500 kV變電站進口測控快速替換改造技術研究

張淦鋒，劉 偉，計榮榮，徐湘憶，鮑 偉，呂旭東

(1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司，浙江 杭州 310000；2.國網(wǎng)上海市電力公司電力科學研究院，上海 200437)

為確保重要變電站安全穩(wěn)定運行，早期新建的500 kV變電站普遍采用國外進口測控裝置，包括ABB公司REC561/670系列測控，西門子公司6MB524/AM1703系列測控等。部分進口測控已運行10～15年，長時間服役導致設備運行工況明顯下降，缺陷率顯著提升，進口測控裝置常發(fā)緊急缺陷使監(jiān)控單元失去單間隔監(jiān)控，對集中監(jiān)控、運維檢修造成較大壓力。同時，進口測控裝置備品備件采購困難、維護技術服務缺失，缺陷排查消除困難，自主可控性較差，不滿足當前大電網(wǎng)對安全運行的要求，亟待國產(chǎn)化改造。

經(jīng)過近幾年進口測控國產(chǎn)化改造實踐，500 kV變電站普遍存在停電難、時長短的特點，測控國產(chǎn)化改造工作推進緩慢，使整站改造周期過長，難以滿足變電站自動化設備有力支撐集中監(jiān)控和無人職守的需要。以國網(wǎng)浙江省電力有限公司檢修分公司為例，每年完成約60臺裝置改造。截至目前仍有1 447臺進口測控在運行，按照70臺/年速度加快改造，尚需20年。進口設備急需改造，停電困難制約進度，缺陷頻發(fā)影響監(jiān)控，多重困難雪上加霜，勢必要技術創(chuàng)新尋求突破。

針對這些情況，本文設計一種測控裝置背板轉接裝置，開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)一鍵切換功能，實現(xiàn)進口測控快速替換改造。

1 轉接裝置設計

1.1 常用的進口測控國產(chǎn)化改造方式

當前，電力行業(yè)一般采用新屏位、新屏柜改造方式，原屏位、新屏柜改造方式，掏屏改造方式等3種方式開展進口測控國產(chǎn)化改造工作。

(1)新屏位、新屏柜改造方式。采用此種方式的前提是變電站繼保室內存在備用屏位，新國產(chǎn)測控屏柜可提前立屏，電纜提前敷設并完成接線工作，單間隔一般需四五天。該改造方式一定程度上可以提高測控改造速度，但仍需進行大量的接線工作，在人力資源使用上沒有明顯優(yōu)勢，而且受限于繼保室備用屏柜。

(2)原屏位、新屏柜改造方式。由于受限于繼保室備用屏位，大量進口測控改造采用原屏位、新屏柜的方式。采用該種方式時，在停電方才可拆除進口測控屏柜及二次回路拆搭接，占用大量停電時間。一般比新屏位、新屏柜改造方式多耗費1～2天。

(3)掏屏改造方式。受限于測控水平聯(lián)閉鎖要求，部分進口測控需保留，因此一般采用掏屏方式改造。該方式與原屏位、新屏柜改造方式相似，亦需停電后才可拆除進口測控屏及二次回路拆搭接，一般比新屏位、新屏柜改造方式多耗費1～2天。

常規(guī)的改造方式均需進行二次回路拆搭接工作，而二次回路拆搭接一般需要3～4天/間隔時間方可完成。該部分工作占用了50%的停電時間，嚴重影響進口測控改造速度。因此，若能省去二次回路的拆搭接工作，則可以節(jié)省3～4天/間隔時間，大大加快進口測控改造速度。

1.2 測控裝置背板轉接裝置

結合國產(chǎn)測控背板插件結構，設計了一種轉接裝置屏蔽進口測控、國產(chǎn)測控背板插件的差異性，實現(xiàn)即插即用，避免繁瑣的二次回路拆搭接工作。

1.2.1 進口測控插件定義分析

500 kV變電站常用進口測控一般分為ABB公司REC561/670系列、西門子公司6MB524系列、西門子公司AM1703系列。

本文分析進口測控各插件定義，并歸類分為電源插件、遙信開入插件、模擬量采集插件和遙控開出插件。

ABB公司REC 561/670系列進口測控根據(jù)其型號，一般可分為以下4類，其各插件數(shù)量及定義如表1所示，并將遙測插件定義為A板；遙信插件定義為B板；遙控插件定義為C板；電源插件定義為D板。由分析可知，ABB公司REC 561/670系列進口測控各插件數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場實際需求增減，使用較為靈活，其中3/4型一般用于220 kV間隔，1型一般用于500 kV間隔。220 kV線路和主變220 kV開關、母聯(lián)、分段、母設測控一般由1塊遙測插件、2塊遙信插件、2塊遙控插件、1塊電源插件組成，其中直控功能集成在電源插件。500 kV開關測控一般由1塊遙測插件、3塊遙信插件、2塊遙控插件、1塊電源插件組成，其中直控功能集成在電源插件。

