500 kV常規(guī)變電站智能化改造方案的探討

馮正偉，楊鑫，何祥文

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修公司，浙江金華321000）

500 kV常規(guī)變電站智能化改造方案的探討

馮正偉，楊鑫，何祥文

（國網(wǎng)浙江省電力公司檢修公司，浙江金華321000）

隨著智能變電站技術(shù)的日益成熟與發(fā)展，常規(guī)變電站智能化改造將成為電網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。結(jié)合浙江金華500 kV雙龍變智能化改造的工程實踐，研究了常規(guī)變電站智能化改造的技術(shù)方案以及改造過程遇到的技術(shù)難題，對監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動通信系統(tǒng)、母差和主變保護(hù)分別提出了各自的改造方案，可為常規(guī)變電站的智能化改造提供參考。

變電站；智能化改造；保護(hù)裝置；過渡接口

0 引言

隨著智能化變電站相關(guān)技術(shù)的日益成熟，使得智能化成為未來變電站自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢。與常規(guī)變電站相比，智能變電站實現(xiàn)了信息數(shù)字化，信息傳遞網(wǎng)絡(luò)化，通信模型標(biāo)準(zhǔn)化，各種設(shè)備和功能可以共享統(tǒng)一的信息平臺，使智能變電站在系統(tǒng)可靠性、經(jīng)濟(jì)性、維護(hù)簡便性方面比常規(guī)變電站均有大幅度提升[1]。

由于常規(guī)變電站智能化改造過程中不可能將全站設(shè)備停電進(jìn)行改造，所以變電站內(nèi)的運(yùn)行設(shè)備只能按間隔逐一停運(yùn)進(jìn)行改造，且跨間隔設(shè)備不能長時間退出運(yùn)行。以下分析了浙江500 kV雙龍變電站（簡稱雙龍變）智能化改造中的基本原則、技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)等，尤其對涉及的開關(guān)量改造部分進(jìn)行了詳細(xì)的討論，由于雙龍變此次智能化改造中未對電壓、電流等模擬量回路進(jìn)行智能化改造，故未涉及。

1 智能化改造范圍及總體方案

1.1 智能化改造范圍

500 kV雙龍變是華東電網(wǎng)和浙江電網(wǎng)中一座重要的樞紐變電站，已建500 kV主變壓器（簡稱主變）3組，每臺容量為750 MVA變壓器；500 kV出線10回，220 kV出線14回；無功補(bǔ)償裝置共9組，包括4組電容器和5組電抗器；另外配有直流融冰兼無功補(bǔ)償裝置1套。500 kV主接線全部采用3/2接線，已按遠(yuǎn)景規(guī)模建成6個完整串，3號主變經(jīng)斷路器接至500 kVⅡ母線。

500 kV雙龍變電站智能化改造工作主要有：按智能化變電站的要求更換計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；更換不滿足DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)要求的保護(hù)設(shè)備和直流系統(tǒng)；取消220 kV旁路母線和500 kV出線隔離開關(guān)、新建500 kV和220 kV繼保小室等。

1.2智能化改造總體方案

500 kV雙龍變嚴(yán)格按照智能變電站標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造，改造后站內(nèi)設(shè)置3層2網(wǎng)，即站控層、間隔層、過程層以及站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)，3層設(shè)備之間通過2層以太網(wǎng)絡(luò)完成信息集成及交互。

其中站控層的MMS（制造報文規(guī)范）網(wǎng)絡(luò)采用典型的雙星形結(jié)構(gòu)。500 kV和220 kV系統(tǒng)過程層各設(shè)置雙星形GOOSE（面向通用對象的變電站事件）網(wǎng)絡(luò)；35 kV無功設(shè)備智能終端單套配置，35 kV無功設(shè)備以及所用變采用保護(hù)、測控一體化的四合一裝置，裝置通過電口接至站控層MMS網(wǎng)。不再獨(dú)立配置無功設(shè)備自動投切裝置，無功設(shè)備的自動投切功能由測控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)。

站控層和間隔層設(shè)備配置按一體化監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行改造，需更換全站監(jiān)控系統(tǒng)以及站內(nèi)大部分保護(hù)設(shè)備。其中智能化改造后繼電保護(hù)采用模擬采樣、光纖跳閘模式，即過程層只配置智能終端、不配置合并單元，更換的保護(hù)、測控、錄波裝置需留有電流、電壓模擬量接入回路。

其他二次設(shè)備改造內(nèi)容包括新配時間同步系統(tǒng)；進(jìn)行交直流一體化電源改造等。

2 站控層改造方案

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

變電站智能化改造關(guān)鍵是保證在全站不停電的情況下實現(xiàn)安全、可靠、平穩(wěn)過渡，因此智能化改造必須根據(jù)一次系統(tǒng)停電計劃，分階段、分層次逐步進(jìn)行[2]。常規(guī)設(shè)計方案是各測控、保護(hù)等智能裝置逐個改造后通過DL/T 860標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約接入智能化站控層MMS網(wǎng)絡(luò)，未改造的二次設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)IEC 103規(guī)約仍接入原監(jiān)控系統(tǒng)站控層網(wǎng)絡(luò)。

