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摘要 本文结合国外某115kV变电站增容改造工程设计实例，论述了增容加固改造的一些经验，阐明了增容改造中重点问题。可供国内110kV变电站增容改造参考。
关键词 变电站；增容；改造
中图分类号 TM752 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0136-02
1 工程概况
国外某115kV变电站于2002年建成投运，通过2回115kV线路接入主网。现有主变容量为1×6.3MVA，115kV出线2回，22kV出线5回，22kV站用变1台；115KV、22kV均为单母线接线，115kV为户外中型配电装置，断路器双列布置，母线为户外软母线。22kV为户内成套开关柜单列式布置；强电一对一控制方式，为有人值班站。
新增115kV #2主變压器1台，容量为50MVA，新增 #2主变115kV进线间隔1个，22kV #2主变进线柜1面，22kV出线柜3面；#2主变保护装置1套，22kV线路保护装置3套，以及相应的计量、测量表计、控制信号等二次设备；相应的土建工程，包括#2主变基础、新增设备的支架等。
2 电气一次部分设计
2.1 电气主接线
本期扩建后该站的接线方式维持不变，即115kV和22kV仍采用单母线接线。22kV终期为单母线分段接线方式。
2.2 本工程设计方案
为避免施工期间变电站长期停电造成的不便，本期工程暂时保留现有的#1主变（6.3MVA）继续运行，直至#2主变压器安装完毕，具备投运条件，再将#1主变退出运行并拆除；在站内#2主变位置上安装#2主变（容量50MVA）及中性点设备。新建#2主变115kV进线间隔1个及22kV进线间隔1个；新增22kV出线柜3面。安装在现有的22kV配电装置室内；为节省投资，简化二次接线，本期工程建议将新增开关柜（#2主变进线柜1面、22kV出线柜3面）共4面，安装在22kV II段母线上，I、II段母线采用母线桥硬连接接成单母线。预留后期22kV分段隔离柜和分段柜的位置；#2主变22kV进线拟采用电缆进线。
3 电气二次元件保护设计
该目前该站为有人值班变电站，采用马赛克模拟屏进行一对一控制操作，站内无计算机监控系统、微机五防系统及调度自动化设备。
3.1 监控系统
本期将按无人值班综合自动化变电站设计，通过站内计算机监控系统实现远方控制。
3.1.1 监控系统结构
监控系统采用分层、分布、开放式网络结构，以间隔为单位，按对象进行设计。整个变电站计算机监控系统分为站控层和间隔层，网络按双网考虑。站控层采用双以太网，连接主机、操作员工作站、远动装置、打印机等；间隔层测控单元按间隔配置，实现就地监控功能，连接各间隔单元的智能I/O设备等，布置于主控室内。
3.1.2 控制和操作
控制范围：全站的断路器和电动隔离开关。
控制方式：采用三级控制方式，断路器在远方、监控系统和测控屏上控制，电动隔离开关在远方、监控系统和配电装置处控制。
3.1.3 监控系统功能
监控系统应具备：数据采集和处理、数据库的建立和维护、断路器同期、运行监视和报警、事故顺序记录和事故追忆、运行管理、在线自诊断、远方维护和远方诊断、在线统计和制表打印、电压/无功控制（VQC）、主变抽头联调、变电站五防、远动信息等功能。
3.1.4 防误操作闭锁
22kV配电装置采用带五防功能的开关柜，并考虑加装微机五防锁具，用于防止走错间隔。115kV设备由监控系统中的微机五防工作站与各间隔本身的电气闭锁配合完成。
3.2 主变保护
主变保护按单套设计，配置主保护、后备保护和本体非电量保护，主保护和后备保护按分箱配置。
