220 kV母线保护智能化改造方案的探讨

郝 伟，马振国，张群英

（国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001）

为了满足智能电网对变电站智能化的要求，常规变电站的智能化改造将是智能电网建设过程中的重要内容。母线作为全站最重要的元件，在母线保护改造过程中要求母线不能无保护运行，改造过程只能按支路分步实施改造。又由于母线保护涉及范围广、需求信息量多，所涉及的各支路停电时间有限，使得母线保护智能化过程比较耗时。因此，如何安全、可靠、合理、有序、高效地完成母线保护的智能化改造，成为常规变电站智能化改造过程中比较棘手的问题。

1 改造难点

根据试点工程的改造经验，从尽可能地缩短支路停电时间出发，目前完成改造的工程主要采用两种方案，一种是“子单元式母线保护智能化改造方案”，即先将智能型母线保护通过一个临时的子单元式完成整个新母线保护的改造，改造完成后再分别接入各支路，投入新保护退出旧保护；另一个是“共存式母线保护智能化改造方案”，即改造时直接将各支路信息接入智能型母线保护，待各支路改造完后，投入新保护退出旧保护。但无论采用哪种方案，在改造过程中对于各支路的信息采集，都要求它们既通过常规二次电缆获取，又得通过数字式光纤通道获取。如果采用第一种方案，面临的难点将是未改造支路信息如何通过电缆介质转换成光缆介质传递给智能型母线保护；如果采用第二种方案，面临的难点将是已改造支路信息如何通过光缆介质转换成电缆介质传递给常规型母线保护。

2 子单元式母线保护智能化改造方案

广东三乡220 kV变电站母线保护智能化改造采用了子单元式技术方案，其改造基本思路为：引入母线保护子单元装置，如图1所示。将各支路电缆介质信息通过子单元装置转换为光缆介质信息供智能型母线保护使用，建立临时智能型母线保护系统。然后逐一对每条支路进行智能化改造。随着最后一条支路的改造完成，母线保护智能化改造完成。其具体步骤如图1。

a）完成智能型母线保护主单元及其子单元之间的配置及光纤接线，测试智能型母线保护主单元及其子单元之间关联的正确性。

图1 子单元式母线保护改造示意图

b）退出运行中的常规型母线保护，利用常规型母线保护屏作为电缆过渡接线柜，将母线电压、各支路电流、隔离开关辅助接点、失灵启动接点、母联支路SHJ（手合继电器） 与母联支路TWJ（跳位继电器）、联跳启动接点（主变支路）等电缆回路转接入母线保护子单元；测试智能型临时母线保护功能，合格后将母线保护系统投入运行。

c）轮停并智能化改造各支路。拆除子单元与所改造支路的电缆回路，搭建本支路智能设备保护系统。新接入的支路带电运行后，测试智能型母线保护是否正常，合格后即可重新投入智能型母线差动保护。

3 共存式母线保护智能化改造方案

大同浑源220 kV变电站母线保护智能化改造采用共存式技术方案，其改造思路为：在改造各支路期间，一方面保留常规型母线保护所需的各支路电缆介质信息，另一方面满足智能型母线保护对各支路数字式信息取用，如图2所示。母线保护功能始终由常规型母线保护装置实现。智能型母线保护在改造各支路的同时只是完善，并不投运。待所有支路改造完成后，退出常规型母线保护，投入智能型母线保护。其主要步骤如下。

a）短时退出常规型母线保护，进行母线TV（电压互感器）智能化改造。拆除母线TV端子箱，TV电缆从本体接线盒改引至母线TV智能控制柜，一方面内接至屏内合并单元，另一方面以并联方式引至常规型母线保护屏。TV改造完毕重新投入旧母线保护。

b）待改造支路停电，退出常规母线保护本支路运行。

c）按照设计要求完成本支路合并单元、智能终端、间隔层保护、交换机与智能型母线保护之间的虚端子配置及光纤连接；完成合并单元、智能终端与本支路就地汇控设备间的电缆连接。

d）选择本支路备用TA（电流互感器） 绕组、刀闸位置接点与跳闸接口，通过本支路就地汇控箱，利用临时电缆，实现常规型母线保护对本支路电流采样、刀闸位置开入与跳闸功能。

e）实现本支路智能型间隔层保护装置对常规型母线保护的各种功能（例如支路启失灵，主变支路的失灵保护解除电压闭锁功能，母联支路的SHJ等）。厂家须对本支路的智能终端作临时处理，当收到智能型间隔层保护发出的虚端子信息后，相应的临时硬接点触发开出，以电缆的方式传递给常规型母线保护。

