220 kV母線保護(hù)智能化改造方案的探討

郝 偉，馬振國(guó)，張群英

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

為了滿足智能電網(wǎng)對(duì)變電站智能化的要求，常規(guī)變電站的智能化改造將是智能電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中的重要內(nèi)容。母線作為全站最重要的元件，在母線保護(hù)改造過(guò)程中要求母線不能無(wú)保護(hù)運(yùn)行，改造過(guò)程只能按支路分步實(shí)施改造。又由于母線保護(hù)涉及范圍廣、需求信息量多，所涉及的各支路停電時(shí)間有限，使得母線保護(hù)智能化過(guò)程比較耗時(shí)。因此，如何安全、可靠、合理、有序、高效地完成母線保護(hù)的智能化改造，成為常規(guī)變電站智能化改造過(guò)程中比較棘手的問(wèn)題。

1 改造難點(diǎn)

根據(jù)試點(diǎn)工程的改造經(jīng)驗(yàn)，從盡可能地縮短支路停電時(shí)間出發(fā)，目前完成改造的工程主要采用兩種方案，一種是“子單元式母線保護(hù)智能化改造方案”，即先將智能型母線保護(hù)通過(guò)一個(gè)臨時(shí)的子單元式完成整個(gè)新母線保護(hù)的改造，改造完成后再分別接入各支路，投入新保護(hù)退出舊保護(hù)；另一個(gè)是“共存式母線保護(hù)智能化改造方案”，即改造時(shí)直接將各支路信息接入智能型母線保護(hù)，待各支路改造完后，投入新保護(hù)退出舊保護(hù)。但無(wú)論采用哪種方案，在改造過(guò)程中對(duì)于各支路的信息采集，都要求它們既通過(guò)常規(guī)二次電纜獲取，又得通過(guò)數(shù)字式光纖通道獲取。如果采用第一種方案，面臨的難點(diǎn)將是未改造支路信息如何通過(guò)電纜介質(zhì)轉(zhuǎn)換成光纜介質(zhì)傳遞給智能型母線保護(hù)；如果采用第二種方案，面臨的難點(diǎn)將是已改造支路信息如何通過(guò)光纜介質(zhì)轉(zhuǎn)換成電纜介質(zhì)傳遞給常規(guī)型母線保護(hù)。

2 子單元式母線保護(hù)智能化改造方案

廣東三鄉(xiāng)220 kV變電站母線保護(hù)智能化改造采用了子單元式技術(shù)方案，其改造基本思路為：引入母線保護(hù)子單元裝置，如圖1所示。將各支路電纜介質(zhì)信息通過(guò)子單元裝置轉(zhuǎn)換為光纜介質(zhì)信息供智能型母線保護(hù)使用，建立臨時(shí)智能型母線保護(hù)系統(tǒng)。然后逐一對(duì)每條支路進(jìn)行智能化改造。隨著最后一條支路的改造完成，母線保護(hù)智能化改造完成。其具體步驟如圖1。

a）完成智能型母線保護(hù)主單元及其子單元之間的配置及光纖接線，測(cè)試智能型母線保護(hù)主單元及其子單元之間關(guān)聯(lián)的正確性。

圖1 子單元式母線保護(hù)改造示意圖

b）退出運(yùn)行中的常規(guī)型母線保護(hù)，利用常規(guī)型母線保護(hù)屏作為電纜過(guò)渡接線柜，將母線電壓、各支路電流、隔離開(kāi)關(guān)輔助接點(diǎn)、失靈啟動(dòng)接點(diǎn)、母聯(lián)支路SHJ（手合繼電器） 與母聯(lián)支路TWJ（跳位繼電器）、聯(lián)跳啟動(dòng)接點(diǎn)（主變支路）等電纜回路轉(zhuǎn)接入母線保護(hù)子單元；測(cè)試智能型臨時(shí)母線保護(hù)功能，合格后將母線保護(hù)系統(tǒng)投入運(yùn)行。

c）輪停并智能化改造各支路。拆除子單元與所改造支路的電纜回路，搭建本支路智能設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)。新接入的支路帶電運(yùn)行后，測(cè)試智能型母線保護(hù)是否正常，合格后即可重新投入智能型母線差動(dòng)保護(hù)。

