场站110kV主变非电量信号系统集成设计与实现
中国工程物理研究院的研究人员邱秀金、杨勇军等，在2018年第9期《电气技术》杂志上撰文指出，非电量保护指由瓦斯保护、压力保护、油温和油位等非电气量反映主变压器故障状态的保护系统，是主变压器的主保护系统。
本文全面分析一座110kV变电站主变试运行故障原因，提出了切实可行的本质解决方案。按照拟定的技术路线，完成主变非电量信号系统接入综合自动化系统的设计与集成，并于投运前完成试验。非电量信号系统的集成，有效提升了该110kV变电站运行的安全性和可靠性。
某单位有一座110kV变电站，有2条来自于不同220kV变电站的110kV架空电源线和1条110kV保安电源线，站内有2台主变，系统图如图1所示。为满足供电辖区内日益增多的电气设备对电能的需求，于2014年实施#1主变扩容改造工程。
电建公司完成原有主变拆除、阿尔斯通主变安装，并按照GB 50150—2006《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》的要求，完成主变过负荷、复压闭锁过流、复压闭锁低电压、差动过流、差动速断、谐波、非电量及10kV电力电缆等试验。试验结果及调度中心组织的验收，表明#1主变扩容工程具备送电条件。
根据电气调度命令，进行#1主变试送电。变电站值班人员无法合上#1主变的高压侧断路器161和低压侧断路器831，遂查找原因并寻求解决方案。
1 原因分析
鉴于监控系统没有给出明确的故障提示，采取分析和排除两种方法，查找故障的本质原因。最终，确认为主变非电量保护动作，导致高、低压两侧断路器无法正常合闸[1]。
1.1 有载调压重瓦斯试验按钮试验后未复原
电建公司在完成#1主变二次接线后，按照规程进行主变非电量保护试验。试验人员在主变端按下带自锁功能的有载调压重瓦斯试验按钮，验证有载调压重瓦斯保护正常后，没有将试验按钮复归，故无法合上主变的高、低压断路器。
1.2 没有将主变非电量信号接入后台监控系统
在#1主变扩容改造之前进行的数据采集与监视系统（supervisory control and data acquisition, SCADA）升级改造，因为通信规约不匹配[2]，没有将主变的非电量保护信号引入SCADA系统，所以有载调压重瓦斯信号人为接通后，变压器本体保护装置内调压重瓦斯跳闸及信号回路接通，无法合上主变高、低压侧断路器，SCADA系统没有显示有载调压重瓦斯遥信接通，也没有给出告警信号提示现场人员检查有载调压瓦斯继电器。
图1 110kV变电站系统图
2 非电量信号系统改造设计与集成
分析该站主变非电量信号原来接入情况，发现引自主变的非电量信号均接入变压器本体保护装置，非电量信号由本体保护装置通过西门子S7-200可编程控制器后，由RS-485总线传送至SCADA系统。鉴于通信协议原因，在本站进行综合自动化系统改造时，未能将非电量信号接入SCADA系统。
我们决定实施主变非电量保护信号系统改造，以便将SCADA系统能实时显示非电量信号，并在非电量保护动作时准确发出告警信号[3-4]。
2.1 加装测控装置
经过充分论证，在变电站后台系统改造增加的辅助通信柜内增加一台PSR 661U综合测控装置。在保证站内施工人员人身安全和站内设备运行安全的前提下，自辅助通信柜分别敷设两根KVV22 37×1.5电缆至两台主变保护控制柜。
按照综合布线规范的要求挂好电缆标识牌和导线标号后，将两台主变的本体重瓦斯、调压重瓦斯、本体轻瓦斯和调压轻瓦斯等非电量信号接入综合测控装置的遥信接线端子[5-6]，主变非电量信号系统接入装置的原理图如图2所示。
鉴于此次进行非电量信号系统集成的场站带有一定数量的一级负荷，因而要求信号系统的集成施工不能影响整个场站的安全运行，且要求所集成的信号系统必须满足选择性、速动性、灵敏性和可靠性等4个电力系统继电保护原则。
为此，施工前，必须认真分析原有屏柜的控制原理图、接线图和端子排图，厘清重瓦斯、轻瓦斯、压力释放、油温高、油位低和风冷消失等非电量信号接入信号系统的原理，以及保护屏柜端子排上引自变压器传感器的各信号线的具体端子排号。掌握详实的基础数据后，制定切实可行的施工方案。
施工期间，必须按照拟定的施工方案，按照规范敷设主变保护屏柜至新增的安装有测控装置的测控屏柜的KVV22 37×1.5控制电缆，校线后立即按照规范穿好控制导线的线号。完成上述工作之后，按照《综合布线系统工程设计规范》GB 50311的要求，实施控制电缆接线，并确认所有接入的导线正确无误。
图2 主变非电量信号接入原理图
2.2 组网
完成变压器本体保护装置与综合测控装置两端的二次接线，仅能实现变压器本体保护装置将非电量保护信号传送至综合测控装置。为此，关键还需要实现综合测控装置与原有SCADA系统的通信。
经过分析，利用综合测控装置的RJ45通信口，用以太网线与交换机连接，实现了改造新增装置与SCADA系统的组网，改造后变电站通信拓扑图如图3所示。
施工期间，为了确保SCADA系统能可靠接收来自主变各非电量传感器的信号，以保证场站主变的安全可靠运行，必须保证通过以太网接入SCADA系统的非电量信号信号衰减在系统允许范围。为此，在信号回路增加一台交换机。
2.3 SCADA系统组态
完成所有的硬件安装、连接及设备组网后，需要二次开发变电站SCADA系统[7]。进入SCADA系统公用测控遥信子系统，完成设备编号、设备类型、规约类型、设备名称和通信地址等参数数据库定义，然后将开入量与接入SCADA系统的主变非电量信号进行链接，组态后SCADA系统主变非电量画面如图4所示。
2.4 调试
为了确保后台能实时显示非电量保护的状态，并及时警告变电运行值班人员非电量保护信号遥信变化情况，必须验证主变非电量保护信号线接入和后台组网时数据链接的正确性。通过试验和调试，确认变电站SCADA系统中各非电量信号与主变的非电量信号一一对应，以及遥信和告警可靠[8]。
变电站的作业关系重大，作业人员必须采取慎之又慎的工作态度，方能确保作业人员、供电设备和供电的安全[9-10]。实施110kV变电站主变非电量信号引入SCADA系统改造，能在SCADA系统中实时显示非电量状态，并在本体和有载调压瓦斯等信号发生变位时予以显示、告警及保护，加强主变的保护，能有效减少运行维护人员查找和处理故障的时间，提升出现主变非电量故障后恢复供电的速度，在一定程度上提升变电站的运行安全性和可靠性。
图3 110kV变电站通信拓扑图
图4 SCADA系统主变非电量画面