智能變電站繼電保護(hù)改擴(kuò)建的三項(xiàng)原則研究

王 昕，朱峻永，曾治安，陳 力，孫曉勇

(國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司，重慶 400015)

自智能變電站(以下簡(jiǎn)稱“智能站”)推廣建設(shè)以來(lái)，不少智能站已經(jīng)歷了單間隔的改擴(kuò)建。結(jié)合當(dāng)前智能站繼電保護(hù)裝置的實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)實(shí)施智能站改擴(kuò)建時(shí)，繼電保護(hù)系統(tǒng)調(diào)試會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)時(shí)間和較多數(shù)量的設(shè)備陪停，同時(shí)也可能會(huì)因繼電保護(hù)改擴(kuò)建實(shí)施方式不當(dāng)導(dǎo)致安全、質(zhì)量事件發(fā)生。如智能站全站系統(tǒng)配置文件(SCD)與改擴(kuò)建設(shè)備工程配置文件不一致，將導(dǎo)致陪停設(shè)備不能恢復(fù)運(yùn)行等。本文結(jié)合在運(yùn)智能站繼電保護(hù)裝置的實(shí)際情況，根據(jù)智能站基本原理，簡(jiǎn)述當(dāng)前智能站改擴(kuò)建實(shí)施步驟，指明智能站改擴(kuò)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和存在的問(wèn)題，提出智能站繼電保護(hù)改擴(kuò)建的優(yōu)化方案，總結(jié)智能站繼電保護(hù)改擴(kuò)建的三項(xiàng)原則，并提出后續(xù)提升思路。

1 當(dāng)前智能站改擴(kuò)建方法

1.1 改擴(kuò)建實(shí)施步驟

1.1.1 改擴(kuò)建前期準(zhǔn)備

智能站改擴(kuò)建前期的準(zhǔn)備工作主要是進(jìn)行初設(shè)審核、設(shè)備采購(gòu)、設(shè)計(jì)出圖(包括虛端子設(shè)計(jì))、現(xiàn)場(chǎng)勘察、方案編制、審核、審批等流程，與常規(guī)變電站不同的是，設(shè)計(jì)需要根據(jù)智能站智能二次設(shè)備設(shè)計(jì)虛端子聯(lián)系圖，以便設(shè)備集成商進(jìn)行全站SCD文件配置。

1.1.2 不停電試驗(yàn)階段

無(wú)論是技改或是擴(kuò)建，系統(tǒng)集成商均需收集改擴(kuò)建設(shè)備的IED能力描述文件(ICD)，并根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行SCD文件配置，需要完成通信地址、虛回路連接和光口、插件等配置，以形成改造后的SCD文件[1]。

實(shí)施擴(kuò)建時(shí)，在完成相關(guān)一、二次不停電安裝，擴(kuò)建的保護(hù)裝置、合并單元、智能終端等具備帶電條件后，各設(shè)備廠商使用軟件從配置好的SCD文件中解析出擴(kuò)建裝置的配置文件，并進(jìn)行下裝和單體調(diào)試，試驗(yàn)正確后即可進(jìn)入停電接入調(diào)試階段。

在實(shí)施技改時(shí)，因改造對(duì)象未停電，SCD文件配置完成后無(wú)法進(jìn)行相應(yīng)調(diào)試，考慮到可能存在SCD文件配置不正確、誤動(dòng)運(yùn)行設(shè)備配置文件、SCD文件與在運(yùn)設(shè)備工程配置文件不一致等情況，通常的操作是采取關(guān)聯(lián)設(shè)備全部陪?；蛘哐娱L(zhǎng)停電改造時(shí)間。

1.1.3 停電調(diào)試及啟動(dòng)投運(yùn)

