可控电阻及单相快速熔断器等）4间隔，接于II、IV段母线的两套接地变设200kVA低压0.4kV绕组作为站用变。

微机综保设备：电压测控及并列集中组屏1面、母线差动集中组屏2面、公共测控（含小电流选线）和网络通讯装置集中组屏1面；其他单装置分散安装于开关柜内，更新后所有微机综保设备纳入站内原综保系统；交直流系统同步更新；4台主变35kV出线更新为管型母线；送电投运后原35kV系统逐步采用电缆过渡导入新系统；新增SF₆气体和开关柜在线泄漏检测、视频监控、与事故排风机和消防联锁、重新定义回路等。

2.3  新建35kV电气室

拟建在现35kV电气室顶部，将一层结构四周拓宽，利用钢筋混凝土框架在距屋顶上部1米高度建成35kV GIS系统、交直流系统、综合测控屏、接地系统控制柜等附属装置综合电气室，中间形成的间隔作为电缆和管型母线过渡通廊。

2.4  综合接地系统

    防雷、工作、保护、计算机系统共用接地装置，新旧系统可靠焊接形成统一综合接地网，利用建筑物基础主筋和地梁水平柱钢筋焊接连通形成自然接地体，必要时增打人工接地体，保证低电位。

3  工法特点

本变电所改造不允许中断供电，必须等新系统建成后将老系统逐步导入，最关键的是安装和过渡阶段受计划分时段倒电源和进行调整型操作试验时间限制，尽量平滑过渡，确保监控系统始终处于稳定运行状态，施工调试难度是传统施工方法无法比拟的，需科学组织协调，按计划倒闸操作倒电源，确保开挖、吊装等工序施工和供电安全。

    GIS柜为成套柜，各间隔单元主回路及检测控制元器件等已在厂家完成组合，内部各绝缘间隙已充满SF₆气体到额定压力，密度继电器、报警、闭锁压力值已整定好，安装时只进行单元对接、主母线室充SF₆气体；母线电压互感器、避雷器、进线及零序电流互感器外置安装。

    1#、2#变压器35kV母线组成I、II段双母线，3#、4#变压器35kV母线组成III、IV段双母线，双母线之间投切由母联开关实现；I、III段和II、IV段由2台分段开关投切，实现四台变压器轮流切换检修。

    电气“五防”装置、综合接地选线装置及接地变等安装调试，在系统送电投运，一二次过渡完成后，按步骤实时对位连锁。

4  安装调试

4.1  安全措施

对施工区域内4台主变采用全绝缘栅栏圈闭，设警戒标志，其35kV铜母线四周包裹绝缘材料，准确定位地下管线路径和移位改造；土建开挖遇岩石，严禁爆破和确保接地系统不损坏；吊装前采取110kV和35kV系统保护出口软硬压板全部退出倒变压器分段停电方式，确保无电吊运。

4.2  工法流程

按图核对安装位置尺寸→基础槽钢制安→设备开箱检查及吊运→GIS柜组对→主母线室抽真空→充SF₆气体到额定压力→设备调整试验→避雷器和电压互感器离线试验→一次线路检查→SF₆检漏和微水检测→二次线路检查→微机综保装置调校→断路器、隔离开关特性试验→一次母线交流耐压试验→各装置连接组网→后台监控重新对位定义开关号→“五防”测试→电缆防火施工→各装置连锁对位→电缆接头试验→管母安装和交流耐压试验→母线送电核相→倒电源过渡切换。

4.3  GIS柜安装

基础测量→设备开箱检查→按排列顺序搬运到位→设备单体检查→柜内元器件及连接全部合格→按顺序号逐台组对固定→母线对接→母线室清洗封盖。连接充气设备及管路，检查清洁、无水分油污，重复抽真空泄漏检查，测量一次母线室内真空度符合规定；厂家人员现场充入SF₆气体至额定压力，SF₆气体微水检测，压力表和密度继电器界值开关符合标准要求，稳定后检查间隔内压力表示值保持不变。安装组合如图1、2所示。

4.4  GIS柜调试

（1）主回路电阻测量。按分段测各间隔单元，测量时手动操作断路器和三工位隔离开关，测量主回路直流电阻和对筒体等的绝缘电阻，各相数据相同或相近，与出厂试验值比较满足误差要求；间隔测量完成，主母线贯通连接，用降压法测直流电阻及对外壳绝缘电阻，各相电阻值相近，三相不平衡度小于标准值。