表1 ABB公司REC 561/670系列進口測控插件定義

西門子公司6MB524系列進口測控根據(jù)其型號，一般可分為3類，其各插件數(shù)量及定義如表2所示，并將1CT+2PT的板子定義為A板；2CT+1PT的板子定義為B板。

表2 西門子公司6MB 524系列進口測控插件定義

西門子公司AM1703系列進口測控背板尺寸固定，現(xiàn)場可根據(jù)實際使用情況增減遙信、遙控、遙測插件。開關、線路、母設使用同一類，主變本體使用同一類。開關、線路、母設測控最大化配置為1塊電源板、一塊CPU板、4塊數(shù)字量輸入板、2塊交流輸入板、2塊數(shù)字量輸出板。主變本體測控最大化配置為1塊電源板、一塊CPU板、4塊數(shù)字量輸入板、5塊直流輸入板、1塊數(shù)字量輸出板(如表3所示)。并將電源插件定義為A板；CPU板定義為B板；數(shù)字量輸入插件定義為C板；數(shù)字量輸出插件定義為D板；交流輸入插件定義為E板；直流輸入插件定義為F板。

表3 西門子公司AM1703系列進口測控插件定義

1.2.2 轉接裝置設計

各廠家四統(tǒng)一國產(chǎn)測控均采用模塊化設計，設計理念與西門子公司AM1703系列測控相似，除電源板、CPU板等公用插件外，數(shù)字量輸入插件、數(shù)字量輸出插件、交流輸入插件、直流輸入插件、數(shù)字量輸出插件數(shù)量可根據(jù)實際需求定制。因此，四統(tǒng)一國產(chǎn)測控均能滿足遙信、遙測、遙控回路的功轉接需求。

通過研究測控屏柜設計藍圖，并對原理圖的剖析，找出了對應的遙信、遙測、遙控轉接關系表。通過轉接關系表可完成進口測控插件與國產(chǎn)測控插件之間的飛線制作，實現(xiàn)遙信、遙測、遙控回路的轉接。

根據(jù)不同廠家、不同型號進口測控裝置尺寸及插件定義制作轉接裝置構架模具，實現(xiàn)標準化設計。一方面該轉接裝置構架尺寸、開孔設計滿足國產(chǎn)測控安裝需求，另一方面該構架模具匹配與進口測控裝置背板一致的接線端子排，可實現(xiàn)原進口測控背板插頭直接插入，并擴展遙信開入、遙控開出插件數(shù)量，滿足后期需求。ABB公司REC561/670系列進口測控轉接裝置構架設計如圖1～圖2所示。

圖1 轉接裝置構架正面、背面設計圖

圖2 轉接裝置構架正面、背面設計圖

1.2.3 內部飛線制作

根據(jù)遙信、遙測、遙控對應關系表繪制轉接裝置內部飛線圖，如圖3所示。根據(jù)內部飛線圖，將轉接裝置內部端子排飛線至國產(chǎn)測控。實現(xiàn)不重新配線即可將二次回路通過轉接裝置準確可靠轉入至國產(chǎn)測控裝置。

圖3 轉接裝置內部飛線實物圖

國產(chǎn)測控可直接安裝于本轉接裝置，并在停電前完成內部飛線及裝置調試。停電后，無需進行二次回路拆除，拆除進口測控背板插頭后，直接取下進口測控。進口測控取下后，將已安裝國產(chǎn)測控的轉接裝置安裝至屏柜對應位置后，即可將原進口測控背板插頭直接接入轉接裝置背板。由于該轉接裝置背板插座與原進口測控背板插頭完全匹配，并且內部飛線按照各插件定義進行轉接接線，實現(xiàn)了進口測控的整體替換。使用該轉接裝置，完全避免了二次回路拆線、接線工作，從而大大節(jié)省了進口測控改造時間。

2 監(jiān)控系統(tǒng)一鍵切換功能開發(fā)