主保护：配置1套二次谐波制动原理比率差动保护和一套本体非电量保护，保护主变压器内部故障和接地故障等。差动保护瞬时动作跳主变各侧断路器；本体非电量保护包括主变本体重瓦斯动作和有载开关重瓦斯动作跳闸并发信号；主变本体压力释放、速动油压继电器动作、风冷全停、主变本体轻瓦斯、有载开关轻瓦斯、主变油温高、主变绕组温度高和主变油位异常发信号等。
后备保护：高压侧后备保护：高压侧复合电压闭锁方向过流保护，高压侧复合电压闭锁过流保护，高压侧零序方向过流保护，高压侧中性点零序过流保护，高压侧中性点放电间隙保护，过负荷保护；
高压侧复合电压闭锁方向过流保护，设二段三时限，两段均可选择带方向或不带方向，第一时限跳开115kV分段断路器（下期），第二时限跳开主变本侧断路器，第三时限跳主变各侧断路器。方向元件电压取自本侧；高压侧复合电压闭锁过流保护，设一段一时限，延时跳变压器各侧断路器；高压侧零序方向过电流保护，保护为两段三时限，第一时限跳115kV分段断路器（下期），第二时限跳本侧断路器，第三时限跳变压器各侧断路器。零序方向过电流保护采用中压侧CT；高压侧中性点零序过流保护，保护为两段三时限，第一时限跳115kV分段断路器（下期），第二时限跳主变本侧断路器，第三时限跳主变各侧断路器；高压侧中性点放电间隙保护（包括零序电流和零序过压），保护设二时限，第一时限跳开本侧断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。零序过压保护要求取外接3U0，间隙零流、间隙零压保护需经不同的时间元件出口；过负荷保护，动作于发信号；过流闭锁有载调压保护，动作后闭锁有载调压。
低压侧后备保护：配置复合电压闭锁方向过流保护，保护为二段式，一段带方向，二段不带方向，每一段带三个时限，第一时限跳开本侧分段，第二时限跳开变压器本侧开关，第三时限跳开变压器各侧开关。复合电压取本侧电压；过负荷保护，动作于发信号。 3.3 二次设备布置
本期新增的#2主变保护柜、22kV线路保护柜分别布置于主控室备用屏位。
3.4 抗干扰措施及二次电缆的选择
新增的二次设备要求本身具有一定的抗干扰能力，且采取相关的抗干扰措施，选用屏蔽性能优越的阻燃屏蔽铠装控制电缆，其屏蔽层应可靠接地。二次屏柜的具体接地措施应严格按照DL/T 5136-2001《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》和电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点执行。
4 电气二次其他部分设计
4.1 直流系统
经过初步容量校验，原直流系统容量满足本期扩建要求。本期扩建各间隔的二次设备所需直流电源从已有直流屏上的备用回路引出。
4.2 交流电源系统
所用电系统运行正常，馈线回路基本满足本期要求，本期不作改动；站内户外交流电源箱内现有的备用空开数量不满足本期扩建的需要，因此需增加2个交流电源空开，安装在原交流电源箱内。
为了给变电站自动化系统、火灾自動报警装置等重要负荷提供不间断电源，全站设置一套交流不间断电源系统，采用交流和直流输入，直流电源采用站内直流系统供电。交流不间断电源系统选用两套3kVA逆变电源，冗余配置，互为备用，独立组屏。
4.3 调度自动化
115kV某变电站电站由某地调调度管理，远动信息“直采直送”某地调。
由微机综合自动化系统的系统总控机向上级调度端传送信息及接受调度指令，实现遥测、遥信、遥调、遥控功能。
4.4 火灾报警系统配置
全站设置一套火灾自动报警系统，设置一套火灾报警控制器，布置于门卫室，消防火灾报警信号接入变电站综合自动化系统。火灾报警器配备控制和显示主机，设有手动和自动选择器。火灾自动报警系统具有与变电站综合自动化系统的通讯接口，远方控制中心可以对消防及火灾自动报警系统进行监控。选用及布置火灾探测器，在主变压器处敷设感温电缆；在主控室、配电室等处根据安装位置的特点和电气设备的特性选用不同的智能火灾探测器，如感烟探测器、感温探测器以及红外光束感烟探测器等。火灾自动报警系统应由站内交流不间断电源系统提供专用回路供电。
