500 kV變電站進(jìn)口測控快速替換改造技術(shù)研究

張淦鋒，劉 偉，計(jì)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(xué)研究院，上海 200437)

為確保重要變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，早期新建的500 kV變電站普遍采用國外進(jìn)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(jìn)口測控已運(yùn)行10～15年，長時(shí)間服役導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行工況明顯下降，缺陷率顯著提升，進(jìn)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(yùn)維檢修造成較大壓力。同時(shí)，進(jìn)口測控裝置備品備件采購困難、維護(hù)技術(shù)服務(wù)缺失，缺陷排查消除困難，自主可控性較差，不滿足當(dāng)前大電網(wǎng)對安全運(yùn)行的要求，亟待國產(chǎn)化改造。

經(jīng)過近幾年進(jìn)口測控國產(chǎn)化改造實(shí)踐，500 kV變電站普遍存在停電難、時(shí)長短的特點(diǎn)，測控國產(chǎn)化改造工作推進(jìn)緩慢，使整站改造周期過長，難以滿足變電站自動(dòng)化設(shè)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(jìn)口測控在運(yùn)行，按照70臺/年速度加快改造，尚需20年。進(jìn)口設(shè)備急需改造，停電困難制約進(jìn)度，缺陷頻發(fā)影響監(jiān)控，多重困難雪上加霜，勢必要技術(shù)創(chuàng)新尋求突破。

針對這些情況，本文設(shè)計(jì)一種測控裝置背板轉(zhuǎn)接裝置，開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)一鍵切換功能，實(shí)現(xiàn)進(jìn)口測控快速替換改造。

1 轉(zhuǎn)接裝置設(shè)計(jì)

1.1 常用的進(jìn)口測控國產(chǎn)化改造方式

當(dāng)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(jìn)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(nèi)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(shè)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(jìn)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(jìn)口測控改造采用原屏位、新屏柜的方式。采用該種方式時(shí)，在停電方才可拆除進(jìn)口測控屏柜及二次回路拆搭接，占用大量停電時(shí)間。一般比新屏位、新屏柜改造方式多耗費(fèi)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(jìn)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(jìn)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(fèi)1～2天。

常規(guī)的改造方式均需進(jìn)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(shí)間方可完成。該部分工作占用了50%的停電時(shí)間，嚴(yán)重影響進(jìn)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(shí)間，大大加快進(jìn)口測控改造速度。

1.2 測控裝置背板轉(zhuǎn)接裝置

結(jié)合國產(chǎn)測控背板插件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種轉(zhuǎn)接裝置屏蔽進(jìn)口測控、國產(chǎn)測控背板插件的差異性，實(shí)現(xiàn)即插即用，避免繁瑣的二次回路拆搭接工作。

1.2.1 進(jìn)口測控插件定義分析

500 kV變電站常用進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)口測控各插件數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)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(guān)、母聯(lián)、分段、母設(shè)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(guān)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(jìn)口測控插件定義

西門子公司6MB524系列進(jìn)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(jìn)口測控插件定義

西門子公司AM1703系列進(jìn)口測控背板尺寸固定，現(xiàn)場可根據(jù)實(shí)際使用情況增減遙信、遙控、遙測插件。開關(guān)、線路、母設(shè)使用同一類，主變本體使用同一類。開關(guān)、線路、母設(shè)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(jìn)口測控插件定義

1.2.2 轉(zhuǎn)接裝置設(shè)計(jì)

各廠家四統(tǒng)一國產(chǎn)測控均采用模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)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(shí)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(zhuǎn)接需求。

通過研究測控屏柜設(shè)計(jì)藍(lán)圖，并對原理圖的剖析，找出了對應(yīng)的遙信、遙測、遙控轉(zhuǎn)接關(guān)系表。通過轉(zhuǎn)接關(guān)系表可完成進(jìn)口測控插件與國產(chǎn)測控插件之間的飛線制作，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測、遙控回路的轉(zhuǎn)接。

根據(jù)不同廠家、不同型號進(jìn)口測控裝置尺寸及插件定義制作轉(zhuǎn)接裝置構(gòu)架模具，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。一方面該轉(zhuǎn)接裝置構(gòu)架尺寸、開孔設(shè)計(jì)滿足國產(chǎn)測控安裝需求，另一方面該構(gòu)架模具匹配與進(jìn)口測控裝置背板一致的接線端子排，可實(shí)現(xiàn)原進(jìn)口測控背板插頭直接插入，并擴(kuò)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(jìn)口測控轉(zhuǎn)接裝置構(gòu)架設(shè)計(jì)如圖1～圖2所示。

圖1 轉(zhuǎn)接裝置構(gòu)架正面、背面設(shè)計(jì)圖

圖2 轉(zhuǎn)接裝置構(gòu)架正面、背面設(shè)計(jì)圖

1.2.3 內(nèi)部飛線制作

根據(jù)遙信、遙測、遙控對應(yīng)關(guān)系表繪制轉(zhuǎn)接裝置內(nèi)部飛線圖，如圖3所示。根據(jù)內(nèi)部飛線圖，將轉(zhuǎn)接裝置內(nèi)部端子排飛線至國產(chǎn)測控。實(shí)現(xiàn)不重新配線即可將二次回路通過轉(zhuǎn)接裝置準(zhǔn)確可靠轉(zhuǎn)入至國產(chǎn)測控裝置。

