330kV變電站智能改造技術研發與應用

國電南瑞科技股份有限公司 李 銳

智慧變電站是中國智慧供電系統的關鍵支持與節點保障，采用《變電所智能化改造技術標準》等系列技術標準，成為智慧變電站安裝的科技依據和原則。目前已經逐步形成了智慧站的主要特點：一次系統自動化、全站數據電子化、通信設備電子化、資源共享規范化、網絡服務互動化。

1 智能化改造基本問題

變電站的改建不同于規模新站建設項目，因其特殊性(如電氣設備運轉且沒法全停改建、場所空間局限取決于利舊需要、改建設施眾多且環環相扣等)，所以項目、改建難易、改建時間均遠大于相同規模的新站建設項目。根據項目整改設計，全面梳理項目整改流程并提出整體停電計劃，進一步研究整改原則、確定技術方案基本準則、確立二次整改方案、夯實屏位騰挪平臺。

1.1 項目改造規劃

根據變智能化改建“公用先行”的設計思路，將公用設施分為基礎土建工程、直流控制系統、監測設備、變壓器監測控制系統等。鑒于對不同供電層次的重要意義并為降低主變壓器的循環停電量，提出將整站改造工程分為四個階段：第一步進行基礎土建工程(本案例重點涉及建設一個330kV維護小房和二條電纜主溝)、建立新監測管理系統后臺和新直流系統、進行220kV母線測控改建等；第二步分別進行330kV母差、母線測控改建及330kV分串輪停改建；第三階段進行220kV控制系統二輪斷電改裝(第一次輪間隔和第一次套新母差改裝、第二次輪第二次套新母差割接)；第四階段進行35kV系統更新和老直流系統及公用設施隔離清除等工作。

四個階段中，第一期工程和其他各個階段次序均不可逆。第一期工程是對全部斷電改建的主要基礎。建設53小房間用來安置第7串、第六串屏柜，其目的是為了騰出51、52小房間部分屏位給新第一串等裝置。采用了“屏位騰挪”方法的輪停改建工程設計，大大縮短了電氣設備停運時限。如在第7串斷電改建時完成第7串電氣設備屏柜拆舊工作或新立的第一串電氣設備時，在第一串斷電前完成了新屏設置、部分接線調整和調試等工作，可大大縮短裝置停運時限。但這對修改順序安排、各子階段的動態屏位設計工作都提供了嚴格要求，還需充分考慮停電方式安排的可能性、修改后的屏位布局利于設備管理及運維檢修工作的開展等。

1.2 改造技術原則

變電所數字化改造技術主要依據《現代智能變電所工藝技術指導》、《變電所現代化改建技術標準》，并結合變電所實際情況靈活制訂，是現代整站改造技術方法理論建立的重要基石。變過程層與站控級自動化改造綜合考慮了變化實際狀況，重點確定如下基本技術原則。

構建智能一體化監測管理系統，站控層通信應用IEC 61850(DL/T860)標準；繼電維護、測控裝備是一種網絡普通電氣設備，常規取樣、常規跳閘，電氣設備間的互相開啟、彼此關閉、控制工作和傳遞數據通過常規線路連接方法完成；不滿足現代化通訊需求的進口老舊監測控制、防護設備將予以整體替換，而近年新上的安全保護器則僅替換為通訊連接器插件；配置支持IEC 61850(DL/T860)規范的故障錄波裝置。故障錄波儀的子站控層獨立組網，接入保護信號子站；保護、測控裝置對時連接全站的一體化GPS授時控制系統，故障錄波儀不再獨立設置為GPS對時設備；間隔層的設備未過改造周期，增加設備利用率，采取利舊方法并配備智能終端和合并模塊。

1.3 二次改造模式

該變電站智能化改造工程項目二次保護及測控設備改造采用的是室內環境改造方式。改建包括掏屏法(部分研究單元稱為差異化改建，外部線路保留，僅替換原設備的方式)和整體屏替換方式。二次改造工程綜合考慮了設備的使用情況、屏位可否調換等實際情況，充分運用了多種整屏過渡替換方案進行改造轉換。

2 新舊直流系統過渡割接方案

一體化直流控制系統相當于變電站的核心控制系統，是保證供電系統順利工作的關鍵子系統。任何裝置安全平穩運轉，都要求為直流控制系統供給安全、穩定的操作電源。所以，確保在新舊直流系統轉變過程(近二年半)的成功割接，是整體改革的重中之重。新一體化直流電源管理系統由直流供電、交換不中斷地供電、逆變電源等設備構成，共用蓄電池一組，并使用了以太網的通訊端口，利用IEC 61850規約與變電所站控層設備相連，以完成對供電系統的遠程監視管理工作。