（2）外置设备试验。避雷器、母线电压互感器、进线电流互感器、馈出线套管式电流互感器、零序电流互感器对地测绝缘电阻、互感器极性及变比、1分钟交流耐压试验等。

（3）真空断路器试验。绝缘电阻测量、交流耐压试验、主触头分、合闸时间及速度、三相同期性测量，操作机构和传动机构连锁试验等。

（4）辅助回路试验。测量所有二次回路、辅助及控制回路、分合闸线圈绝缘电阻，传动机构连动调试操作，辅助开关及电气回路传动闭锁装置动作正确可靠；各气室密度继电器和压力开关报警、闭锁值符合规定等。

（5）交流耐压试验。用专用试验端子按母线分段加压试验，A、B、C三相分别进行，试验时合进线断路器，断开其他接地开关、隔离开关、断路器，施加交流电压到设定值，持续1分钟无异常现象。

4.5  监控系统配置

（1）旧模式。微机综合监控系统为有人值守模式，由中心控制层、通讯层、站级层等构成如图3所示架构。软硬件版本已处较低水平，不满足大数据和云计算等数据处理要求，厂家已停止技术支持，许多功能无法实现，频繁出现断路器开关状态显示错误和通讯中断等衍生故障。

图3  系统架构图

（2）新模式。仍沿用旧模式架构，所有综保装置均接入光纤以太网，将微机防误闭锁、SF₆在线和泄漏检测等全部纳入系统重新组网，形成新一代跨平台、大数据融合共享等多功能一体综合监控系统，增加电度表远程自动抄表、交直流屏、小电流接地选线、消防等第三方系统以RS-485通讯口连接通讯管理机扩展功能接口。监控结构如图4所示。

图4  系统监控主接线

（3）更换测控装置。110kV系统综保装置硬件配置较低，老化严重，经常出现继电器、人机面板、CPU等插件损坏，厂家已转型升级，直接面临无备件更换，更换新插件充分利用盘内原有线路和设备，减少施工和调试工作量。

（4）现场实施。由于新旧版本综保装置不兼容，需将原装置控制线重新核对改接到新装置，并对该间隔三遥信息逐一测试核对，确保各种信号、数据实时准确无误和新系统连接，并保证全站时间同步，通讯正常，再依次将“就地/远方”开关置就地位，查看装置开入状态正确与否，开关、地刀与闸刀遥控出口压板是否已退出，核对新系统遥控试验。

（5）“五防”对位调试。新增五防工作站，与监控主机串口通讯，获得设备实时信息和实时对位，监控从五防主机获得“允许/禁止”操作断路器、隔离开关信息，由专家库对所采集信息量实行防误闭锁。

4.6  管型母线安装

（1）作业流程。基础检查→开箱验收→管材下料加工→焊接→绝缘子和金具安装→搬运到位→吊装调整→软铜排及中间头制作→安装到位→检查绝缘强度和相位标识与设备对位→交流耐压试验。

（2）作业方法。托架安装→金具安装→端部与设备连接→管母与铜排连接→管母中间对接→中间头绝缘屏蔽制作→管母终端头及伸缩节安装→管母一端伸缩节与变压器连接→另一端连接GIS柜内锥插孔引出过渡电缆，最后外套热缩管。

4.7  系统接地

    将开关室内接地开关、基础构件、柜体、外壳等部件，采用接地铜排互连，通过压缩型接地端子分段与接地主干线等电位箱相连接；管母屏蔽接地线、固定金具支架、所有预埋件、各支持部件均汇集在一起与主接地网连接。

4.8  操作机构及电气连锁试验

（1）接地开关与有关隔离开关互锁。

（2）接地开关与有关电压互感器互锁。

（3）隔离开关与断路器互锁。

（4）双母线分段切换隔离开关之间互锁。

（5）双母线母联切换隔离开关与断路器互锁。

（6）断路器与接地开关互锁。

（7）操作机构压力告警及闭锁接点，内部跳合闸闭锁。

（8）电气“五防”装置设定程序互锁。

4.9  送电投运

系统内各电气设备全部试验合格，进行双母线送电，按规范要求在额定电压下对母线进行五次冲击试验，每次间隔时间为5min。

母线分段送电，先用一回线路给本段母线充电，再通过分段开关给另一段母线送电，两段母线送电完成，断开分段开关，再按运行要求将另一回线路投入运行，两段母线分段运行，用万用表在电压互感器二次侧配合高压核相仪一二次侧核相，核相先进行I、II段母线和III、IV母线之间核相，再进行I、III分段和II、IV分段之间核相，最后合环。

