國(guó)電南瑞科技股份有限公司 李 銳

智慧變電站是中國(guó)智慧供電系統(tǒng)的關(guān)鍵支持與節(jié)點(diǎn)保障，采用《變電所智能化改造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，成為智慧變電站安裝的科技依據(jù)和原則。目前已經(jīng)逐步形成了智慧站的主要特點(diǎn)：一次系統(tǒng)自動(dòng)化、全站數(shù)據(jù)電子化、通信設(shè)備電子化、資源共享規(guī)范化、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)互動(dòng)化。

1 智能化改造基本問(wèn)題

變電站的改建不同于規(guī)模新站建設(shè)項(xiàng)目，因其特殊性(如電氣設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)且沒(méi)法全停改建、場(chǎng)所空間局限取決于利舊需要、改建設(shè)施眾多且環(huán)環(huán)相扣等)，所以項(xiàng)目、改建難易、改建時(shí)間均遠(yuǎn)大于相同規(guī)模的新站建設(shè)項(xiàng)目。根據(jù)項(xiàng)目整改設(shè)計(jì)，全面梳理項(xiàng)目整改流程并提出整體停電計(jì)劃，進(jìn)一步研究整改原則、確定技術(shù)方案基本準(zhǔn)則、確立二次整改方案、夯實(shí)屏位騰挪平臺(tái)。

1.1 項(xiàng)目改造規(guī)劃

根據(jù)變智能化改建“公用先行”的設(shè)計(jì)思路，將公用設(shè)施分為基礎(chǔ)土建工程、直流控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)設(shè)備、變壓器監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)等。鑒于對(duì)不同供電層次的重要意義并為降低主變壓器的循環(huán)停電量，提出將整站改造工程分為四個(gè)階段：第一步進(jìn)行基礎(chǔ)土建工程(本案例重點(diǎn)涉及建設(shè)一個(gè)330kV維護(hù)小房和二條電纜主溝)、建立新監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)后臺(tái)和新直流系統(tǒng)、進(jìn)行220kV母線測(cè)控改建等；第二步分別進(jìn)行330kV母差、母線測(cè)控改建及330kV分串輪停改建；第三階段進(jìn)行220kV控制系統(tǒng)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(jìn)行35kV系統(tǒng)更新和老直流系統(tǒng)及公用設(shè)施隔離清除等工作。

四個(gè)階段中，第一期工程和其他各個(gè)階段次序均不可逆。第一期工程是對(duì)全部斷電改建的主要基礎(chǔ)。建設(shè)53小房間用來(lái)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(shè)計(jì)，大大縮短了電氣設(shè)備停運(yùn)時(shí)限。如在第7串?dāng)嚯姼慕〞r(shí)完成第7串電氣設(shè)備屏柜拆舊工作或新立的第一串電氣設(shè)備時(shí)，在第一串?dāng)嚯娗巴瓿闪诵缕猎O(shè)置、部分接線調(diào)整和調(diào)試等工作，可大大縮短裝置停運(yùn)時(shí)限。但這對(duì)修改順序安排、各子階段的動(dòng)態(tài)屏位設(shè)計(jì)工作都提供了嚴(yán)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(shè)備管理及運(yùn)維檢修工作的開(kāi)展等。

1.2 改造技術(shù)原則

變電所數(shù)字化改造技術(shù)主要依據(jù)《現(xiàn)代智能變電所工藝技術(shù)指導(dǎo)》、《變電所現(xiàn)代化改建技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，并結(jié)合變電所實(shí)際情況靈活制訂，是現(xiàn)代整站改造技術(shù)方法理論建立的重要基石。變過(guò)程層與站控級(jí)自動(dòng)化改造綜合考慮了變化實(shí)際狀況，重點(diǎn)確定如下基本技術(shù)原則。

