一種基于原屏改造的變電站綜保改造方式

張 軍，黃立場(chǎng)，王瑾然

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京211102）

0 引言

國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和工業(yè)水平的不斷提高，對(duì)我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著更高的要求，電網(wǎng)的建設(shè)向著高、精、尖的方向發(fā)展［1-4］。與此同時(shí)，電力裝備技術(shù)和電力工程施工效率也得到了不斷提升。

老舊廠站的綜保設(shè)備，一方面已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段繼電保護(hù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求，另一方面，站內(nèi)的綜保設(shè)備陸續(xù)達(dá)到運(yùn)行年限。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，微機(jī)保護(hù)裝置的運(yùn)行壽命為12年［5-7］，若長期超期運(yùn)行，其電子元器件逐漸老化，綜保裝置缺陷率提高，存在較大運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。因此，綜保裝置的更換陸續(xù)提上了我國各省市和地區(qū)電力用戶的老舊廠站改造日程［8-9］。

現(xiàn)階段我國傳統(tǒng)變電站110 kV 及以下電壓等級(jí)的綜保設(shè)備改造主要為“立新拆舊”方式，即將原屏柜、綜保裝置、電纜接線進(jìn)行拆除，安裝新的屏柜及綜保裝置，重新敷設(shè)電纜并接線［10］。該方法較為成熟且更換徹底，能夠有效避免改造中的各類風(fēng)險(xiǎn)［11］。但是該方法需要對(duì)涉及改造的間隔長時(shí)間停電，且需要消耗較高的人力成本和時(shí)間成本。同時(shí)，目前需要改造的老舊廠站具有較大存量，若大面積停電改造將不利于地區(qū)電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，且停電間隔的負(fù)荷切換將給未改造間隔帶來巨大的運(yùn)行壓力［12-14］。

此外，由于一次設(shè)備的使用壽命和改造年限一般是二次設(shè)備的2-3 倍，在更換低壓開關(guān)柜上的綜保裝置時(shí)往往不能將開關(guān)柜或GIS 柜一同更換。此時(shí)，采用傳統(tǒng)的“立新拆舊”的改造方式不具備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施條件［15-16］，同時(shí)對(duì)開關(guān)柜門的改造會(huì)涉及開孔、切割等動(dòng)火操作，具有一定的安全隱患。同時(shí)，不同廠家的不同裝置，甚至是同一廠家的不同時(shí)期裝置的尺寸往往存在較大差異，如何在不更換開關(guān)柜屏的前提下更換不同尺寸的綜保裝置，提高工作效率并降低施工成本，需要進(jìn)行研究和討論。

在上述問題的背景下，本文創(chuàng)新性地提出了原屏改造這一改造方式，并逐漸在變電站改造的方案設(shè)計(jì)和施工過程中進(jìn)行應(yīng)用。

原屏改造指的是利用原有屏柜/開關(guān)柜和外部接線，僅對(duì)綜保設(shè)備及其內(nèi)部線更換，然后帶一次設(shè)備及二次回路重新校驗(yàn)的改造方式［20］。相比于傳統(tǒng)的“立新拆舊”等改造方式，原屏改造在停電周期、施工難度、綜合成本等多方面具有優(yōu)勢(shì)，在未來變電站的改造工作中將占有重要比例。同時(shí)，替代后的裝置符合國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求［18-19］。

基于此，本文將圍繞原屏改造這一新的改造方式，從具體改造方式、裝置設(shè)計(jì)和實(shí)施案例等方面展開分析與討論，驗(yàn)證了原屏改造這一新型改造方式的合理性和可行性。

1 綜保裝置原屏改造方式

老舊廠站的改造和擴(kuò)建工作必須保證不影響變電站的安全運(yùn)行，即施工現(xiàn)場(chǎng)工作量越小、停電時(shí)間越短越好，外部回路的接線不動(dòng)或少動(dòng)［20-21］。因此，影響原屏改造的因素主要包括改造前后裝置的結(jié)構(gòu)（開孔、尺寸等）、設(shè)備接線調(diào)整和通信方案適應(yīng)性等。本節(jié)將以南京南瑞繼保電氣有限公司（以下簡(jiǎn)稱“南瑞繼?！保┑木C保裝置改造為例，介紹原屏改造的不同方案及其優(yōu)勢(shì)。