3 共存式母線保護(hù)智能化改造方案

大同渾源220 kV變電站母線保護(hù)智能化改造采用共存式技術(shù)方案，其改造思路為：在改造各支路期間，一方面保留常規(guī)型母線保護(hù)所需的各支路電纜介質(zhì)信息，另一方面滿足智能型母線保護(hù)對(duì)各支路數(shù)字式信息取用，如圖2所示。母線保護(hù)功能始終由常規(guī)型母線保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)。智能型母線保護(hù)在改造各支路的同時(shí)只是完善，并不投運(yùn)。待所有支路改造完成后，退出常規(guī)型母線保護(hù)，投入智能型母線保護(hù)。其主要步驟如下。

a）短時(shí)退出常規(guī)型母線保護(hù)，進(jìn)行母線TV（電壓互感器）智能化改造。拆除母線TV端子箱，TV電纜從本體接線盒改引至母線TV智能控制柜，一方面內(nèi)接至屏內(nèi)合并單元，另一方面以并聯(lián)方式引至常規(guī)型母線保護(hù)屏。TV改造完畢重新投入舊母線保護(hù)。

b）待改造支路停電，退出常規(guī)母線保護(hù)本支路運(yùn)行。

c）按照設(shè)計(jì)要求完成本支路合并單元、智能終端、間隔層保護(hù)、交換機(jī)與智能型母線保護(hù)之間的虛端子配置及光纖連接；完成合并單元、智能終端與本支路就地匯控設(shè)備間的電纜連接。

d）選擇本支路備用TA（電流互感器） 繞組、刀閘位置接點(diǎn)與跳閘接口，通過(guò)本支路就地匯控箱，利用臨時(shí)電纜，實(shí)現(xiàn)常規(guī)型母線保護(hù)對(duì)本支路電流采樣、刀閘位置開(kāi)入與跳閘功能。

e）實(shí)現(xiàn)本支路智能型間隔層保護(hù)裝置對(duì)常規(guī)型母線保護(hù)的各種功能（例如支路啟失靈，主變支路的失靈保護(hù)解除電壓閉鎖功能，母聯(lián)支路的SHJ等）。廠家須對(duì)本支路的智能終端作臨時(shí)處理，當(dāng)收到智能型間隔層保護(hù)發(fā)出的虛端子信息后，相應(yīng)的臨時(shí)硬接點(diǎn)觸發(fā)開(kāi)出，以電纜的方式傳遞給常規(guī)型母線保護(hù)。

f）待智能型、常規(guī)型母線保護(hù)涉及本支路的電纜、光纜搭建完成后，分別用智能型、常規(guī)型母線保護(hù)對(duì)本支路進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)無(wú)誤后僅投入常規(guī)型母線保護(hù)本支路運(yùn)行。

g）對(duì)下一支路進(jìn)行智能化改造，待所有支路改造完，投入智能型母線保護(hù)，退出常規(guī)型母線保護(hù)。

圖2 共存式母線保護(hù)改造示意圖

4 方案特點(diǎn)分析

a）子單元式改造方案采用母線保護(hù)系統(tǒng)在先、各支路二次系統(tǒng)在后的改造順序，其難點(diǎn)在于如何使未改造支路的電纜介質(zhì)信息轉(zhuǎn)換為光纖介質(zhì)信息提供給智能型母線保護(hù)；共存式改造方案使常規(guī)型母線保護(hù)在改造過(guò)渡期間始終保持運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)智能型母線保護(hù)在每支路改造完成后逐步得到完善，其難點(diǎn)在于如何使光纖介質(zhì)信息轉(zhuǎn)換為電纜介質(zhì)信息適應(yīng)常規(guī)型母線保護(hù)。

b）子單元式改造方案中，主單元與子單元之間的互聯(lián)試驗(yàn)可在改造前單獨(dú)進(jìn)行，不受改造工期和計(jì)劃約束，有利于改造效率的提高。但是，各支路系統(tǒng)智能化完成后，智能型母線保護(hù)須對(duì)改造后支路進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)，母線保護(hù)須退出。為了避免運(yùn)行中的智能型母線保護(hù)長(zhǎng)時(shí)間退出，對(duì)各支路智能化后的試驗(yàn)過(guò)程將變得較為倉(cāng)促。共存式改造整個(gè)過(guò)程中，擔(dān)當(dāng)母線保護(hù)任務(wù)的是常規(guī)型母線保護(hù)裝置，智能型母線保護(hù)在改造過(guò)程中只是完善，并不投運(yùn)。所以共存式改造中，智能型母線保護(hù)的調(diào)試可貫串于全站改造始終，試驗(yàn)時(shí)間更加充裕，試驗(yàn)條件更加良好，保證了智能型母線保護(hù)的調(diào)試質(zhì)量。