構(gòu)建智能一體化監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，站控層通信應(yīng)用IEC 61850(DL/T860)標(biāo)準(zhǔn)；繼電維護(hù)、測(cè)控裝備是一種網(wǎng)絡(luò)普通電氣設(shè)備，常規(guī)取樣、常規(guī)跳閘，電氣設(shè)備間的互相開(kāi)啟、彼此關(guān)閉、控制工作和傳遞數(shù)據(jù)通過(guò)常規(guī)線路連接方法完成；不滿足現(xiàn)代化通訊需求的進(jìn)口老舊監(jiān)測(cè)控制、防護(hù)設(shè)備將予以整體替換，而近年新上的安全保護(hù)器則僅替換為通訊連接器插件；配置支持IEC 61850(DL/T860)規(guī)范的故障錄波裝置。故障錄波儀的子站控層獨(dú)立組網(wǎng)，接入保護(hù)信號(hào)子站；保護(hù)、測(cè)控裝置對(duì)時(shí)連接全站的一體化GPS授時(shí)控制系統(tǒng)，故障錄波儀不再獨(dú)立設(shè)置為GPS對(duì)時(shí)設(shè)備；間隔層的設(shè)備未過(guò)改造周期，增加設(shè)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(xiàng)目二次保護(hù)及測(cè)控設(shè)備改造采用的是室內(nèi)環(huán)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(shè)備的方式)和整體屏替換方式。二次改造工程綜合考慮了設(shè)備的使用情況、屏位可否調(diào)換等實(shí)際情況，充分運(yùn)用了多種整屏過(guò)渡替換方案進(jìn)行改造轉(zhuǎn)換。

2 新舊直流系統(tǒng)過(guò)渡割接方案

一體化直流控制系統(tǒng)相當(dāng)于變電站的核心控制系統(tǒng)，是保證供電系統(tǒng)順利工作的關(guān)鍵子系統(tǒng)。任何裝置安全平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，都要求為直流控制系統(tǒng)供給安全、穩(wěn)定的操作電源。所以，確保在新舊直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)變過(guò)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(tǒng)由直流供電、交換不中斷地供電、逆變電源等設(shè)備構(gòu)成，共用蓄電池一組，并使用了以太網(wǎng)的通訊端口，利用IEC 61850規(guī)約與變電所站控層設(shè)備相連，以完成對(duì)供電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)視管理工作。

變直流控制系統(tǒng)改造中創(chuàng)新性的采取了對(duì)老電瓶組移動(dòng)、與新建老直流控制系統(tǒng)并聯(lián)、逐一轉(zhuǎn)接設(shè)備的實(shí)施方案，從而杜絕了對(duì)老直流系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行置換或新老控制系統(tǒng)電源設(shè)備進(jìn)行搭配的方法，大大降低了老直流控制系統(tǒng)失電的重大隱患。改造流程分為三個(gè)子階段步驟進(jìn)行。

第一階段完成新建直流系統(tǒng)總屏和分屏；第二步將老電瓶組移動(dòng)、新建電瓶組安裝，最后完成對(duì)新建直流控制系統(tǒng)的接入及監(jiān)控系統(tǒng)；第三階段結(jié)合間隔設(shè)備停電改造，將老直流設(shè)備逐漸由舊直流系統(tǒng)總屏割接至新建直流系統(tǒng)總屏，最后將老直流控制系統(tǒng)退役。該流程風(fēng)險(xiǎn)管控最高的為老電瓶組移動(dòng)。以直流I段的老蓄電池組轉(zhuǎn)移為例，為克服上述問(wèn)題，在直流I段母線和直流II段母線之間設(shè)置并接通額定電流第63A的臨時(shí)閘刀，在老蓄電池組轉(zhuǎn)移之間合上臨時(shí)并列的閘刀，以完成一臺(tái)老蓄動(dòng)力電池機(jī)組結(jié)束運(yùn)營(yíng)后的“二充一蓄”的獨(dú)立電源工作任務(wù)。