由于改造過程中，原站控層系統(tǒng)和新增的智能化站控系統(tǒng)同時運(yùn)行，隨著間隔層設(shè)備改造的實施，2個系統(tǒng)分別接收和處理站內(nèi)一部分?jǐn)?shù)據(jù)，導(dǎo)致2個站控層計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)不完整。這樣既造成監(jiān)控后臺和調(diào)度通信中心信息的嚴(yán)重缺失，同時由于2套監(jiān)控系統(tǒng)信息的不完整，導(dǎo)致站控層邏輯閉鎖的不完整，給變電站的安全運(yùn)行帶來隱患。

為了確保改造過渡過程中2個系統(tǒng)都具備完整的數(shù)據(jù)，原站控層系統(tǒng)和智能化站控系統(tǒng)之間需實時交換數(shù)據(jù)，采用圖1所示的過渡方案。

圖1 監(jiān)控自動化系統(tǒng)過渡方案

通過配置4臺網(wǎng)絡(luò)IEC 103規(guī)約和DL/T 860規(guī)約相互轉(zhuǎn)換的網(wǎng)絡(luò)規(guī)約轉(zhuǎn)換設(shè)備，連接智能化站控層MMS網(wǎng)絡(luò)和原監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)原站控層系統(tǒng)和新增智能化站控層系統(tǒng)的數(shù)據(jù)實時雙向交換。改造過渡階段，原站控層系統(tǒng)和新增智能化站控層系統(tǒng)均獲取完整的數(shù)據(jù)，從而保障了改造期間站控層邏輯閉鎖功能的完整性。同時整個工程過渡期間，運(yùn)行人員可只通過新建智能系統(tǒng)操作員站就實現(xiàn)對全站設(shè)備的監(jiān)視和控制，大大減輕運(yùn)行人員負(fù)擔(dān)及誤操作風(fēng)險。

2.2 遠(yuǎn)動通信系統(tǒng)改造方案

在原遠(yuǎn)動工作站與調(diào)度的連接不中斷的情況下，組織新的遠(yuǎn)動通道，并且2套系統(tǒng)都具備完整的數(shù)據(jù)傳輸功能。在整個改造過程中，保持原遠(yuǎn)動系統(tǒng)數(shù)據(jù)不變，繼續(xù)向調(diào)度上送數(shù)據(jù)。而已改造過的設(shè)備通過新的遠(yuǎn)動系統(tǒng)上送數(shù)據(jù)，隨著改造工作的推進(jìn)，所有信息最后都通過新的遠(yuǎn)動系統(tǒng)上送至調(diào)度端，改造結(jié)束后新遠(yuǎn)動系統(tǒng)投運(yùn)，原遠(yuǎn)動系統(tǒng)退役，遠(yuǎn)動通信系統(tǒng)過渡方案見圖2。

圖2 遠(yuǎn)動通信系統(tǒng)過渡方案

新開通告警直傳遠(yuǎn)程瀏覽通道，在改造間隔投運(yùn)前完成完整遠(yuǎn)程瀏覽圖形和告警直傳點(diǎn)的配置，隨著改造間隔的增加同步進(jìn)行告警直傳和遠(yuǎn)程瀏覽的核對。改造過程中對向調(diào)度傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分類、整合和優(yōu)化，重要告警和信號通過遠(yuǎn)動通道直采直送，其他告警信息和綜合分析結(jié)果信息通過告警直傳上送調(diào)度（調(diào)控）中心。

3 保護(hù)裝置的改造方案

在智能化改造過程中，各間隔設(shè)備按停電計劃進(jìn)行逐一改造，更換改造相應(yīng)間隔的線路保護(hù)、斷路器保護(hù)、測控裝置等設(shè)備。而對于公共保護(hù)裝置，如500 kV母差保護(hù)、220 kV母差保護(hù)、主變保護(hù)等，由于涉及多個間隔設(shè)備，導(dǎo)致出現(xiàn)已改造間隔和未改造間隔同時接入新保護(hù)的問題。

3.1500 kV母差保護(hù)改造方案

500 kV雙龍變原500 kV母差保護(hù)按雙重化配置2套REB103母差保護(hù)，在智能化改造過程中按2套母差輪停的方式進(jìn)行。根據(jù)停電方案，500 kV部分先改造母線保護(hù)，后改造間隔保護(hù)，因此在改造過程中存在新老間隔設(shè)備共存的情況，而未改造的老間隔采用傳統(tǒng)的電纜進(jìn)行通信，現(xiàn)場未配置智能終端而無法接收新母差保護(hù)的跳閘信號，同時原斷路器保護(hù)與新母差之間亦無法通信。

因此在500 kV母差保護(hù)改造中，采用增加過渡接口裝置方案實現(xiàn)新母差保護(hù)與原間隔設(shè)備回路的無縫鏈接（見圖3）。原母差保護(hù)裝置退出，未改造間隔保護(hù)的傳統(tǒng)開入開出量接入過渡接口裝置，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后通過光纖接入數(shù)字化母差保護(hù)。改造過程中，已完成智能化改造的間隔的智能終端通過光纖接入新母差保護(hù)。全部間隔智能化改造完成后，新母差保護(hù)接入所有間隔后，過渡裝置可完全撤除。