5  新系统导入切换

新旧切换采用两套系统先退后切并存方式，逐步将所有设备过渡到新系统中，新监控系统投运正常，便于站内完成硬件平台后即刻与新监控系统相接入，旧监控系统逐渐退出运行，最后新监控系统真正取代旧监控系统；重新敷设电缆桥架和控制电缆，将旧系统馈线电缆逐回路抽回，按新编号改接到新回路，送电投运后切合到“五防”闭锁装置，SF₆气体激光检测、消防接公用保护屏与事故排风系统连锁。

6  综合接地选线装置

新系统导入切换完成，将4台综合接地选线装置安装在拆除旧屏柜位置，调试完成送电投运，依次导入35KV GIS主系统，将全站低压负荷过渡到带二次负载两台接地变上，两种方式主接线如图5所示。新增接地变为本所中性点不接地系统提供了一个人为中性点，彻底扭转了长期使用其他限压措施效果不佳的被困局面。

图5  综合接地选线主接线

7  核相探究

    核相应尽量在母联上下端进行，避免带有母线桥两侧母线错相发生合环短路，GIS柜所有高压元器件均处于密闭气室内，电缆终端采用内锥插头与柜体预留插孔相连，一次核相操作较传统核相流程基础上不拆装电缆终端核相难度更繁杂。

（1）传统方式核相。先拆下电缆终端送电核相，各相电缆校对正确，做好标识，然后装上送电，再利用二次核相比对合环，该方式风险大，对操作人员技能要求非常高。

（2）试验插座核相。GIS柜均带有试验插座，订货时可预订6个专用试验电缆头，在送电后勿需拆除电缆，可在线直接核相，然后再拆除封盖，但至少停送电一次。

（3）馈出线插座核相。利用母联间隔两侧馈出线插座结合专用试验端子进行。

（4）专用仪器核相。对一端带有GIS设备改接核相，采用多功能电缆探测仪和信号发生器等进行，或同频异步核相检测法，但对两端均为GIS设备的不适用。

（5）二次核相。两段母线均有电压互感器，首先核准其相位，确保接线绝对准确，第一次送电先送一个回路，合上母联进行两段母线TV接线正确性验证，并进行同一电源两段母线定相，再送上第二路电源利用TV二次定相。

（6）用户端核相。两段母线均带有变压器，但母线无法核相，可对变压器分别送电，用无线核相仪在高压侧核相，或在低压侧用万用表核相，特殊情况也可增设临时辅助变压器或在下级变电所进线侧进行。此外对架空线引入的可在进线侧断开引流线选择较直观便捷的方式进行。

（7）辅助电源核相。在上级变电所一路馈线电缆外接低压电源，令本级变电所所有进线断路器和母联断路器合闸，将电压通过待核相的母线和电缆反送到另一馈线端，用万用表核相；或采用接入两路低压电源，合上本级变电所所有进线开关，断开母联开关，用万用表核相。

（8）异地核相。适用于本级变电所为GIS柜，上级变电所为敞开式柜供电系统，令上级变电所送一路电源→合进线断路器母线充电→合母联断路器另一段母线充电→合另一路进线断路器→电缆反送到上级变电所馈线端→断路器上下端核相，相序核对完成，将本级GIS系统所有进线及母联断路器断开，系统恢复待送电状态，该方式同样适用于上下级变电所均为GIS设备的供电系统；或采用GIS柜单端刀闸接地配合开关的通入感应电流不拆除电缆核相法，通过基准侧被测量的幅值、相位、频率信息，然后在异地采集分析待测侧被测量的幅值、相位、频率信息核相。

（9）带电显示器核相。对双电源以上GIS变电站进线装设或不装设电压互感器的，GIS柜可配选带自检和核相比较功能的高压带电显示器，用万用表或相位比较器通过测试孔实测获得数据和波形比较判断核相，或采用电压互感器二次侧双重配合方式确保万无一失。对电缆线路两端都是GIS柜核相，在电缆插入前先校对各相电缆，做好标识，插入送电后，再进行二次核相。

（10）直流核相。对具有两路电源供电的超高压直流系统，或新旧改造直流控制系统切换时，可参照交流系统方式核相。

8  结论

本改造工法采用分段停电方案，在全站110kV及新旧35kV母线正常运行情况下施工，保证了设备安装、调试、动态过渡安全，通过运行实践，新模式无论从信号采集、远程操作速度及反应时间，还是网络通讯速度较旧模式实时性和供电可靠性均大大提高。

作者简介：

郭金恒       在读学生       研究方向   软件工程

郭宗华       工程监理       研究方向   电气自动化

殷志辉       车间主任       研究方向   高低压电器

于春峰       电工班长       研究方向   电气安装

吕勇         项目经理       研究方向   消防工程

2020年07月07日