在單間隔調(diào)試完成后，可以輪流停用母線保護(hù)等裝置開(kāi)展接入調(diào)試工作，必要時(shí)陪停相應(yīng)一、二次設(shè)備[2]。停電接入時(shí)，需執(zhí)行陪停裝置的二次安全措施，然后從已配置好的SCD文件解析出陪停設(shè)備的工程配置文件進(jìn)行下裝，并開(kāi)展與改擴(kuò)建裝置的配合調(diào)試。待所有單體、接入調(diào)試均正確后，即可進(jìn)入啟動(dòng)投運(yùn)階段，直到帶電試驗(yàn)正確后改擴(kuò)建工作才全部完畢。

1.2 改擴(kuò)建關(guān)鍵環(huán)節(jié)

以220 kV線路保護(hù)改擴(kuò)建為例，相較常規(guī)變電站改擴(kuò)建而言，智能站主要增加了SCD文件配置的流程，關(guān)鍵環(huán)節(jié)是接入運(yùn)行母線保護(hù)及調(diào)試。

因需要修改母線保護(hù)的配置文件，所以必須保證改擴(kuò)建后母線保護(hù)與其余運(yùn)行間隔的虛回路的絕對(duì)正確。如運(yùn)行中母線保護(hù)的配置文件與配置好的SCD文件不一致，或本次配置時(shí)誤動(dòng)了運(yùn)行間隔的虛回路，均將導(dǎo)致母線保護(hù)與運(yùn)行裝置光纖鏈路中斷，母線保護(hù)不能恢復(fù)運(yùn)行[3]。

所以，當(dāng)智能站存檔SCD文件與運(yùn)行裝置的配置文件存在大量不一致時(shí)，在進(jìn)行改擴(kuò)建工作時(shí)，將出現(xiàn)大量陪停設(shè)備進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

相較而言，500 kV線路主變擴(kuò)建及保護(hù)改造的技術(shù)難度更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于220 kV線路改擴(kuò)建，不確定性因素更多，技術(shù)上更難把控。

1.3 智能站保護(hù)改擴(kuò)建困局

自2009年智能站逐步推廣以來(lái)，部分智能站已逐漸進(jìn)入技術(shù)改造周期，相較擴(kuò)建而言，智能站繼電保護(hù)技術(shù)改造難度更大，施工調(diào)試周期更短，涉及的各類裝置更多，挑戰(zhàn)更加嚴(yán)峻。目前，智能站的改擴(kuò)建主要面臨以下5個(gè)問(wèn)題。

一是在智能站逐步推廣的過(guò)程中，各時(shí)期智能站設(shè)備統(tǒng)一性較差，裝置模型文件不規(guī)范，且各廠商的保護(hù)裝置、合并單元、智能終端配置文件大多為私有文件，難以檢查比對(duì)。如表1所示。

表1 主流廠商保護(hù)等裝置回路配置文件

二是國(guó)家電網(wǎng)公司通過(guò)繼電保護(hù)“九統(tǒng)一”規(guī)范發(fā)布，逐漸解決了保護(hù)裝置、回路實(shí)例配置文件的規(guī)范性問(wèn)題，但是各廠商合并單元、智能終端仍存在私有文件，不易檢查比對(duì)。

三是在早期智能站的建設(shè)過(guò)程中，因從業(yè)人員對(duì)智能站的認(rèn)識(shí)、理解不深入，存在二次虛回路設(shè)計(jì)不規(guī)范、調(diào)試驗(yàn)收質(zhì)量不佳、SCD文件及配置文件不一致的情況。

四是按照一般的改造方式進(jìn)行停電，改造保護(hù)的關(guān)聯(lián)裝置配置文件變化后難以通過(guò)傳動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，大量陪停相關(guān)設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行方式影響較大。

五是智能站在SCD文件配置下裝時(shí)，各廠商均開(kāi)發(fā)各自不同的軟件工具，軟件的功能差異較大、操作方式不同，且部分軟件存在一定BUG，導(dǎo)致制作的SCD文件規(guī)范性較差。如圖1所示，因配置工具不同，在該裝置配置文件中將存在部分無(wú)效的虛回路。