圖1 老蓄電池組移位實(shí)施方案

3 新舊監(jiān)控系統(tǒng)過(guò)渡接口方案

變控制管理系統(tǒng)站控層改造的二個(gè)方法。方法一是帶電改裝，建立新站控層系統(tǒng)后，完成“三遙”核實(shí)后投資系統(tǒng)運(yùn)行并退役老控制系統(tǒng)。此方法的弊端就是“三遙”核實(shí)時(shí)錯(cuò)搭操作端子、錯(cuò)跳操作裝置等，其整改時(shí)間長(zhǎng)達(dá)2～3個(gè)月，已在新車站控層的局部改裝中有效使用；方法二是結(jié)合停電間隔依次停電技術(shù)改造，新舊監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)合運(yùn)行依次割接至新建的監(jiān)控系統(tǒng)后退役原系統(tǒng)，從而避免了第一種方法的建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，更適合于整站技術(shù)改造。

這個(gè)方法需要克服二個(gè)困難：一是管理運(yùn)維工作人員設(shè)備監(jiān)控問(wèn)題，如已完成改造設(shè)備在新系統(tǒng)監(jiān)控或未改造設(shè)備在舊系統(tǒng)上監(jiān)控將對(duì)管理運(yùn)行工作造成很大影響，須在新監(jiān)控系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)更完善的站內(nèi)監(jiān)控功能；其次是新系統(tǒng)互鎖邏輯安全性難題。在改造過(guò)程中，已改建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與尚未改建的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)彼此獨(dú)立，由于內(nèi)部使用了不同的通訊規(guī)約方式故無(wú)法進(jìn)行聯(lián)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(xiàn)了新、舊系統(tǒng)信號(hào)不足、重聯(lián)閉鎖邏輯不完全等現(xiàn)象，此時(shí)應(yīng)保證新監(jiān)測(cè)體系的間隔層、站控層閉鎖邏輯完整性。

圖2 虛擬測(cè)控系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)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(fēng)險(xiǎn)和減少改裝時(shí)間。而為突破上述二個(gè)難點(diǎn)，北京某工廠成功研制出模擬測(cè)控設(shè)備。在新監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置了模擬測(cè)控裝置，以模仿新控制系統(tǒng)的實(shí)物測(cè)控設(shè)備工作，被模仿的間距為未修改間距。

虛擬測(cè)控裝置透過(guò)網(wǎng)線鏈接至老站控制層或換換機(jī)鏡像口，以讀取舊遠(yuǎn)動(dòng)主機(jī)傳送的數(shù)據(jù)資料和104報(bào)文。在104報(bào)文中分析出所含間隔的部位、閘刀部位等信息，將該信息轉(zhuǎn)換成Goose或mms信息，并發(fā)送至新測(cè)控裝置或新監(jiān)測(cè)后端，以確保新測(cè)控、新終端接收到信息。該方案克服了新、舊控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。

4 低壓側(cè)母差保護(hù)改造方案

母線差動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)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(shí)施，適用于雙母線形式方案，如變220kV母差保護(hù)改造，經(jīng)改建完成了母差備用化和撤除原母差；同時(shí)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(shè)備首次輪停后，完成了間隙防護(hù)改裝并完成第一套全新母差保護(hù)器以及間隙相關(guān)傳輸電路。同樣，為達(dá)到將已改裝的間隙防護(hù)與未改裝的常規(guī)母差防護(hù)配套，增設(shè)母差電壓臨時(shí)判定設(shè)備。首次輪停完畢后，該變首套新母差保護(hù)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，老母差保護(hù)系統(tǒng)撤出運(yùn)營(yíng)。

間隔第二次輪停后，完成了第2套新母差保護(hù)及間隔傳送電路，并拆掉舊老母差保護(hù)傳送電路和轉(zhuǎn)換設(shè)備。二次輪停完成后，第二套新母差保護(hù)器投資工作，對(duì)改裝后220kV母紉保護(hù)器進(jìn)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(tǒng)直流饋電分屏及電流并列屏電纜供電。

圖3 220kV母差保護(hù)第一輪改造原理圖

圖4 220kV母差保護(hù)第二輪改造原理圖