邢佳磊，陈水耀，叶海明，顾水平，潘成程，吴米佳，计荣荣

(国网浙江省电力有限公司检修分公司,浙江 杭州 311232)

0 引言

智能变电站是智能电网的重要基础和节点支撑。行业和企业发布了《智能变电站技术导则》、《变电站智能化改造技术规范》等一系列标准，作为智能站建设的技术依据和原则[1-3]。在行业内，已逐步形成了智能站的重要特征：一次设备智能化、全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、高级应用互动化[4-5]。近年来，企业和院校对智能电网、传统变电站智能化改造、智能变电站设备研发、标准体系建设、智能变电站检修等方面进行了探索和实践，取得了系列成果[6-13]。

本文从项目管理和关键技术研究的角度，重点研究和探索项目改造规划、改造原则、二次改造模式这三个基本问题，以及新老直流系统过渡割接方案、新老监控系统过渡接口方案、220 kV母差改造技术这三个核心问题，形成了切合实际的传统变电站智能化改造技术方案体系。该研究成果在王店变电站(以下简称王店变)智能化改造项目中得到成功应用。

1 智能化改造基本问题

变电所改造不同于新站建设，有其独特性(如设备运行且无法全停改造、场地空间限制决定利旧需求、改造设备繁多且相互关联等)，因此项目管理、改造难度、改造周期等远大于同等规模新站建设。通过项目改造规划，梳理改造顺序并制定整体停电方案，研究改造原则、明确技术方案基本准则、确定二次改造模式、奠定屏位腾挪基础。

1.1 项目改造规划

按照王店变智能化改造“公用先行”的基本思路，公用设备包括基础土建、直流系统、监控系统、母线测控等。同时，考虑不同电压等级的重要程度并为减少主变的重复停电，研究确定整站改造分四大阶段。第一阶段开展土建(本案例主要包括新建一座500 kV保护小室和两条电缆主沟)、搭建新监控系统后台和新直流系统、完成220 kV母线测控改造等。第二阶段依次开展500 kV母差、母线测控改造及500 kV分串轮停改造。第三阶段开展220 kV系统两轮停电改造(第一轮间隔和第一套新母差改造、第二轮第二套新母差割接)。第四阶段开展35 kV设备改造及老直流系统等公用设备隔离拆除等。

四大阶段中，第一阶段与其他阶段顺序不可逆。第一阶段是整个停电改造的基础。新建53小室用于安装第七串、第六串屏柜，其目的是腾出51、52小室部分屏位给新第一串等设备。通过“屏位腾挪”式的轮停改造设计，减少了设备停电时间。如在第七串停电改造的同时进行第七串设备屏柜拆旧并新立第一串设备，在第一串停电前完成新屏安装、部分接线和调试工作，大大缩短停电时间。但这对改造顺序安排、各子阶段动态屏位设计提出了严格要求，需综合考虑停电方式安排的可行性、改造后的屏位布置有利于运维检修工作开展等。

1.2 改造技术原则

变电站智能化改造技术原则主要依据《智能变电站技术导则》、《变电站智能化改造技术规范》，并根据变电站实际灵活制定，是整站改造技术方案制定的基础。王店变过程层和站控层智能化改造综合考虑王店变实际情况，主要明确以下几个方面的技术原则。

①构建智能一体化监控系统，站控层通信应用IEC 61850(DL/T860)标准。

②继电保护、测控装置采用国网通用设备，常规采样、常规跳闸，装置间的相互启动、相互闭锁、位置状态等交换信息采用常规电缆接线方式实现。

③不符合智能化通信要求的进口老旧测控、保护装置进行整体更换，近年新上的保护装置仅更换通信接口插件。

④配置支持IEC 61850(DL/T860)标准的故障录波器。故障录波器在站控层单独组网，接入保护信息子站。

⑤保护、测控装置对时接入全站统一GPS授时系统，故障录波器不再单独设置GPS对时装置。

⑥间隔层一次设备未到改造周期，提高设备利用度；采用利旧方式，不配置智能终端和合并单元。

1.3 二次改造模式

目前，过程层二次设备(主要指保护、测控)改造模式主要有就地化改造和室内改造两大类。就地化保护通过就地安装减少中间环节，提升保护快速性；通过即插即用的检修模式缩短保护装置的更换时间，提高检修效率；推动智能站二次系统整体设计方案优化及运维技术和管理的创新，实现变电站安全可靠、运维便捷、节能环保、经济高效[14-17]。但500 kV变电站就地化改造仍在试点阶段，需要经过长时间复杂气象和电磁环境的考验。

王店变智能化改造项目采用的是室内改造模式。室内改造分为掏屏法(部分科研单位称为差异化改造，外部接线利旧更换装置的方法)和整屏更换法。整屏更换法根据屏位差异，主要分为新屏新位、新屏老位、老屏新位、老屏老位等。王店变改造综合考虑设备老旧程度、屏位资源等情况，统筹应用了以上几种整屏更换法，主要通过腾挪法实现新屏新位的改造。

2 新老直流系统过渡割接方案

一体化直流系统相当于变电站的心血管系统，是保障电力系统正常运行的重要子系统。所有设备安全稳定运行都需要直流系统提供可靠、平稳的直流电源。因此，保证新老直流系统过渡阶段(近2年半)的顺利割接，是整体改造的核心关键之一。