圖1 配置軟件原因?qū)е碌牟灰?guī)范虛端子示意圖

2 智能站改擴(kuò)建優(yōu)化方案

2.1 智能站繼電保護(hù)改擴(kuò)建問(wèn)題解決辦法

針對(duì)當(dāng)前智能站保護(hù)改造的5項(xiàng)問(wèn)題，應(yīng)采取以下針對(duì)性解決措施。

一是提前開(kāi)展智能站SCD文件配置，通過(guò)使用SCDBrowser等軟件對(duì)SCD文件和裝置配置文件進(jìn)行比對(duì)、核實(shí)，以便確定改擴(kuò)建工作量。

二是針對(duì)私有格式的配置文件，可使用Beyond Compare、UltraEdit Text Editor等軟件對(duì)備份配置文件和SCD解析出新的配置文件。

三是從現(xiàn)場(chǎng)安全和調(diào)試質(zhì)量角度出發(fā)，盡可能考慮SCD文件與在運(yùn)裝置的配置文件不一致，以便充分考慮二次安全方案和調(diào)試風(fēng)險(xiǎn)。

四是智能站是以接收確定二次虛回路連接的，并能對(duì)二次虛回路進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)，應(yīng)以此原理確定改造關(guān)聯(lián)設(shè)備，并根據(jù)已有的二次安全方案擬訂有效的組網(wǎng)調(diào)試方案。

五是SCD配置工具必須符合規(guī)范，確保配置之后的SCD文件與原SCD文件只有改造關(guān)聯(lián)設(shè)備發(fā)生了對(duì)應(yīng)變化，其余設(shè)備的校驗(yàn)碼、二次虛回路(含CCD校驗(yàn)碼)均未改變。

2.2 優(yōu)化后智能站保護(hù)改擴(kuò)建的六步驟

針對(duì)以上解決辦法，按照“減少設(shè)備陪停，縮短改造工期，提升供電可靠，保障電網(wǎng)運(yùn)行”的總體思路對(duì)智能站改擴(kuò)建實(shí)施流程進(jìn)行優(yōu)化，總體分為6個(gè)步驟(見(jiàn)圖2)：改造二次設(shè)備分類——SCD制作及配置比對(duì)——施工調(diào)試方案編制——停電導(dǎo)出比對(duì)及鏈路檢查——全檢驗(yàn)證、接入運(yùn)行設(shè)備——離站比對(duì)、備份及帶電試驗(yàn)。

圖2 智能站保護(hù)改造優(yōu)化后六步驟

2.2.1 改造繼電保護(hù)裝置分類

改擴(kuò)建前需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類。首先需要明確改造的對(duì)象裝置，為改擴(kuò)建設(shè)備；接收改擴(kuò)建設(shè)備SV、GOOSE報(bào)文的裝置，且需重新下裝配置文件，為改造關(guān)聯(lián)設(shè)備；不接收改擴(kuò)建設(shè)備SV、GOOSE報(bào)文，且無(wú)需下裝配置文件，稱為無(wú)關(guān)設(shè)備[4]。

以220 kV線路保護(hù)改造(含合并單元、智能終端)為例，對(duì)設(shè)備進(jìn)行分類(見(jiàn)圖3)。第一步確定線路保護(hù)、線路合并單元、智能終端為改擴(kuò)建設(shè)備；因母線保護(hù)接收線路保護(hù)的分相啟失靈的GOOSE報(bào)文，接收智能終端刀閘位置的GOOSE報(bào)文，測(cè)控裝置接收線路智能終端相關(guān)GOOSE報(bào)文，故障錄波裝置接收線路保護(hù)和智能終端的相關(guān)GOOSE報(bào)文，故母線保護(hù)、測(cè)控裝置、故障錄波裝置均需重新下裝配置，于是確定母線保護(hù)、測(cè)控裝置、故障錄波裝置為改造關(guān)聯(lián)設(shè)備；其余間隔線路保護(hù)、主變保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、智能終端接收母線保護(hù)的GOOSE報(bào)文，但無(wú)需重新下裝配置，為無(wú)關(guān)設(shè)備。

