智能变电站继电保护改扩建的三项原则研究

王 昕，朱峻永，曾治安，陈 力，孙晓勇

(国网重庆市电力公司，重庆 400015)

自智能变电站(以下简称“智能站”)推广建设以来，不少智能站已经历了单间隔的改扩建。结合当前智能站继电保护装置的实际情况，发现实施智能站改扩建时，继电保护系统调试会导致较长时间和较多数量的设备陪停，同时也可能会因继电保护改扩建实施方式不当导致安全、质量事件发生。如智能站全站系统配置文件(SCD)与改扩建设备工程配置文件不一致，将导致陪停设备不能恢复运行等。本文结合在运智能站继电保护装置的实际情况，根据智能站基本原理，简述当前智能站改扩建实施步骤，指明智能站改扩建的关键环节和存在的问题，提出智能站继电保护改扩建的优化方案，总结智能站继电保护改扩建的三项原则，并提出后续提升思路。

1 当前智能站改扩建方法

1.1 改扩建实施步骤

1.1.1 改扩建前期准备

智能站改扩建前期的准备工作主要是进行初设审核、设备采购、设计出图(包括虚端子设计)、现场勘察、方案编制、审核、审批等流程，与常规变电站不同的是，设计需要根据智能站智能二次设备设计虚端子联系图，以便设备集成商进行全站SCD文件配置。

1.1.2 不停电试验阶段

无论是技改或是扩建，系统集成商均需收集改扩建设备的IED能力描述文件(ICD)，并根据设计进行SCD文件配置，需要完成通信地址、虚回路连接和光口、插件等配置，以形成改造后的SCD文件[1]。

实施扩建时，在完成相关一、二次不停电安装，扩建的保护装置、合并单元、智能终端等具备带电条件后，各设备厂商使用软件从配置好的SCD文件中解析出扩建装置的配置文件，并进行下装和单体调试，试验正确后即可进入停电接入调试阶段。

在实施技改时，因改造对象未停电，SCD文件配置完成后无法进行相应调试，考虑到可能存在SCD文件配置不正确、误动运行设备配置文件、SCD文件与在运设备工程配置文件不一致等情况，通常的操作是采取关联设备全部陪停或者延长停电改造时间。

1.1.3 停电调试及启动投运

在单间隔调试完成后，可以轮流停用母线保护等装置开展接入调试工作，必要时陪停相应一、二次设备[2]。停电接入时，需执行陪停装置的二次安全措施，然后从已配置好的SCD文件解析出陪停设备的工程配置文件进行下装，并开展与改扩建装置的配合调试。待所有单体、接入调试均正确后，即可进入启动投运阶段，直到带电试验正确后改扩建工作才全部完毕。

1.2 改扩建关键环节

以220 kV线路保护改扩建为例，相较常规变电站改扩建而言，智能站主要增加了SCD文件配置的流程，关键环节是接入运行母线保护及调试。

因需要修改母线保护的配置文件，所以必须保证改扩建后母线保护与其余运行间隔的虚回路的绝对正确。如运行中母线保护的配置文件与配置好的SCD文件不一致，或本次配置时误动了运行间隔的虚回路，均将导致母线保护与运行装置光纤链路中断，母线保护不能恢复运行[3]。

所以，当智能站存档SCD文件与运行装置的配置文件存在大量不一致时，在进行改扩建工作时，将出现大量陪停设备进行相关试验。

相较而言，500 kV线路主变扩建及保护改造的技术难度更是远远高于220 kV线路改扩建，不确定性因素更多，技术上更难把控。

1.3 智能站保护改扩建困局

自2009年智能站逐步推广以来，部分智能站已逐渐进入技术改造周期，相较扩建而言，智能站继电保护技术改造难度更大，施工调试周期更短，涉及的各类装置更多，挑战更加严峻。目前，智能站的改扩建主要面临以下5个问题。

一是在智能站逐步推广的过程中，各时期智能站设备统一性较差，装置模型文件不规范，且各厂商的保护装置、合并单元、智能终端配置文件大多为私有文件，难以检查比对。如表1所示。

表1 主流厂商保护等装置回路配置文件

二是国家电网公司通过继电保护“九统一”规范发布，逐渐解决了保护装置、回路实例配置文件的规范性问题，但是各厂商合并单元、智能终端仍存在私有文件，不易检查比对。

三是在早期智能站的建设过程中，因从业人员对智能站的认识、理解不深入，存在二次虚回路设计不规范、调试验收质量不佳、SCD文件及配置文件不一致的情况。

四是按照一般的改造方式进行停电，改造保护的关联装置配置文件变化后难以通过传动试验进行验证，大量陪停相关设备进行试验，对电网运行方式影响较大。

五是智能站在SCD文件配置下装时，各厂商均开发各自不同的软件工具，软件的功能差异较大、操作方式不同，且部分软件存在一定BUG，导致制作的SCD文件规范性较差。如图1所示，因配置工具不同，在该装置配置文件中将存在部分无效的虚回路。

