大規模不停電更換220 kV智能變電站合并單元CPU插件方案研究

李 偉，楊冬冬，王 鵬

（1.國網山西省電力公司呂梁供電公司，山西 呂梁 033000；2.國網山西省電力公司電力科學研究院，山西 太原 030001）

0 引言

智能變電站是堅強智能電網的重要基礎和支撐，是電網運行數據的采集源頭和命令執行單元，但在智能變電站運行過程中，會由于合并單元發生裝置故障導致保護裝置誤動。國家電網調度控制中心在繼調2018〔16〕號文件中通報了關于江西500kV廣豐變電站合并單元家族性缺陷。部分廠家合并單元在內部二次開路時，裝置會輸出1.4 In（In為額定電流） 的直流電流，從而引發保護誤動，故需要對存在隱患的合并單元CPU插件硬件電路進行整改。整改方式為合并單元CPU插件在原有硬件基礎上增加或更換扣板，減小保護電流通道模數轉化A/D（analog to digital）的前端輸入電阻Rd，現場在運間隔合并單元程序配置、模型及虛端子回路更換前后保持一致[1-3]。

如圖1電路圖所示，Rd=100 kΩ，當CT二次開路后，由于AD芯片的漏電流導致在Rd上有電壓降，AD采集到的信號為直流電流1.4 In。現將Rd上增加并聯電阻R1（如圖2所示），使得AD采集到的信號輸出為0.04 In＜0.05 In[4]。

圖1 合并單元CPU插件整改前原理圖

中南鐵路呂梁段有作為主供電源的4座220 kV智能變電站涉及合并單元CPU插件整改工作，上級要求不停電工作，盡量縮短單套保護運行時間且保證工作質量，不發生因更換插件而導致的停電事故發生。

圖2 合并單元CPU插件整改后原理圖

1 現狀調查表

1.1 家族性缺陷合并單元裝置調查

合并單元作為智能變電站保護的重要組成部分，其運行情況直接影響保護的可靠性。經過對中南鐵路4座變電站內存在家族性缺陷合并單元裝置調查，共需整改合并單元92套（見表1），其中存在缺陷的合并單元占比85.4%，工作量大、耗時長，同時存在一定的安全隱患，給整改工作帶來了一定的難度[5-6]。

1.2 其他單位同類型整改工作

合并單元整改工作效率統計情況如表2所示。

表1 家族性缺陷合并單元裝置統計表

表2 合并單元整改工作效率統計

2 合并單元整改解決方案

通過現狀調查，影響220 kV智能變電站更換合并單元CPU插件工作效率的主要原因為更換方案的差異導致停電時間的長短。我們針對不同的方案提出了3種可行性措施。

2.1 方案一：A、B套保護輪流停電整改

本方案每套保護220 kV間隔合并單元采用雙套配置，按照A、B套輪流停電更換方案，實現一次設備不停電更換。以A套為例進行說明，整改時，退出相應A套母差保護（差動保護壓板與所有支路跳閘壓板） 與該間隔A套線路保護（功能壓板與跳閘壓板），整改完畢后給合并單元加三相模擬量電流，驗證采樣值SV（sample value） 輸出的采樣角度及精度；驗證保護、測控、母差裝置采樣接收正確性（此時需再次投入保護與母差對應間隔SV接收壓板），整改完畢后，投入相應母差保護，檢查正常后，開始下一套保護整改。其優點是山西省已有成熟案例，可以借鑒；缺點是不停電整改，對于大規模更換合并單元，耗時長，且頻繁投退母差保護，帶來諸多安全隱患，電網運行安全風險大。

2.2 方案二：單條線路輪停整改

退出A/B套母差保護（差動保護壓板與該間隔SV接收壓板），整改A/B套線路保護對應合并單元，整改完畢后在匯控柜處給合并單元加三相模擬量電流，驗證SV輸出的采樣角度及精度；驗證保護、測控、裝置采樣接收正確性（此時需再次投入保護與母差對應間隔SV接收壓板）。母差保護該間隔電流采樣值需一次設備送電后投入該間隔SV接收壓板進行核對，核對無誤后投入差動保護。其優點是停電整改，電網風險小，山西省已有案例開展；缺點是中南鐵路對供電要求可靠性高，線路停電無法實現。

2.3 方案三：全部A套（B）保護輪停整改

退出A/B套母差保護（差動保護壓板與所有支路跳閘壓板），輪流退出需整改間隔線路A/B套保護裝置（功能壓板與跳閘壓板），對線路間隔對應A/B套合并單元進行整改，整改完畢后在匯控柜處用合并單元測試儀給合并單元裝置加模擬量，并采集合并單元發出的數字量，驗證合并單元整改正確性后投入該間隔線路保護，所有間隔整改完畢后投入A/B套母差保護，用實際負荷驗證線路保護裝置、測控裝置、母線保護裝置的電流采樣值正確性（母差保護需核對無差流后投入）。該方案優點是對于大規模更換合并單元，耗時短，且無需頻繁投退母差保護，風險降至最小；缺點是不停電整改，電網面臨安全運行風險。該方案為首次提出[7]。