圖3 智能站雙母接線線路保護(hù)改造設(shè)備分類示意圖

2.2.2 SCD文件制作及配置比對(duì)

智能站二次設(shè)計(jì)應(yīng)包含兩個(gè)部分：第一部分是二次施工圖，即物理的光、電聯(lián)系；第二部分是二次虛回路設(shè)計(jì)，最終形成SCD文件。在智能站保護(hù)改造前，應(yīng)提前完成SCD制作，并與改造前的SCD文件進(jìn)行比對(duì)，確保只變動(dòng)了改造的相關(guān)部分，其余運(yùn)行設(shè)備相關(guān)配置、參數(shù)、數(shù)據(jù)集、虛回路、光口配置、校驗(yàn)碼等均未發(fā)生變化。

SCD生成后同時(shí)應(yīng)解析出改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的工程配置文件，并與在運(yùn)設(shè)備備份的工程配置文件進(jìn)行比對(duì)，確保只改動(dòng)了改擴(kuò)建設(shè)備相關(guān)的部分，裝置的實(shí)例配置、與無(wú)關(guān)設(shè)備的虛回路均未發(fā)生改變。如果改造前后SCD文件和改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的配置文件之間存在不一致，應(yīng)逐項(xiàng)核實(shí)原因。例如：虛回路連接不一致則可能是配置出錯(cuò)；遙信描述不一致則可能是上一次遙信試驗(yàn)時(shí)改動(dòng)了SCD遙信描述，但未對(duì)改動(dòng)后的文件進(jìn)行下裝等。

如果未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)在運(yùn)改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的配置文件與存檔SCD文件的不一致，在接入調(diào)試后將導(dǎo)致改造關(guān)聯(lián)設(shè)備不能恢復(fù)運(yùn)行，所以需要對(duì)該問(wèn)題加以重點(diǎn)關(guān)注。

2.2.3 施工調(diào)試方案編制、審核

在SCD制作及配置比對(duì)后，明確了改擴(kuò)建設(shè)備、改造關(guān)聯(lián)設(shè)備、無(wú)關(guān)設(shè)備的二次虛回路及其一致性情況，則可擬訂停電計(jì)劃及改造調(diào)試方案。按照改擴(kuò)建設(shè)備停電全檢試驗(yàn)的要求，改造關(guān)聯(lián)設(shè)備輪停接入調(diào)試時(shí)，無(wú)關(guān)設(shè)備采取一致性比對(duì)、虛回路校驗(yàn)碼核對(duì)、鏈路連接檢查核對(duì)等方式進(jìn)行驗(yàn)證的原則編制施工調(diào)試方案。

以220 kV雙母接線方式的主變保護(hù)改造為例(含合并單元、智能終端)，改造設(shè)備全停，停電范圍為主變?nèi)齻?cè)停用；高/中側(cè)母線保護(hù)、高/中母聯(lián)智能終端、低分段及備自投裝置、主變測(cè)控裝置、主變故障錄波裝置均為改造關(guān)聯(lián)設(shè)備，需開(kāi)展輪停接入及調(diào)試工作；其余主變保護(hù)、線路保護(hù)、母聯(lián)保護(hù)、智能終端(低壓側(cè)間隔除外)及時(shí)與母線保護(hù)等公用設(shè)備有回路聯(lián)系，母線保護(hù)等公用設(shè)備工程配置文件發(fā)生了改變，仍為無(wú)關(guān)設(shè)備，無(wú)需停電調(diào)試。

智能站保護(hù)等設(shè)備改造建議采取掏芯方式開(kāi)展，盡量利舊外部電纜、光纜。針對(duì)前期SCD文件和改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的配置文件的比對(duì)情況，改造關(guān)聯(lián)設(shè)備如測(cè)控裝置接收的GOOSE遙信存在描述不一致的情況，即使外部二次回路未發(fā)生改變，也應(yīng)開(kāi)展遙信試驗(yàn)。如果早期智能站未對(duì)設(shè)備的配置文件進(jìn)行備份，可在停電調(diào)試期間開(kāi)展工程配置文件比對(duì)工作，但應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)調(diào)試時(shí)間。