圖3500 kV母差保護(hù)過渡接口示意

3.2220 kV母差保護(hù)改造方案

由于500 kV雙龍變220 kV部分只配置了1套REB103母差保護(hù)裝置，若將唯一的母差保護(hù)停役后再改造，風(fēng)險太大。因此220 kV部分智能化改造時，采用了先改造各間隔保護(hù)，再改造母差保護(hù)的方案。待所有間隔保護(hù)改造完成后，投入一套新母差保護(hù)，再將老母差保護(hù)退出運(yùn)行，之后再投入第2套新母差保護(hù)。因此在220 kV部分改造過程中，需解決新間隔保護(hù)與老母差保護(hù)的通信問題。

在220 kV改造過程中增加了原母差保護(hù)過渡接口裝置（見圖4），新間隔保護(hù)與原母差保護(hù)的通信通過過渡接口裝置轉(zhuǎn)接，硬接點(diǎn)與GOOSE信號的轉(zhuǎn)換。另外由于原母差保護(hù)的電流、電壓回路不變，隔離開關(guān)輔接點(diǎn)回路不變，新母差保護(hù)通過智能終端接入另一組TA次級和隔離開關(guān)輔接點(diǎn)。在第2次輪停時完成原母差保護(hù)回路拆除和第2套新母差回路搭接。

圖4220 kV母差保護(hù)過渡接口示意

改造過程中由于REB103中不含失靈電流判別功能，改造期間各間隔增加一套電流判別裝置。第2次輪停時，拆除停電間隔電流判別裝置。

3.3 主變保護(hù)改造方案

由于主變保護(hù)的智能化改造先于220 kV系統(tǒng)改造，因此通過臨時增設(shè)主變過渡接口裝置解決了新主變保護(hù)與原220 kV系統(tǒng)保護(hù)的通信。

新設(shè)主變過渡接口裝置屏內(nèi)含3臺主變過渡接口裝置和1臺測控裝置（見圖5）。其中主變接口裝置用于接收新主變保護(hù)啟動中壓側(cè)失靈開入、解除中壓側(cè)母線保護(hù)復(fù)壓閉鎖、跳中壓側(cè)母聯(lián)GOOSE光信號，并將其轉(zhuǎn)換成電信號，轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)裝置；同時接收220 kV母差保護(hù)跳閘的電信號，并將其轉(zhuǎn)換成光信號送至主變保護(hù)；測控裝置用于監(jiān)視主變接口裝置與220 kV母線保護(hù)、220 kV母聯(lián)保護(hù)之間GOOSE通信情況。

圖5 主變保護(hù)過渡接口示意

在改造過程中需敷設(shè)新主變保護(hù)至原220 kV母差保護(hù)、220 kV母聯(lián)保護(hù)和操作箱的過渡電纜，220 kV系統(tǒng)全部改造完成后，主變接口裝置屏退役。

4 結(jié)語

常規(guī)變電站通過智能化改造實現(xiàn)了變電站內(nèi)設(shè)備信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、檢修狀態(tài)化、運(yùn)維高效化，從而達(dá)到了降低變電站運(yùn)維成本、優(yōu)化資源配置、提升運(yùn)行指標(biāo)的目的，這也為500 kV變電站的無人值守提供了技術(shù)支持和保障。

通過對500 kV雙龍變智能化改造工程中的核心技術(shù)要點(diǎn)及創(chuàng)新方案進(jìn)行深入分析，并已在實際改造工程中得到了應(yīng)用，為常規(guī)500 kV變電站的智能化改造提供了有益的經(jīng)驗。

[1]田峰，孫平，張士然.常規(guī)變電站數(shù)字化改造的模式研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（19）:108-112，115.

[2]夏友斌.500 kV繁昌變智能化改造的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電工電氣，2013，26（4）:36-41.

（本文編輯：楊勇）

Discussion on Intelligent Transformation Scheme of 500 kV Conventional Substations

FENG Zhengwei，YANG Xin，HE Xiangwen
（State Grid Zhejiang Maintenance Company，Jinhua Zhejiang 321000，China）

With the increasing maturity and development of intelligent substation technology，intelligent transformation of conventional substations becomes an inevitable trend of power grid development.within accordance with engineering practice of intelligent transformation of Zhejiang Jinhua 500 kV Shuanglong substation，the paper investigates technical scheme for intelligent transformation of conventional substations and technical difficulties during the transformation；it proposes transformation schemes for the monitoring system，remote communication system，bus differential protection and main transformer protection，providing reference for intelligent transformation of conventional substations.

substation；intelligent transformation；protection device；transition interface

TM631:TP273+.5

B

1007-1881（2015）01-0020-04

2014-06-26

馮正偉（1984），男，碩士，工程師，主要研究方向為變電運(yùn)行維護(hù)。