經過3個方案比選，方案二因為供電要求，一次設備無法停電，排除；方案一由于合并單元整改數量大，耗時長，且需要頻繁投退母差保護，風險巨大，舍棄；方案三雖然山西省無可用案例借鑒，但通過風險把控可以實施，故本次合并單元整改采用方案三。

3 合并單元CPU插件整改主要創新

3.1 分析原因

二次運檢人員采取頭腦風暴法，認真研究歸納，分析出的合并單元整改面臨的風險如圖3所示。

圖3 合并單元CPU插件整改風險分析圖

3.2 確定存在的問題及解決措施

3.2.1沒有案例借鑒

本次4座220 kV智能變電站更換合并單元CPU插件，方案一和方案二已有相關案例可以借鑒，方案三為山西省首例，沒有成熟經驗可以借鑒，給二次運檢人員提出了技術考驗。

解決措施：二次運檢人員進行了多次研究探討，赴變電站進行現場實際勘測，并積極與廠家溝通，熟練掌握了合并單元測試儀使用方法及合并單元測試標準（比差及角差精度要求）[8]。

3.2.2 現場實際接線情況復雜

本次進行合并單元更換的4座220 kV智能變電站，不同變電站內所涉及線路的CT回路接線方式均有差別，即使同一個變電站內線路的CT回路接線方式也有所不同，如主變高中壓側和低壓側電流從根部來的方向和去的方向不一致，主變低壓側電流有串接，因此每條線路、主變均需要根據實際情況來短封CT二次回路，不能隨意采用上一條線路的短封方法[9－10]。

解決措施：在編制安全措施票的時候，班組成員去變電站現場對所有涉及合并單元整改的二次回路進行逐條核實，提前做好相應的CT專用短封工具。在確認開始工作之前，工作班成員嚴格按照安全措施票執行，工作負責人檢查復核確認無誤，方可開始工作。

3.2.3接線端子排帶來的不便

有些端子排比較老舊，并未采用菲尼克斯端子，致使在試驗接線的時候容易造成試驗線虛接接觸不良的情況，影響試驗結果。

解決措施：在進行試驗的時候，安排二次運檢人員將固定試驗線接在端子排一端，這樣便不容易造成試驗線虛接。

3.2.4 安全措施票的制定不夠合理

二次運檢人員調查了其他單位同類型整改工作的安全措施票，發現大部分單位都是做完一條線路后，先恢復與該條線路相關的全部安全措施，然后再進行下一條線路。這樣不僅工作效率低，同時母差保護多次重復的退出，存在安全隱患，不利于電網的安全穩定運行。

解決措施：通過研究討論，得出方案三較為安全與便捷，即先退A套母差保護，把A母差保護上所有關聯的線路均整改完，然后恢復A套母差保護，轉而繼續退B套母差保護，整改B套母差保護上關聯的線路，最后恢復B套母差保護，根據工作內容制定了相應的安全措施票。以220 kV蔚汾站蔚大線211線路合并單元的安全措施票為例進行說明，具體情況如圖4所示。

圖4 合并單元整改二次工作安全措施票

4 合并單元CPU插件整改實施效果

4.1 經濟效益

降低供電經濟損失：一次設備不停電，220 kV賢蔚I、II線負荷各130 MW，4條鐵路牽引線垣留牽、垣孟牽，大杜牽、大文牽總負荷為120 MW；合計變電站總負荷380 MW，按照常規方案需多停電20 h，損失電量為380×20=760 MW·h，經濟損失：760×0.5=380萬元。

降低維護成本：按照每站20套保護裝置、減少作業人員每人200元/次、車輛300元/輛計算，原20天工作計劃可節約至4天，每次應用可減少作業人員費用4×200×16=10 800元、用車費用1×16×300=4 800元。

4.2 社會效益

本次合并單元CPU插件反措工作，前期進行了詳細調研和裝備工作，探索了新的反措實施方法。現場一次設備不停電，在規范標準作業的同時，反措新方法降低了作業現場安全風險，減輕了工作人員勞動強度，減少了停電時間和工作時間，有效降低了運維成本，最大限度地保證了變電站安全穩定運行，提高了供電可靠性和運行方式的靈活性；同時通過該項工作促進了單位創新人才培養，通過創新的示范引領作用，帶動了身邊一大批人開展技術創新。該項技術創新方案在呂梁4座220 kV智能變電站成功應用，工作效率和質量贏得了國網山西省電力公司領導的高度評價，作為典型創新工作方案得到國網山西省電力公司中調保護處在全省推廣應用。