擬定停電設(shè)備后，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行方式考慮可能的停電方案，并根據(jù)調(diào)試范圍、進(jìn)度安排擬定改造各個(gè)階段的二次安全措施，待施工調(diào)試方案及二次安全措施經(jīng)審批合格后方可實(shí)施改造。

2.2.4 停電導(dǎo)出比對(duì)、鏈路核對(duì)

改造關(guān)聯(lián)設(shè)備停電工作許可后，應(yīng)立即執(zhí)行二次安全措施，然后導(dǎo)出改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的工程配置文件進(jìn)行第二次比對(duì)，確保未改動(dòng)與本次改造無(wú)關(guān)的配置文件后方可開(kāi)展工程配置文件下裝[5]。

因與母線保護(hù)、主變保護(hù)等設(shè)備關(guān)聯(lián)的設(shè)備較多，此類保護(hù)作為改造關(guān)聯(lián)設(shè)備，重新下裝配置前，與無(wú)關(guān)設(shè)備的鏈路需要通過(guò)二次安全措施進(jìn)行物理隔離。重新下裝配置后，如果配置文件比對(duì)不正確或受到其他因素影響，與改造設(shè)備調(diào)試完畢后再恢復(fù)物理光纖鏈路時(shí)，將可能導(dǎo)致改造關(guān)聯(lián)設(shè)備與運(yùn)行的無(wú)關(guān)設(shè)備通信不正常，從而導(dǎo)致改造關(guān)聯(lián)設(shè)備不能恢復(fù)運(yùn)行。

為避免該情況發(fā)生，在此階段增加一個(gè)“鏈路檢查”的工作流程，臨時(shí)恢復(fù)改造關(guān)聯(lián)設(shè)備與無(wú)關(guān)設(shè)備的光纖鏈路通信，根據(jù)SV采樣接收情況、GOOSE心跳報(bào)文恢復(fù)情況核實(shí)改造關(guān)聯(lián)設(shè)備與無(wú)關(guān)設(shè)備的虛回路未被變動(dòng)。

為保證作業(yè)安全，與無(wú)關(guān)設(shè)備的鏈路恢復(fù)前，一是應(yīng)確保現(xiàn)場(chǎng)未開(kāi)展影響保護(hù)裝置的各類工作，避免交叉作業(yè)影響，二是檢查改擴(kuò)建設(shè)備、改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的保護(hù)功能、出口均退出，通過(guò)數(shù)據(jù)抓取核實(shí)輸出報(bào)文為正常的心跳GOOSE報(bào)文且無(wú)異常后，方可進(jìn)行光纖鏈路恢復(fù)工作。

2.2.5 全檢驗(yàn)證、接入運(yùn)行設(shè)備

改擴(kuò)建設(shè)備或改造關(guān)聯(lián)設(shè)備配置下裝，比對(duì)一致，鏈路核對(duì)無(wú)誤后，再次檢查二次安全措施執(zhí)行到位后，方可開(kāi)始調(diào)試工作。改擴(kuò)建設(shè)備的調(diào)試需要按照標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書(shū)一一對(duì)照試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行全檢驗(yàn)證。

改造關(guān)聯(lián)設(shè)備除應(yīng)開(kāi)展與改擴(kuò)建設(shè)備的聯(lián)合調(diào)試外，還應(yīng)開(kāi)展單體試驗(yàn)驗(yàn)證其采樣、開(kāi)入、開(kāi)出及其功能邏輯是否正確，并用數(shù)字試驗(yàn)儀模擬與該改造關(guān)聯(lián)設(shè)備相關(guān)的無(wú)關(guān)設(shè)備，進(jìn)行鏡像傳動(dòng)試驗(yàn)。

改擴(kuò)建工作中不應(yīng)改動(dòng)任何與改擴(kuò)建設(shè)備無(wú)關(guān)的二次回路，應(yīng)驗(yàn)證遙信、遙控、遙測(cè)等功能，還應(yīng)考慮涉及電氣閉鎖、間隔層五防、一鍵順控等試驗(yàn)，確保不因漏檢導(dǎo)致重復(fù)停電或重復(fù)試驗(yàn)。