1.1 新老裝置兼容替代

1）完全兼容替代

對(duì)于南瑞繼保不同時(shí)期的裝置替代，如使用PCS-9600A系列綜保裝置（如RCS-9611/9621/9631等）替換系列RCS-9600AII/B 裝置時(shí)，可采用完全兼容替代的方法進(jìn)行原屏改造。上述兩類裝置的尺寸相同，即屏柜開孔可保持不變，同時(shí)裝置背板的端子定義一致，無需更換把座或重新接線，如圖1 所示。對(duì)于PCS-9600A系列裝置具有靈活的通訊方式，配備有3個(gè)100 Mbps 以太網(wǎng)接口，2 個(gè)RS-485 串口和1 個(gè)RS-232 打印串口等，完全兼容原RCS系列裝置的串口通信方式，并且支持電力行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和DL/T860（IEC61850）。若改造后通訊方式改為網(wǎng)絡(luò)通訊方式，需要新增交換機(jī)；若改造后依舊使用串口通訊方式，即不需要新增交換機(jī)。

圖1 完全兼容替代模式Fig.1 Fully compatible with alternative modes

該方案無需設(shè)計(jì)重新出圖，現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)人員直接拍把座即可，無需額外的施工工作，實(shí)現(xiàn)了開關(guān)柜綜?；蛘呓M屏綜保的就地化更新。

2）部分兼容替代

對(duì)于南瑞繼保PCS-9600C 系列綜保裝置替代如RCS-9661C 變壓器保護(hù)等RCS-9600C/CS 系列裝置時(shí)，由于裝置背板的端子定義略有不同，同時(shí)電源插件存在部分差異，因此采用部分兼容替代的方式進(jìn)行原屏改造。上述兩類裝置尺寸不變，開孔不變，只需要將背板的端子進(jìn)行微調(diào)即可，如圖2所示。

在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，可以利用原有把座微調(diào)少量接線并更換空開，無需用戶施工。且新、舊兩個(gè)系列裝置都采用網(wǎng)口通信，無需更改通訊方式，即不需要新增交換機(jī)。

圖2 部分兼容替代模式Fig.2 Partially compatible with alternative modes

1.2 新老裝置非兼容替代

對(duì)于南瑞繼保PCS-9600A 系列綜保裝置原屏替代部分RCS-9600A II/B 系列裝置時(shí)，由于背板端子定義差別較大，且通訊方式存在差異，因此往往采用非兼容替代的施工方式。在該種方式下，新、老綜保裝置的尺寸不變，屏柜開孔不變，僅僅需要調(diào)整背板端子，施工量較小。對(duì)于其通訊方式的改變，與部分兼容替代方式類似，即改為網(wǎng)絡(luò)通信，增加卡軌式交換機(jī)即可。

針對(duì)其他型號(hào)裝置間的非兼容替代，如PCS-9600C系列綜保裝置替換RCS-9600C/CS 系列裝置，由于其通信方式相同，則不需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊的修改。

1.3 分離式結(jié)構(gòu)替代

35 kV 及以下線路的綜保裝置較多安裝在開關(guān)柜上，若新、舊裝置的尺寸不匹配，將會(huì)涉及開關(guān)柜面板拆卸和重新開孔，甚至更換整個(gè)柜門［22-23］。然而，該等級(jí)饋線直接面向用戶，停電窗口時(shí)間短，若處理柜門可能會(huì)使工程延期，影響用戶的正常生產(chǎn)和生活［24］。