4.5 图像监视及安全警卫系统
全站设一套图像监视及安全警卫系统，对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候的图像监控，满足电力系统安全生产的要求。图像监视主机可与站内的监控系统和火灾自动报警系统相连，确保远方操作的可靠性，实时监视站内的运行环境，实现变电站无人运行。本站图像监视及安全警卫系统要求具备远传功能。设备室装设智能门禁，在变电站围墙安装电子围栏设置的电子围栏防盗系统，应包括有报警主机、保安报警设备以及相应的辅助设备、材料等。具有与监控系统通信的数字接口。采用四线制电子围栏，主机具有LED显示功能，能在主机面板直接显示出电子围栏工作状态。需具备高低压自由切换功能。可通过外接键盘进行远程设置并调控主机工作状态。能对站大门等利用红外线光束对射及报警主机等进行防盗、防非法闯入监测。
4.6 二次系统防雷方案
本期新增的图像监控及安全警卫系统需在图像监控视频线进入监控屏每路各加装1个视频信号防雷器；同时要求本期所有增加的电气二次设备均应配置有二次防雷装置。
5 结束语
目前我国变电站存在设备老化，绝缘性能低等缺陷，迫切需要进行改造。变电站改造工程的实施对我国经济发展提供强大的电力保障，对我国社会主义现代化的建设具有重要意义。对于改造方案的选择，我们应该根据变电站的实际情况因地制宜，借鉴国内外变电站改造工程成功的经验，融合当代先进科技技术，确保变电站稳定可靠的运行。变电站运行中，要加强设备的监控、维护、检修等方面的工作，为用户提供安全、持续的电力能源
参考文献
[1]谢幸生.变压器增容加固改造概论[J].高电压技术.2004（S1）.
[2]于励民.110kV谢庄变电站一次系统技术改造的对比与分析[J].煤矿机电. 2011（05）.
[3]蔡思宁.110kV变电站设备改造与维护[J].湖北电力.2011（08）.
[4]陈伟.变电站改造工程中存在的问题及对策[J].企业技术开发. 2011（11）.
关键词 变电站；增容；改造
中图分类号 TM752 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2013）012-0136-02
1 工程概况
国外某115kV变电站于2002年建成投运，通过2回115kV线路接入主网。现有主变容量为1×6.3MVA，115kV出线2回，22kV出线5回，22kV站用变1台；115KV、22kV均为单母线接线，115kV为户外中型配电装置，断路器双列布置，母线为户外软母线。22kV为户内成套开关柜单列式布置；强电一对一控制方式，为有人值班站。
新增115kV #2主變压器1台，容量为50MVA，新增 #2主变115kV进线间隔1个，22kV #2主变进线柜1面，22kV出线柜3面；#2主变保护装置1套，22kV线路保护装置3套，以及相应的计量、测量表计、控制信号等二次设备；相应的土建工程，包括#2主变基础、新增设备的支架等。
2 电气一次部分设计
2.1 电气主接线
本期扩建后该站的接线方式维持不变，即115kV和22kV仍采用单母线接线。22kV终期为单母线分段接线方式。
2.2 本工程设计方案
为避免施工期间变电站长期停电造成的不便，本期工程暂时保留现有的#1主变（6.3MVA）继续运行，直至#2主变压器安装完毕，具备投运条件，再将#1主变退出运行并拆除；在站内#2主变位置上安装#2主变（容量50MVA）及中性点设备。新建#2主变115kV进线间隔1个及22kV进线间隔1个；新增22kV出线柜3面。安装在现有的22kV配电装置室内；为节省投资，简化二次接线，本期工程建议将新增开关柜（#2主变进线柜1面、22kV出线柜3面）共4面，安装在22kV II段母线上，I、II段母线采用母线桥硬连接接成单母线。预留后期22kV分段隔离柜和分段柜的位置；#2主变22kV进线拟采用电缆进线。