f）待智能型、常规型母线保护涉及本支路的电缆、光缆搭建完成后，分别用智能型、常规型母线保护对本支路进行试验。试验无误后仅投入常规型母线保护本支路运行。

g）对下一支路进行智能化改造，待所有支路改造完，投入智能型母线保护，退出常规型母线保护。

图2 共存式母线保护改造示意图

4 方案特点分析

a）子单元式改造方案采用母线保护系统在先、各支路二次系统在后的改造顺序，其难点在于如何使未改造支路的电缆介质信息转换为光纤介质信息提供给智能型母线保护；共存式改造方案使常规型母线保护在改造过渡期间始终保持运行状态，同时智能型母线保护在每支路改造完成后逐步得到完善，其难点在于如何使光纤介质信息转换为电缆介质信息适应常规型母线保护。

b）子单元式改造方案中，主单元与子单元之间的互联试验可在改造前单独进行，不受改造工期和计划约束，有利于改造效率的提高。但是，各支路系统智能化完成后，智能型母线保护须对改造后支路进行传动试验，母线保护须退出。为了避免运行中的智能型母线保护长时间退出，对各支路智能化后的试验过程将变得较为仓促。共存式改造整个过程中，担当母线保护任务的是常规型母线保护装置，智能型母线保护在改造过程中只是完善，并不投运。所以共存式改造中，智能型母线保护的调试可贯串于全站改造始终，试验时间更加充裕，试验条件更加良好，保证了智能型母线保护的调试质量。

c）子单元式改造过程中不涉及临时电缆，设备屏柜内部整洁，新旧二次系统分界点集中于母线保护子单元，改造思路清晰，改造危险点较少；共存式改造过程中需要铺设大量临时电缆以满足各支路与常规型母线保护之间信息传递，改造施工的要求较高，改造危险点较多。

d）子单元式改造时各智能型设备SCD文件须增加母线保护子单元有关的临时配置，集成配置工作较繁琐，虚端子互联试验工作量较大；共存式改造中不涉及母线保护子单元智能设备，改造成本不会因过渡型设备的引入而增加；SCD文件无须增加临时配置，集成配置工作只需按设计要求完成。

e）子单元式改造过程中，每条支路须至少进行两次传动试验（临时系统搭建好后传动一次，支路改造完后再传动一次），两次传动试验阶段不同，所以每条支路停电次数至少两次；共存式改造过程中，常规型母线保护和智能型母线保护须分别对各支路进行传动，但由于两次传动处于同一试验阶段，各支路只需停电一次。

f）子单元式改造方案，包括ICD模板文件的指定、SCD临时虚端子关联设计、子单元设备的订货、改造计划的安排等方面，须在变电站设计阶段全盘考虑。共存式改造方案会受到现场实际条件的影响，例如常规型母线保护是否有失灵电流判据功能，智能终端能否实现GOOSE开入驱动临时硬接点开出功能等。

5 结论

子单元式改造方案与共存式改造方案的核心区别在于，是选择电缆介质信息适应智能型设备还是选择光缆介质信息适应常规型设备。子单元式改造方案具有改造思路较清晰，不涉及临时电缆，受现场实际条件影响较小的优点，但缺点是试验项目较多，调试工作量较大，支路退出运行较频。共存式改造方案优点在于试验项目可在每条支路改造过程中集中进行，没有临时的SCD虚端子关联，母线保护试验内容较少且时间充裕，缺点在于改造过程中临时电缆过多，会受现场实际条件影响。如果变电站母线保护所涉及支路数目过多，改造计划安排比较紧张，建议采用共存式母线改造方案；如果母线保护所涉及支路数目过少，改造计划安排比较宽松，建议采用子单元式母线改造方案。

子单元式母线保护改造过程中，各支路的二次电缆接入子单元装置是其施工难点。若各支路不停电接入，危险性很高，须采取严密的安全措施，严防TA回路开路运行以及运行支路误跳。在支路数目较少的情况下，如果条件允许，建议将母线短时停电，各支路全部退出运行，待完成子单元装置与各支路二次接线及传动工作后，再将各支路投入运行。共存式母线保护改造过程中，各支路与常规型母线保护互联的临时电缆在安装时务必标记清楚，布局合理。建议最好设置临时电缆与正式电缆的分界处，方便日后择时拆除。