針對(duì)上述問題，南瑞繼保創(chuàng)新性地開發(fā)了分離式結(jié)構(gòu)機(jī)箱裝置，以最大程度地減少因裝置尺寸不匹配帶來的額外工作量和工期。所謂“分離式”，就是將液晶面板和板卡機(jī)箱通過一根排線進(jìn)行相連，排線兩頭可以方便卸載和安裝，如圖3 所示。液晶面板和板卡機(jī)箱可以分別固定在柜門上，不受柜門開孔尺寸的影響，即不需要對(duì)舊的柜門再進(jìn)行切割。

使用分離式結(jié)構(gòu)進(jìn)行原屏改造的方式不需要對(duì)老的柜門進(jìn)行切割，靈活性較高，能夠有效減小施工難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，減小了停電時(shí)間。然而，分離式結(jié)構(gòu)的裝置對(duì)原屏柜資料依賴性較強(qiáng)，同時(shí)配線準(zhǔn)確性、排線質(zhì)量等都會(huì)影響裝置的正常運(yùn)行。

需要注意的是，采用分離式綜保裝置替換的前提是新裝置尺寸大于原裝置，若新綜保安裝尺寸小于原綜保，采取空擋板來固定的方式即可。

圖3 分離式結(jié)構(gòu)替代Fig.3 Fully compatible with alternative modes

1.4 相關(guān)企業(yè)裝置替代

目前市面上相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)品種類繁多、樣式各異，且保護(hù)裝置體積較小，多采用插件式結(jié)構(gòu)，直接原屏改造難以做到同等尺寸［25-26］。同時(shí)，不同廠家的接線端子型號(hào)不同且形式已經(jīng)老舊，新舊裝置難以兼容。

為了解決上述問題，南瑞繼保專門開發(fā)了PCS-9600 面板與箱體分離式裝置，與分離式結(jié)構(gòu)類似，可以有效解決尺寸問題。但是由于不同廠家的柜面布局不盡相同，在設(shè)計(jì)柜面時(shí)需注意開關(guān)柜整體空間布局，并需要注意內(nèi)部固定結(jié)構(gòu)的差異。此種替代方式無需更改外部電纜及配線，有效降低了工作風(fēng)險(xiǎn)和施工工期，節(jié)約了工程造價(jià)成本。

2 改造案例分析

截止2020年底，全國采用南瑞繼保原屏改造方式進(jìn)行的老舊廠站改造工程已經(jīng)多達(dá)1 000多個(gè)，在江蘇省、山東省、重慶市、四川省和浙江省等較多省市區(qū)實(shí)現(xiàn)了推廣和實(shí)踐，該方案大大減少了停電時(shí)間，有效解決改造施工難度大、施工周期長與停電窗口時(shí)間短的突出矛盾，提升綜保改造效益和工作效率。本節(jié)將結(jié)合實(shí)際工程案例，驗(yàn)證原屏改造方式的可實(shí)施性及其優(yōu)勢(shì)。

2.1 案例一

重慶市某220 kV變電站的35 kV線路綜自改造項(xiàng)目中，根據(jù)工程要求，需要將綜保裝置從RCS9600B型更換為PCS9600A 型。由于工程工期緊、任務(wù)重、工作量大，為了最大程度地減小停電帶來的影響和經(jīng)濟(jì)損失，采用完全兼容替代的原屏改造方式進(jìn)行工程施工。

以某間隔的線路保護(hù)裝置替代為例，該間隔的具體施工流程如圖4所示。由于線路保護(hù)裝置裝在開關(guān)柜上，傳統(tǒng)的做法為更換整面柜門或開關(guān)柜。當(dāng)采用兼容性的原屏替代改造時(shí)，僅需要拆除原裝置，敷設(shè)網(wǎng)線，重新安裝新裝置即可。

圖4 某間隔的線路保護(hù)裝置替代施工流程Fig.4 A line protection device at a certain interval replaces the construction process

圖5 繼保室中某屏柜施工前后對(duì)比Fig.5 A line protection device at a certain interval replaces the construction process