圖3 轉(zhuǎn)接裝置內(nèi)部飛線實(shí)物圖

國產(chǎn)測控可直接安裝于本轉(zhuǎn)接裝置，并在停電前完成內(nèi)部飛線及裝置調(diào)試。停電后，無需進(jìn)行二次回路拆除，拆除進(jìn)口測控背板插頭后，直接取下進(jìn)口測控。進(jìn)口測控取下后，將已安裝國產(chǎn)測控的轉(zhuǎn)接裝置安裝至屏柜對應(yīng)位置后，即可將原進(jìn)口測控背板插頭直接接入轉(zhuǎn)接裝置背板。由于該轉(zhuǎn)接裝置背板插座與原進(jìn)口測控背板插頭完全匹配，并且內(nèi)部飛線按照各插件定義進(jìn)行轉(zhuǎn)接接線，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)口測控的整體替換。使用該轉(zhuǎn)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(jìn)口測控改造時(shí)間。

2 監(jiān)控系統(tǒng)一鍵切換功能開發(fā)

在進(jìn)口測控改造過程中，后臺及遠(yuǎn)動(dòng)一般在停電后至變電站現(xiàn)場配置。缺點(diǎn)一是需等停電后方可進(jìn)行后臺及遠(yuǎn)動(dòng)配置，占用停電時(shí)間；缺點(diǎn)二是現(xiàn)場配置需要較長時(shí)間，對于單個(gè)間隔，一般需要1～2天時(shí)間。為解決這些問題，開發(fā)了監(jiān)控后臺及遠(yuǎn)動(dòng)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(dòng)完成監(jiān)控后臺和遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫更新，從而避免在停電后耗費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行后臺及遠(yuǎn)動(dòng)配置，節(jié)約停電時(shí)間[1-4]。

(1)數(shù)據(jù)庫多通道模式設(shè)計(jì)?；诒O(jiān)控后臺數(shù)據(jù)庫“雙源輸入唯一輸出”多通道模式設(shè)計(jì)，前置通信同步處理進(jìn)口測控IEC 104與國產(chǎn)測控IEC 61850協(xié)議通信，可實(shí)現(xiàn)不同類設(shè)備信息點(diǎn)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(yàn)。在數(shù)據(jù)庫多源通道的設(shè)計(jì)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(dǎo)出的desc描述的一致性實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)測控?cái)?shù)據(jù)庫、進(jìn)口測控?cái)?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?cái)?shù)據(jù)庫的配置工作，要求國產(chǎn)測控?cái)?shù)據(jù)庫中遙信、遙測、遙控的描述一致，并通過軟件進(jìn)行比對確認(rèn)。

為此，開發(fā)了SCD導(dǎo)庫工具，自動(dòng)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(dǎo)庫原則自動(dòng)加入數(shù)據(jù)庫中，免除手動(dòng)配置數(shù)據(jù)庫的工作，提高準(zhǔn)確性。采用Excel中VLOOKUP工具，進(jìn)行通道數(shù)據(jù)源校驗(yàn)。

(3)數(shù)據(jù)庫一鍵切換功能實(shí)現(xiàn)。為了更好地處理自動(dòng)切換機(jī)制，避免新老數(shù)據(jù)庫來源來回切換，采用封鎖退出機(jī)制。導(dǎo)入監(jiān)控后臺的國產(chǎn)測控SCD數(shù)據(jù)庫初始全部設(shè)置成封鎖退出狀態(tài)。只有通過人為操作將間隔狀態(tài)設(shè)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(dòng)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(jìn)口測控?cái)?shù)據(jù)庫與國產(chǎn)測控?cái)?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(shí)現(xiàn)了監(jiān)控后臺及遠(yuǎn)動(dòng)裝置數(shù)據(jù)接入信息的通道切換，監(jiān)控后臺畫面、報(bào)表、轉(zhuǎn)發(fā)表關(guān)聯(lián)自動(dòng)切換，無縫對接新舊測控采集數(shù)據(jù)并關(guān)聯(lián)監(jiān)控畫面信息。

3 結(jié)語

(1)進(jìn)口測控轉(zhuǎn)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(diǎn)應(yīng)用及功能測試，能夠滿足應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)的新型測控裝置為改造機(jī)型，與進(jìn)口測控快速替換改造轉(zhuǎn)接裝置配合使用。目前國內(nèi)其他網(wǎng)省公司還有許多變電站仍有早期進(jìn)口測控裝置在運(yùn)行，迫于停電困難而難以改進(jìn)。進(jìn)口測控轉(zhuǎn)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(yīng)用價(jià)值。

(2)在進(jìn)口測控故障因備品不足或廠家技術(shù)力量無法恢復(fù)時(shí)，造成電網(wǎng)潮流失去監(jiān)視，電網(wǎng)調(diào)度失去控制。此時(shí)可結(jié)合管理手段最快可在12 h臨停管控時(shí)間窗口，安排進(jìn)口測控裝置快速替換，同步完成后臺及遠(yuǎn)動(dòng)配置調(diào)試，恢復(fù)調(diào)控中心對故障間隔的監(jiān)控，有效提高監(jiān)控設(shè)備穩(wěn)定性，保障電網(wǎng)安全。