c）子單元式改造過(guò)程中不涉及臨時(shí)電纜，設(shè)備屏柜內(nèi)部整潔，新舊二次系統(tǒng)分界點(diǎn)集中于母線保護(hù)子單元，改造思路清晰，改造危險(xiǎn)點(diǎn)較少；共存式改造過(guò)程中需要鋪設(shè)大量臨時(shí)電纜以滿足各支路與常規(guī)型母線保護(hù)之間信息傳遞，改造施工的要求較高，改造危險(xiǎn)點(diǎn)較多。

d）子單元式改造時(shí)各智能型設(shè)備SCD文件須增加母線保護(hù)子單元有關(guān)的臨時(shí)配置，集成配置工作較繁瑣，虛端子互聯(lián)試驗(yàn)工作量較大；共存式改造中不涉及母線保護(hù)子單元智能設(shè)備，改造成本不會(huì)因過(guò)渡型設(shè)備的引入而增加；SCD文件無(wú)須增加臨時(shí)配置，集成配置工作只需按設(shè)計(jì)要求完成。

e）子單元式改造過(guò)程中，每條支路須至少進(jìn)行兩次傳動(dòng)試驗(yàn)（臨時(shí)系統(tǒng)搭建好后傳動(dòng)一次，支路改造完后再傳動(dòng)一次），兩次傳動(dòng)試驗(yàn)階段不同，所以每條支路停電次數(shù)至少兩次；共存式改造過(guò)程中，常規(guī)型母線保護(hù)和智能型母線保護(hù)須分別對(duì)各支路進(jìn)行傳動(dòng)，但由于兩次傳動(dòng)處于同一試驗(yàn)階段，各支路只需停電一次。

f）子單元式改造方案，包括ICD模板文件的指定、SCD臨時(shí)虛端子關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、子單元設(shè)備的訂貨、改造計(jì)劃的安排等方面，須在變電站設(shè)計(jì)階段全盤考慮。共存式改造方案會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件的影響，例如常規(guī)型母線保護(hù)是否有失靈電流判據(jù)功能，智能終端能否實(shí)現(xiàn)GOOSE開(kāi)入驅(qū)動(dòng)臨時(shí)硬接點(diǎn)開(kāi)出功能等。

5 結(jié)論

子單元式改造方案與共存式改造方案的核心區(qū)別在于，是選擇電纜介質(zhì)信息適應(yīng)智能型設(shè)備還是選擇光纜介質(zhì)信息適應(yīng)常規(guī)型設(shè)備。子單元式改造方案具有改造思路較清晰，不涉及臨時(shí)電纜，受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件影響較小的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是試驗(yàn)項(xiàng)目較多，調(diào)試工作量較大，支路退出運(yùn)行較頻。共存式改造方案優(yōu)點(diǎn)在于試驗(yàn)項(xiàng)目可在每條支路改造過(guò)程中集中進(jìn)行，沒(méi)有臨時(shí)的SCD虛端子關(guān)聯(lián)，母線保護(hù)試驗(yàn)內(nèi)容較少且時(shí)間充裕，缺點(diǎn)在于改造過(guò)程中臨時(shí)電纜過(guò)多，會(huì)受現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件影響。如果變電站母線保護(hù)所涉及支路數(shù)目過(guò)多，改造計(jì)劃安排比較緊張，建議采用共存式母線改造方案；如果母線保護(hù)所涉及支路數(shù)目過(guò)少，改造計(jì)劃安排比較寬松，建議采用子單元式母線改造方案。

子單元式母線保護(hù)改造過(guò)程中，各支路的二次電纜接入子單元裝置是其施工難點(diǎn)。若各支路不停電接入，危險(xiǎn)性很高，須采取嚴(yán)密的安全措施，嚴(yán)防TA回路開(kāi)路運(yùn)行以及運(yùn)行支路誤跳。在支路數(shù)目較少的情況下，如果條件允許，建議將母線短時(shí)停電，各支路全部退出運(yùn)行，待完成子單元裝置與各支路二次接線及傳動(dòng)工作后，再將各支路投入運(yùn)行。共存式母線保護(hù)改造過(guò)程中，各支路與常規(guī)型母線保護(hù)互聯(lián)的臨時(shí)電纜在安裝時(shí)務(wù)必標(biāo)記清楚，布局合理。建議最好設(shè)置臨時(shí)電纜與正式電纜的分界處，方便日后擇時(shí)拆除。