3 电气二次元件保护设计
该目前该站为有人值班变电站，采用马赛克模拟屏进行一对一控制操作，站内无计算机监控系统、微机五防系统及调度自动化设备。
3.1 监控系统
本期将按无人值班综合自动化变电站设计，通过站内计算机监控系统实现远方控制。
3.1.1 监控系统结构
监控系统采用分层、分布、开放式网络结构，以间隔为单位，按对象进行设计。整个变电站计算机监控系统分为站控层和间隔层，网络按双网考虑。站控层采用双以太网，连接主机、操作员工作站、远动装置、打印机等；间隔层测控单元按间隔配置，实现就地监控功能，连接各间隔单元的智能I/O设备等，布置于主控室内。
3.1.2 控制和操作
控制范围：全站的断路器和电动隔离开关。
控制方式：采用三级控制方式，断路器在远方、监控系统和测控屏上控制，电动隔离开关在远方、监控系统和配电装置处控制。
3.1.3 监控系统功能
监控系统应具备：数据采集和处理、数据库的建立和维护、断路器同期、运行监视和报警、事故顺序记录和事故追忆、运行管理、在线自诊断、远方维护和远方诊断、在线统计和制表打印、电压/无功控制（VQC）、主变抽头联调、变电站五防、远动信息等功能。
3.1.4 防误操作闭锁
22kV配电装置采用带五防功能的开关柜，并考虑加装微机五防锁具，用于防止走错间隔。115kV设备由监控系统中的微机五防工作站与各间隔本身的电气闭锁配合完成。
3.2 主变保护
主变保护按单套设计，配置主保护、后备保护和本体非电量保护，主保护和后备保护按分箱配置。
主保护：配置1套二次谐波制动原理比率差动保护和一套本体非电量保护，保护主变压器内部故障和接地故障等。差动保护瞬时动作跳主变各侧断路器；本体非电量保护包括主变本体重瓦斯动作和有载开关重瓦斯动作跳闸并发信号；主变本体压力释放、速动油压继电器动作、风冷全停、主变本体轻瓦斯、有载开关轻瓦斯、主变油温高、主变绕组温度高和主变油位异常发信号等。
后备保护：高压侧后备保护：高压侧复合电压闭锁方向过流保护，高压侧复合电压闭锁过流保护，高压侧零序方向过流保护，高压侧中性点零序过流保护，高压侧中性点放电间隙保护，过负荷保护；
高压侧复合电压闭锁方向过流保护，设二段三时限，两段均可选择带方向或不带方向，第一时限跳开115kV分段断路器（下期），第二时限跳开主变本侧断路器，第三时限跳主变各侧断路器。方向元件电压取自本侧；高压侧复合电压闭锁过流保护，设一段一时限，延时跳变压器各侧断路器；高压侧零序方向过电流保护，保护为两段三时限，第一时限跳115kV分段断路器（下期），第二时限跳本侧断路器，第三时限跳变压器各侧断路器。零序方向过电流保护采用中压侧CT；高压侧中性点零序过流保护，保护为两段三时限，第一时限跳115kV分段断路器（下期），第二时限跳主变本侧断路器，第三时限跳主变各侧断路器；高压侧中性点放电间隙保护（包括零序电流和零序过压），保护设二时限，第一时限跳开本侧断路器，第二时限跳开变压器各侧断路器。零序过压保护要求取外接3U0，间隙零流、间隙零压保护需经不同的时间元件出口；过负荷保护，动作于发信号；过流闭锁有载调压保护，动作后闭锁有载调压。
低压侧后备保护：配置复合电压闭锁方向过流保护，保护为二段式，一段带方向，二段不带方向，每一段带三个时限，第一时限跳开本侧分段，第二时限跳开变压器本侧开关，第三时限跳开变压器各侧开关。复合电压取本侧电压；过负荷保护，动作于发信号。 3.3 二次设备布置
本期新增的#2主变保护柜、22kV线路保护柜分别布置于主控室备用屏位。
3.4 抗干扰措施及二次电缆的选择