图1 配置软件原因导致的不规范虚端子示意图

2 智能站改扩建优化方案

2.1 智能站继电保护改扩建问题解决办法

针对当前智能站保护改造的5项问题，应采取以下针对性解决措施。

一是提前开展智能站SCD文件配置，通过使用SCDBrowser等软件对SCD文件和装置配置文件进行比对、核实，以便确定改扩建工作量。

二是针对私有格式的配置文件，可使用Beyond Compare、UltraEdit Text Editor等软件对备份配置文件和SCD解析出新的配置文件。

三是从现场安全和调试质量角度出发，尽可能考虑SCD文件与在运装置的配置文件不一致，以便充分考虑二次安全方案和调试风险。

四是智能站是以接收确定二次虚回路连接的，并能对二次虚回路进行自动校验，应以此原理确定改造关联设备，并根据已有的二次安全方案拟订有效的组网调试方案。

五是SCD配置工具必须符合规范，确保配置之后的SCD文件与原SCD文件只有改造关联设备发生了对应变化，其余设备的校验码、二次虚回路(含CCD校验码)均未改变。

2.2 优化后智能站保护改扩建的六步骤

针对以上解决办法，按照“减少设备陪停，缩短改造工期，提升供电可靠，保障电网运行”的总体思路对智能站改扩建实施流程进行优化，总体分为6个步骤(见图2)：改造二次设备分类——SCD制作及配置比对——施工调试方案编制——停电导出比对及链路检查——全检验证、接入运行设备——离站比对、备份及带电试验。

图2 智能站保护改造优化后六步骤

2.2.1 改造继电保护装置分类

改扩建前需要对设备进行分类。首先需要明确改造的对象装置，为改扩建设备；接收改扩建设备SV、GOOSE报文的装置，且需重新下装配置文件，为改造关联设备；不接收改扩建设备SV、GOOSE报文，且无需下装配置文件，称为无关设备[4]。

以220 kV线路保护改造(含合并单元、智能终端)为例，对设备进行分类(见图3)。第一步确定线路保护、线路合并单元、智能终端为改扩建设备；因母线保护接收线路保护的分相启失灵的GOOSE报文，接收智能终端刀闸位置的GOOSE报文，测控装置接收线路智能终端相关GOOSE报文，故障录波装置接收线路保护和智能终端的相关GOOSE报文，故母线保护、测控装置、故障录波装置均需重新下装配置，于是确定母线保护、测控装置、故障录波装置为改造关联设备；其余间隔线路保护、主变保护、母联保护、智能终端接收母线保护的GOOSE报文，但无需重新下装配置，为无关设备。

图3 智能站双母接线线路保护改造设备分类示意图

2.2.2 SCD文件制作及配置比对

智能站二次设计应包含两个部分：第一部分是二次施工图，即物理的光、电联系；第二部分是二次虚回路设计，最终形成SCD文件。在智能站保护改造前，应提前完成SCD制作，并与改造前的SCD文件进行比对，确保只变动了改造的相关部分，其余运行设备相关配置、参数、数据集、虚回路、光口配置、校验码等均未发生变化。

SCD生成后同时应解析出改造关联设备的工程配置文件，并与在运设备备份的工程配置文件进行比对，确保只改动了改扩建设备相关的部分，装置的实例配置、与无关设备的虚回路均未发生改变。如果改造前后SCD文件和改造关联设备的配置文件之间存在不一致，应逐项核实原因。例如：虚回路连接不一致则可能是配置出错；遥信描述不一致则可能是上一次遥信试验时改动了SCD遥信描述，但未对改动后的文件进行下装等。

如果未能及时发现在运改造关联设备的配置文件与存档SCD文件的不一致，在接入调试后将导致改造关联设备不能恢复运行，所以需要对该问题加以重点关注。

2.2.3 施工调试方案编制、审核

在SCD制作及配置比对后，明确了改扩建设备、改造关联设备、无关设备的二次虚回路及其一致性情况，则可拟订停电计划及改造调试方案。按照改扩建设备停电全检试验的要求，改造关联设备轮停接入调试时，无关设备采取一致性比对、虚回路校验码核对、链路连接检查核对等方式进行验证的原则编制施工调试方案。

以220 kV双母接线方式的主变保护改造为例(含合并单元、智能终端)，改造设备全停，停电范围为主变三侧停用；高/中侧母线保护、高/中母联智能终端、低分段及备自投装置、主变测控装置、主变故障录波装置均为改造关联设备，需开展轮停接入及调试工作；其余主变保护、线路保护、母联保护、智能终端(低压侧间隔除外)及时与母线保护等公用设备有回路联系，母线保护等公用设备工程配置文件发生了改变，仍为无关设备，无需停电调试。