在進口測控改造過程中，后臺及遠動一般在停電后至變電站現(xiàn)場配置。缺點一是需等停電后方可進行后臺及遠動配置，占用停電時間；缺點二是現(xiàn)場配置需要較長時間，對于單個間隔，一般需要1～2天時間。為解決這些問題，開發(fā)了監(jiān)控后臺及遠動裝置一鍵切換軟件，兼容新舊通信協(xié)議差異，解決不同類型數(shù)據(jù)交互難題，自動完成監(jiān)控后臺和遠動數(shù)據(jù)庫更新，從而避免在停電后耗費大量時間進行后臺及遠動配置，節(jié)約停電時間[1-4]。

(1)數(shù)據(jù)庫多通道模式設計。基于監(jiān)控后臺數(shù)據(jù)庫“雙源輸入唯一輸出”多通道模式設計，前置通信同步處理進口測控IEC 104與國產(chǎn)測控IEC 61850協(xié)議通信，可實現(xiàn)不同類設備信息點在數(shù)據(jù)庫并列存儲[5-7]。

(2)雙通道數(shù)據(jù)庫生成及校驗。在數(shù)據(jù)庫多源通道的設計模式下，通過比較遙信、遙測、遙控定義表中的描述與SCD文件導出的desc描述的一致性實現(xiàn)國產(chǎn)測控數(shù)據(jù)庫、進口測控數(shù)據(jù)庫的同步及一致。

由后臺數(shù)據(jù)庫可生成遙信、遙測、遙控定義表，根據(jù)生成的遙信、遙測、遙控定義表來完成國產(chǎn)測控數(shù)據(jù)庫的配置工作，要求國產(chǎn)測控數(shù)據(jù)庫中遙信、遙測、遙控的描述一致，并通過軟件進行比對確認。

為此，開發(fā)了SCD導庫工具，自動匹配原后臺數(shù)據(jù)庫描述，描述一致的情況，不添加遙信、遙測定義表，只添加通道表，并顯示通道號為“通道一”；其他無匹配的數(shù)據(jù)，按照IEC 61850導庫原則自動加入數(shù)據(jù)庫中，免除手動配置數(shù)據(jù)庫的工作，提高準確性。采用Excel中VLOOKUP工具，進行通道數(shù)據(jù)源校驗。

(3)數(shù)據(jù)庫一鍵切換功能實現(xiàn)。為了更好地處理自動切換機制，避免新老數(shù)據(jù)庫來源來回切換，采用封鎖退出機制。導入監(jiān)控后臺的國產(chǎn)測控SCD數(shù)據(jù)庫初始全部設置成封鎖退出狀態(tài)。只有通過人為操作將間隔狀態(tài)設置為投入狀態(tài)，則數(shù)據(jù)庫中該間隔數(shù)據(jù)來源通道自動切入IEC 61850數(shù)據(jù)源中，并且不再切換回原數(shù)據(jù)通道中，防止新上測控裝置故障或者人為斷電，出現(xiàn)切換至原數(shù)據(jù)通道情況。

基于進口測控數(shù)據(jù)庫與國產(chǎn)測控數(shù)據(jù)遙信、遙測、遙控定義表中的描述一致性，通過切換數(shù)據(jù)的通道來源，開發(fā)了“一鍵切換”功能，實現(xiàn)了監(jiān)控后臺及遠動裝置數(shù)據(jù)接入信息的通道切換，監(jiān)控后臺畫面、報表、轉發(fā)表關聯(lián)自動切換，無縫對接新舊測控采集數(shù)據(jù)并關聯(lián)監(jiān)控畫面信息。

3 結語

(1)進口測控轉接裝置及監(jiān)控系統(tǒng)一鍵切換功能已在浙江省500 kV富陽變電站、春曉變電站試點應用及功能測試，能夠滿足應用要求，既可提高工作效率也可降低現(xiàn)場作業(yè)難度。直接選擇國產(chǎn)四統(tǒng)一標準的新型測控裝置為改造機型，與進口測控快速替換改造轉接裝置配合使用。目前國內其他網(wǎng)省公司還有許多變電站仍有早期進口測控裝置在運行，迫于停電困難而難以改進。進口測控轉接裝置與監(jiān)控系統(tǒng)一鍵切換功能的配合使用為測控快速化改造提供了有效解決方案，具有推廣應用價值。

(2)在進口測控故障因備品不足或廠家技術力量無法恢復時，造成電網(wǎng)潮流失去監(jiān)視，電網(wǎng)調度失去控制。此時可結合管理手段最快可在12 h臨停管控時間窗口，安排進口測控裝置快速替換，同步完成后臺及遠動配置調試，恢復調控中心對故障間隔的監(jiān)控，有效提高監(jiān)控設備穩(wěn)定性，保障電網(wǎng)安全。