新增的二次设备要求本身具有一定的抗干扰能力，且采取相关的抗干扰措施，选用屏蔽性能优越的阻燃屏蔽铠装控制电缆，其屏蔽层应可靠接地。二次屏柜的具体接地措施应严格按照DL/T 5136-2001《火力发电厂、变电所二次接线设计技术规程》和电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点执行。
4 电气二次其他部分设计
4.1 直流系统
经过初步容量校验，原直流系统容量满足本期扩建要求。本期扩建各间隔的二次设备所需直流电源从已有直流屏上的备用回路引出。
4.2 交流电源系统
所用电系统运行正常，馈线回路基本满足本期要求，本期不作改动；站内户外交流电源箱内现有的备用空开数量不满足本期扩建的需要，因此需增加2个交流电源空开，安装在原交流电源箱内。
为了给变电站自动化系统、火灾自動报警装置等重要负荷提供不间断电源，全站设置一套交流不间断电源系统，采用交流和直流输入，直流电源采用站内直流系统供电。交流不间断电源系统选用两套3kVA逆变电源，冗余配置，互为备用，独立组屏。
4.3 调度自动化
115kV某变电站电站由某地调调度管理，远动信息“直采直送”某地调。
由微机综合自动化系统的系统总控机向上级调度端传送信息及接受调度指令，实现遥测、遥信、遥调、遥控功能。
4.4 火灾报警系统配置
全站设置一套火灾自动报警系统，设置一套火灾报警控制器，布置于门卫室，消防火灾报警信号接入变电站综合自动化系统。火灾报警器配备控制和显示主机，设有手动和自动选择器。火灾自动报警系统具有与变电站综合自动化系统的通讯接口，远方控制中心可以对消防及火灾自动报警系统进行监控。选用及布置火灾探测器，在主变压器处敷设感温电缆；在主控室、配电室等处根据安装位置的特点和电气设备的特性选用不同的智能火灾探测器，如感烟探测器、感温探测器以及红外光束感烟探测器等。火灾自动报警系统应由站内交流不间断电源系统提供专用回路供电。
4.5 图像监视及安全警卫系统
全站设一套图像监视及安全警卫系统，对全站主要电气设备、关键设备安装地点以及周围环境进行全天候的图像监控，满足电力系统安全生产的要求。图像监视主机可与站内的监控系统和火灾自动报警系统相连，确保远方操作的可靠性，实时监视站内的运行环境，实现变电站无人运行。本站图像监视及安全警卫系统要求具备远传功能。设备室装设智能门禁，在变电站围墙安装电子围栏设置的电子围栏防盗系统，应包括有报警主机、保安报警设备以及相应的辅助设备、材料等。具有与监控系统通信的数字接口。采用四线制电子围栏，主机具有LED显示功能，能在主机面板直接显示出电子围栏工作状态。需具备高低压自由切换功能。可通过外接键盘进行远程设置并调控主机工作状态。能对站大门等利用红外线光束对射及报警主机等进行防盗、防非法闯入监测。
4.6 二次系统防雷方案
本期新增的图像监控及安全警卫系统需在图像监控视频线进入监控屏每路各加装1个视频信号防雷器；同时要求本期所有增加的电气二次设备均应配置有二次防雷装置。
5 结束语
目前我国变电站存在设备老化，绝缘性能低等缺陷，迫切需要进行改造。变电站改造工程的实施对我国经济发展提供强大的电力保障，对我国社会主义现代化的建设具有重要意义。对于改造方案的选择，我们应该根据变电站的实际情况因地制宜，借鉴国内外变电站改造工程成功的经验，融合当代先进科技技术，确保变电站稳定可靠的运行。变电站运行中，要加强设备的监控、维护、检修等方面的工作，为用户提供安全、持续的电力能源
参考文献
[1]谢幸生.变压器增容加固改造概论[J].高电压技术.2004（S1）.
[2]于励民.110kV谢庄变电站一次系统技术改造的对比与分析[J].煤矿机电. 2011（05）.
[3]蔡思宁.110kV变电站设备改造与维护[J].湖北电力.2011（08）.
[4]陈伟.变电站改造工程中存在的问题及对策[J].企业技术开发. 2011（11）.