變直流控制系統改造中創新性的采取了對老電瓶組移動、與新建老直流控制系統并聯、逐一轉接設備的實施方案，從而杜絕了對老直流系統設備進行置換或新老控制系統電源設備進行搭配的方法，大大降低了老直流控制系統失電的重大隱患。改造流程分為三個子階段步驟進行。

第一階段完成新建直流系統總屏和分屏；第二步將老電瓶組移動、新建電瓶組安裝，最后完成對新建直流控制系統的接入及監控系統；第三階段結合間隔設備停電改造，將老直流設備逐漸由舊直流系統總屏割接至新建直流系統總屏，最后將老直流控制系統退役。該流程風險管控最高的為老電瓶組移動。以直流I段的老蓄電池組轉移為例，為克服上述問題，在直流I段母線和直流II段母線之間設置并接通額定電流第63A的臨時閘刀，在老蓄電池組轉移之間合上臨時并列的閘刀，以完成一臺老蓄動力電池機組結束運營后的“二充一蓄”的獨立電源工作任務。

圖1 老蓄電池組移位實施方案

3 新舊監控系統過渡接口方案

變控制管理系統站控層改造的二個方法。方法一是帶電改裝，建立新站控層系統后，完成“三遙”核實后投資系統運行并退役老控制系統。此方法的弊端就是“三遙”核實時錯搭操作端子、錯跳操作裝置等，其整改時間長達2～3個月，已在新車站控層的局部改裝中有效使用；方法二是結合停電間隔依次停電技術改造，新舊監控系統通過聯合運行依次割接至新建的監控系統后退役原系統，從而避免了第一種方法的建設風險，更適合于整站技術改造。

這個方法需要克服二個困難：一是管理運維工作人員設備監控問題，如已完成改造設備在新系統監控或未改造設備在舊系統上監控將對管理運行工作造成很大影響，須在新監控系統上實現更完善的站內監控功能；其次是新系統互鎖邏輯安全性難題。在改造過程中，已改建的網絡系統與尚未改建的網絡系統彼此獨立，由于內部使用了不同的通訊規約方式故無法進行聯系；而在間隔層與站控層之間的閉鎖邏輯也多為跨隔離，因而出現了新、舊系統信號不足、重聯閉鎖邏輯不完全等現象，此時應保證新監測體系的間隔層、站控層閉鎖邏輯完整性。

圖2 虛擬測控系統設備應用原理圖

本次變電站智能化改造采用第二種方案，以避免較大改造風險和減少改裝時間。而為突破上述二個難點，北京某工廠成功研制出模擬測控設備。在新監控系統中設置了模擬測控裝置，以模仿新控制系統的實物測控設備工作，被模仿的間距為未修改間距。

虛擬測控裝置透過網線鏈接至老站控制層或換換機鏡像口，以讀取舊遠動主機傳送的數據資料和104報文。在104報文中分析出所含間隔的部位、閘刀部位等信息，將該信息轉換成Goose或mms信息，并發送至新測控裝置或新監測后端，以確保新測控、新終端接收到信息。該方案克服了新、舊控制系統的轉換問題。

4 低壓側母差保護改造方案

母線差動保護系統改造目前適用的停電方法主要有二類。第一類方法是斷電改造，適用于三/二接線方案，改造方法較清晰，斷電改造可一次完成。第二類方法是依次停間隔實施，適用于雙母線形式方案，如變220kV母差保護改造，經改建完成了母差備用化和撤除原母差；同時完成了220kV隔離和主變二輪斷電，并完成了二組全新母差的電力回路連接和啟用。

隔離設備首次輪停后，完成了間隙防護改裝并完成第一套全新母差保護器以及間隙相關傳輸電路。同樣，為達到將已改裝的間隙防護與未改裝的常規母差防護配套，增設母差電壓臨時判定設備。首次輪停完畢后，該變首套新母差保護系統開始運營，老母差保護系統撤出運營。

間隔第二次輪停后，完成了第2套新母差保護及間隔傳送電路，并拆掉舊老母差保護傳送電路和轉換設備。二次輪停完成后，第二套新母差保護器投資工作，對改裝后220kV母紉保護器進行了雙重化，并撤消屏頂直流及輸入大電流的小母紉，使用新直流系統直流饋電分屏及電流并列屏電纜供電。

圖3 220kV母差保護第一輪改造原理圖

圖4 220kV母差保護第二輪改造原理圖