新一体化直流电源系统由直流电源、交流不间断电源、逆变电源等装置组成，共享蓄电池组，并通过以太网通信接口，采用 IEC 61850 规约与变电站站控层设备连接，实现对电源系统的远程监控管理。

王店变直流系统改造创新地采用了对老蓄电池组移位、新老直流系统并行、逐步转接负荷的实施方案[18]，避免了对老直流系统直接更换或新老系统电源直接搭接的方式，大大降低了直流系统失电的重大风险。改造过程分三个子阶段实施。第一阶段安装新直流总屏和分屏；第二阶段老蓄电池组移位、新蓄电池组安装，实现新直流系统上电并接入监控后台；第三阶段结合间隔设备停电改造，将直流负荷逐步从老直流分屏割接至新直流分屏，最终老直流系统退役。整个过程风险管控最大的是老蓄电池组移位。以直流Ⅰ段老蓄电池组移位为例，为解决该难题，在直流Ⅰ段母线与直流Ⅱ段母线间安装并接入额定电流63 A的临时闸刀，在蓄电池搬迁期间合上临时并列闸刀，实现1号蓄电池组退出运行时的“二充一蓄”的独立供电方式。老蓄电池组移位实施方案如图1所示。

图1 老蓄电池组移位实施方案

3 新老监控系统过渡接口方案

王店变监控系统站控层改造有两个解决方案。方案一是不停电改造，搭建新站控层系统后，不停电进行“三遥”核对后投入系统运行并退役老系统。该方案的主要风险在于“三遥”核对时误搭运行端子、误跳运行设备，且改造周期长达2～3个月，已在站控层局部改造中有效应用。方案二是结合间隔轮停改造，新老监控系统共同运行逐步割接至新监控系统后退役老系统，规避了第一种方案的施工风险，适用于整站改造。但此方案需解决两个难点。难点一是运维人员设备监视问题，如已改造设备在新系统监视而未改造设备在老系统监视将对运维人员带来极大困扰，应在新监控系统上实现完整的设备监视功能。难点二是新老系统闭锁逻辑完整性问题。在改造过程中已改造的系统和未改造的系统是相互独立的，且内部采用不同的通信规约，故无法直接通信；而间隔层和站控层的闭锁逻辑多是跨间隔，存在新、老系统信息缺失、联闭锁逻辑不完整的问题。此时，应确保新监控系统间隔层、站控层闭锁逻辑完整。

王店变智能化改造采用方案二，以进一步降低改造风险并缩短改造周期。为攻克以上两个难题，联合厂家开发了虚拟测控设备。在新监控系统中安装虚拟测控装置，模拟新系统的实体测控装置运行。被模拟的间隔为未改造间隔。虚拟测控系统装置应用原理如图2所示。

图2 虚拟测控系统装置应用原理图

虚拟测控装置数据采集器通过网线连接至老站控层交换机镜像口，获取旧远动机发送的遥测和遥信104报文。从报文中解析出所含间隔的开关、闸刀、地刀位置、线路电压、电流信号，并将其转换成 Goose 联闭锁信号及 MMS 信号，发送给新测控装置及新监控后台，以保证新测控、新后台及调度端数据的完整性。该技术解决了变电站智能化改造过程中新、老系统的过渡难题，保证了改造过程中联闭锁、新监控后台及调度监控端信息数据的完整性。

4 220 kV母差保护改造技术方案

母差保护改造是整站改造技术难点之一，采用的停电方案有两种。方案一是母线停电改造，适用于3/2接线方式，如王店变500 kV母差保护改造，改造方案清晰，停电改造一次性完成，本文不再赘述。方案二是轮停间隔改造，适用于双母线(包括双母分段)接线方式，如王店变220 kV母差保护改造。王店变改造前仅有一套220 kV REB103母差保护。经本次改造，实现了母差双重化并退役老母差；通过220 kV间隔和主变两轮停电，完成了两套新母差回路接入及启动。

间隔设备第一次轮停，完成间隔保护改造并完善第一套新母差保护该间隔相关回路。同时，为实现已改造的间隔(线路、主变、母联、母分)保护与未改造的传统母差保护配合，增加母差电流临时判别装置(原REB103母差保护不具备失灵电流判别功能)。第一次轮停结束后，第一套新母差保护投入运行，老母差保护退出运行。200 kV母差保护第一轮改造原理如图3所示。

图3 220 kV母差保护第一轮改造原理图

间隔第二次轮停，完善第二套新母差保护该间隔回路，并拆除老母差保护回路和过渡装置。第二次轮停结束后，第二套新母差保护投入运行，改造后220 kV母线保护实现双重化，并取消屏顶直流及电压小母线，采用新直流系统直流馈线分屏及电压并列屏电缆供电。200 kV母差保护第二轮改造原理如图4所示。

图4 220 kV母差保护第二轮改造原理图

5 结束语

本文从方案研究和工程实践出发，以500 kV王店变过程层和站控层智能化改造为例，重点探讨了项目改造规划、改造原则、二次改造模式这三个基本问题以及新老直流系统过渡割接方案、新老监控系统过渡接口方案、220 kV母差改造技术这三个核心问题，形成了切合实际的传统变电站智能化改造的技术方案体系。但本文尚未涉及间隔层设备智能化改造方面的研究，光电流互感器、智能终端、合并单元等智能设备及就地化保护的不断完善和应用，对传统变电站间隔层设备的智能化改造值得进一步研究和实践。