智能站保护等设备改造建议采取掏芯方式开展，尽量利旧外部电缆、光缆。针对前期SCD文件和改造关联设备的配置文件的比对情况，改造关联设备如测控装置接收的GOOSE遥信存在描述不一致的情况，即使外部二次回路未发生改变，也应开展遥信试验。如果早期智能站未对设备的配置文件进行备份，可在停电调试期间开展工程配置文件比对工作，但应适当延长调试时间。

拟定停电设备后，应根据系统运行方式考虑可能的停电方案，并根据调试范围、进度安排拟定改造各个阶段的二次安全措施，待施工调试方案及二次安全措施经审批合格后方可实施改造。

2.2.4 停电导出比对、链路核对

改造关联设备停电工作许可后，应立即执行二次安全措施，然后导出改造关联设备的工程配置文件进行第二次比对，确保未改动与本次改造无关的配置文件后方可开展工程配置文件下装[5]。

因与母线保护、主变保护等设备关联的设备较多，此类保护作为改造关联设备，重新下装配置前，与无关设备的链路需要通过二次安全措施进行物理隔离。重新下装配置后，如果配置文件比对不正确或受到其他因素影响，与改造设备调试完毕后再恢复物理光纤链路时，将可能导致改造关联设备与运行的无关设备通信不正常，从而导致改造关联设备不能恢复运行。

为避免该情况发生，在此阶段增加一个“链路检查”的工作流程，临时恢复改造关联设备与无关设备的光纤链路通信，根据SV采样接收情况、GOOSE心跳报文恢复情况核实改造关联设备与无关设备的虚回路未被变动。

为保证作业安全，与无关设备的链路恢复前，一是应确保现场未开展影响保护装置的各类工作，避免交叉作业影响，二是检查改扩建设备、改造关联设备的保护功能、出口均退出，通过数据抓取核实输出报文为正常的心跳GOOSE报文且无异常后，方可进行光纤链路恢复工作。

2.2.5 全检验证、接入运行设备

改扩建设备或改造关联设备配置下装，比对一致，链路核对无误后，再次检查二次安全措施执行到位后，方可开始调试工作。改扩建设备的调试需要按照标准化作业指导书一一对照试验项目进行全检验证。

改造关联设备除应开展与改扩建设备的联合调试外，还应开展单体试验验证其采样、开入、开出及其功能逻辑是否正确，并用数字试验仪模拟与该改造关联设备相关的无关设备，进行镜像传动试验。

改扩建工作中不应改动任何与改扩建设备无关的二次回路，应验证遥信、遥控、遥测等功能，还应考虑涉及电气闭锁、间隔层五防、一键顺控等试验，确保不因漏检导致重复停电或重复试验。

2.2.6 离站配置比对及带电试验

改扩建设备各项检修、调试工作全部完成，运行的改造关联设备接入调试完毕后，应导出本次所有改扩建设备、改造关联设备的配置文件，并进行第三次比对，确保调试期间各设备未发生未经记录的调整和变化，确保SCD文件与工程配置文件的一致性。

设备启动投运前需启用调度下达的相应定值，确保所有二次安全措施全部恢复，现场设备检查无异常，验收合格并做好相应记录后，方可进入带电试验阶段。运维人员按设备启动方案和调度命令启用设备，调试人员按程序开展带电试验，确保改扩建设备、改造关联设备带负荷测试正确。带电试验完成后，表示改扩建工作完成。

3 结论

综上所述，作为设备运维管理单位，在对当前智能站改扩建的施工调试流程优化后，可提炼出3个核心原则。

一是改扩建二次设备分类原则。通过对改造设备、改造关联设备和无关设备的分类，明确改扩建对象和改扩建的影响范围，以便确定改扩建实施的总体方案。

二是SCD及配置文件先行原则。将SCD文件配置流程提前，通过新、旧SCD比对，新SCD文件解析出的配置文件与备份的配置文件的第一次比对，暴露可能存在的问题，确保一、二次设备准确停用。

三是停电比对和链路检查原则。改造关联设备停电后立即导出配置文件与下装文件进行比对，下装后立即检查核实与无关设备光纤链路正确，确保配置文件错误等问题第一时间发现，避免重复停用一、二次设备或延期等情况。

通过坚守这3个核心原则，确定必要的技术保障，即使在早期智能站管理不规范时，也能安全可靠地实施智能站保护改扩建，同时切实实现减少设备陪停，缩短改造工期，提升供电可靠，保障电网运行的效果。

4 展望

为了更好、更安全、更高效实施智能站改扩建，发挥智能站独特优势，建议在管理上采取以下措施。

一是加强SCD配置软件的规范性检查。确保不因SCD配置软件不规范导致装置校验码和虚回路检验码随意改变。

二是统一合并单元智能终端等装置的工程回路文件规范。确保采取统一的文件格式进行配置，以便更好地进行智能站改扩建工作。

三是加强装置配置文件管理。建议采取解耦管理思路，重点加强各装置工程配置文件管理，减少SCD文件描述不一致等问题带来的改造困惑。