2.2.6 離站配置比對(duì)及帶電試驗(yàn)

改擴(kuò)建設(shè)備各項(xiàng)檢修、調(diào)試工作全部完成，運(yùn)行的改造關(guān)聯(lián)設(shè)備接入調(diào)試完畢后，應(yīng)導(dǎo)出本次所有改擴(kuò)建設(shè)備、改造關(guān)聯(lián)設(shè)備的配置文件，并進(jìn)行第三次比對(duì)，確保調(diào)試期間各設(shè)備未發(fā)生未經(jīng)記錄的調(diào)整和變化，確保SCD文件與工程配置文件的一致性。

設(shè)備啟動(dòng)投運(yùn)前需啟用調(diào)度下達(dá)的相應(yīng)定值，確保所有二次安全措施全部恢復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查無(wú)異常，驗(yàn)收合格并做好相應(yīng)記錄后，方可進(jìn)入帶電試驗(yàn)階段。運(yùn)維人員按設(shè)備啟動(dòng)方案和調(diào)度命令啟用設(shè)備，調(diào)試人員按程序開(kāi)展帶電試驗(yàn)，確保改擴(kuò)建設(shè)備、改造關(guān)聯(lián)設(shè)備帶負(fù)荷測(cè)試正確。帶電試驗(yàn)完成后，表示改擴(kuò)建工作完成。

3 結(jié)論

綜上所述，作為設(shè)備運(yùn)維管理單位，在對(duì)當(dāng)前智能站改擴(kuò)建的施工調(diào)試流程優(yōu)化后，可提煉出3個(gè)核心原則。

一是改擴(kuò)建二次設(shè)備分類原則。通過(guò)對(duì)改造設(shè)備、改造關(guān)聯(lián)設(shè)備和無(wú)關(guān)設(shè)備的分類，明確改擴(kuò)建對(duì)象和改擴(kuò)建的影響范圍，以便確定改擴(kuò)建實(shí)施的總體方案。

二是SCD及配置文件先行原則。將SCD文件配置流程提前，通過(guò)新、舊SCD比對(duì)，新SCD文件解析出的配置文件與備份的配置文件的第一次比對(duì)，暴露可能存在的問(wèn)題，確保一、二次設(shè)備準(zhǔn)確停用。

三是停電比對(duì)和鏈路檢查原則。改造關(guān)聯(lián)設(shè)備停電后立即導(dǎo)出配置文件與下裝文件進(jìn)行比對(duì)，下裝后立即檢查核實(shí)與無(wú)關(guān)設(shè)備光纖鏈路正確，確保配置文件錯(cuò)誤等問(wèn)題第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)，避免重復(fù)停用一、二次設(shè)備或延期等情況。

通過(guò)堅(jiān)守這3個(gè)核心原則，確定必要的技術(shù)保障，即使在早期智能站管理不規(guī)范時(shí)，也能安全可靠地實(shí)施智能站保護(hù)改擴(kuò)建，同時(shí)切實(shí)實(shí)現(xiàn)減少設(shè)備陪停，縮短改造工期，提升供電可靠，保障電網(wǎng)運(yùn)行的效果。

4 展望

為了更好、更安全、更高效實(shí)施智能站改擴(kuò)建，發(fā)揮智能站獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，建議在管理上采取以下措施。

一是加強(qiáng)SCD配置軟件的規(guī)范性檢查。確保不因SCD配置軟件不規(guī)范導(dǎo)致裝置校驗(yàn)碼和虛回路檢驗(yàn)碼隨意改變。

二是統(tǒng)一合并單元智能終端等裝置的工程回路文件規(guī)范。確保采取統(tǒng)一的文件格式進(jìn)行配置，以便更好地進(jìn)行智能站改擴(kuò)建工作。

三是加強(qiáng)裝置配置文件管理。建議采取解耦管理思路，重點(diǎn)加強(qiáng)各裝置工程配置文件管理，減少SCD文件描述不一致等問(wèn)題帶來(lái)的改造困惑。