圖5 為該項(xiàng)目繼保室中某屏柜施工前后對(duì)比圖?？梢钥闯?，新、老裝置尺寸、接線完全一致，把座的利舊不僅節(jié)約了施工時(shí)間，還能夠節(jié)約人力和物力成本。

根據(jù)《電網(wǎng)技術(shù)改造工程預(yù)算編制與計(jì)算規(guī)定》、《電網(wǎng)技改概算定額安裝工程》和《電網(wǎng)技改預(yù)算定額調(diào)試工程》等相關(guān)文件內(nèi)容，經(jīng)過對(duì)本案例中220 kV變電站改造工程進(jìn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，采用原屏改造的方式進(jìn)行全站綜自改造需花費(fèi)334 萬元，比同等規(guī)模下利用傳統(tǒng)改造方式的776 萬元降低了442 萬元，節(jié)約了56.9%的成本。經(jīng)分析，節(jié)約的費(fèi)用主要發(fā)生在電纜材料費(fèi)、電纜安裝費(fèi)與現(xiàn)場(chǎng)管理費(fèi)等項(xiàng)目上。

同時(shí)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，相比于整屏更換的傳統(tǒng)改造模式，該間隔采用完全兼容替代的改造模式，省去了拆除外部電纜、敷設(shè)新電纜、二次回路接線等流程，每個(gè)間隔施工時(shí)間僅需要4.2 h/人次，較傳統(tǒng)的改造模式的17.5小時(shí)/人次，節(jié)約了76.0%的施工時(shí)間，有效緩解了施工壓力，避免了大面積、長時(shí)間停電。

2.2 案例二

上海某變電站綜自改造項(xiàng)目中，工程設(shè)計(jì)要求使用南瑞繼保PCS9600 系列裝置替換原有的ABB 公司SPAJ系列裝置。由于進(jìn)口裝置的尺寸、背板定義和安裝方式都與國產(chǎn)裝置差別較大，因此針對(duì)該項(xiàng)目開發(fā)了通用式的4U半層分離式機(jī)箱，以保證在不更換開關(guān)柜的前提下實(shí)現(xiàn)原屏改造，如圖6所示。

圖6 某工程分離式機(jī)箱施工流程Fig.6 The construction process of a separate case in a project

經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算，采用分離式機(jī)箱的原屏改造方式，每個(gè)間隔僅需要8.2 h/人次，相比于傳統(tǒng)改造方式能夠節(jié)約53.1%的工程時(shí)間，平均每個(gè)間隔減少停電時(shí)間9.3 h。

對(duì)于裝置的型式實(shí)驗(yàn)結(jié)果，原屏改造裝置通過了專業(yè)機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的環(huán)境試驗(yàn)、機(jī)械實(shí)驗(yàn)和電氣絕緣實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

3 結(jié)語

近年來，涉及到老舊廠站綜保改造的項(xiàng)目越來越多，研究如何減少工期、降低施工風(fēng)險(xiǎn)避免長時(shí)間停電造成電力用戶經(jīng)濟(jì)損失迫在眉睫［27-29］。

本文提出了一種基于原屏改造的替換改造方式，針對(duì)不同現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)原屏改造的選擇、改造方式和優(yōu)缺點(diǎn)等問題展開分析。對(duì)兩個(gè)實(shí)際案例進(jìn)行了介紹和分析，通過與傳統(tǒng)方式進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證原屏改造的可行性及其優(yōu)勢(shì)，其能夠大大減少停電時(shí)間，有效解決施工難度大、施工周期長與停電窗口時(shí)間短的突出矛盾，優(yōu)化二次設(shè)備改造模式與資源配置，提升二次設(shè)備改造效益和工作效率。

然而，原屏改造雖然大幅度減小了施工難度與工期，但是對(duì)前期調(diào)研和設(shè)計(jì)等提出了較高的要求，需要付出更多的人力和物力［30-31］。因此，未來工程上如何更好地提高效率，降低前期成本，應(yīng)該進(jìn)行更多的實(shí)踐與探究。