一种基于原屏改造的变电站综保改造方式

张 军，黄立场，王瑾然

（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京211102）

0 引言

国民经济的飞速发展和工业水平的不断提高，对我国电力系统的稳定性有着更高的要求，电网的建设向着高、精、尖的方向发展［1-4］。与此同时，电力装备技术和电力工程施工效率也得到了不断提升。

老旧厂站的综保设备，一方面已经无法满足现阶段继电保护的高标准要求，另一方面，站内的综保设备陆续达到运行年限。根据国家标准，微机保护装置的运行寿命为12年［5-7］，若长期超期运行，其电子元器件逐渐老化，综保装置缺陷率提高，存在较大运行风险。因此，综保装置的更换陆续提上了我国各省市和地区电力用户的老旧厂站改造日程［8-9］。

现阶段我国传统变电站110 kV 及以下电压等级的综保设备改造主要为“立新拆旧”方式，即将原屏柜、综保装置、电缆接线进行拆除，安装新的屏柜及综保装置，重新敷设电缆并接线［10］。该方法较为成熟且更换彻底，能够有效避免改造中的各类风险［11］。但是该方法需要对涉及改造的间隔长时间停电，且需要消耗较高的人力成本和时间成本。同时，目前需要改造的老旧厂站具有较大存量，若大面积停电改造将不利于地区电网的安全和稳定运行，且停电间隔的负荷切换将给未改造间隔带来巨大的运行压力［12-14］。

此外，由于一次设备的使用寿命和改造年限一般是二次设备的2-3 倍，在更换低压开关柜上的综保装置时往往不能将开关柜或GIS 柜一同更换。此时，采用传统的“立新拆旧”的改造方式不具备现场实施条件［15-16］，同时对开关柜门的改造会涉及开孔、切割等动火操作，具有一定的安全隐患。同时，不同厂家的不同装置，甚至是同一厂家的不同时期装置的尺寸往往存在较大差异，如何在不更换开关柜屏的前提下更换不同尺寸的综保装置，提高工作效率并降低施工成本，需要进行研究和讨论。

在上述问题的背景下，本文创新性地提出了原屏改造这一改造方式，并逐渐在变电站改造的方案设计和施工过程中进行应用。

原屏改造指的是利用原有屏柜/开关柜和外部接线，仅对综保设备及其内部线更换，然后带一次设备及二次回路重新校验的改造方式［20］。相比于传统的“立新拆旧”等改造方式，原屏改造在停电周期、施工难度、综合成本等多方面具有优势，在未来变电站的改造工作中将占有重要比例。同时，替代后的装置符合国家相关技术标准的要求［18-19］。

基于此，本文将围绕原屏改造这一新的改造方式，从具体改造方式、装置设计和实施案例等方面展开分析与讨论，验证了原屏改造这一新型改造方式的合理性和可行性。

1 综保装置原屏改造方式

老旧厂站的改造和扩建工作必须保证不影响变电站的安全运行，即施工现场工作量越小、停电时间越短越好，外部回路的接线不动或少动［20-21］。因此，影响原屏改造的因素主要包括改造前后装置的结构（开孔、尺寸等）、设备接线调整和通信方案适应性等。本节将以南京南瑞继保电气有限公司（以下简称“南瑞继保”）的综保装置改造为例，介绍原屏改造的不同方案及其优势。

1.1 新老装置兼容替代

1）完全兼容替代

对于南瑞继保不同时期的装置替代，如使用PCS-9600A系列综保装置（如RCS-9611/9621/9631等）替换系列RCS-9600AII/B 装置时，可采用完全兼容替代的方法进行原屏改造。上述两类装置的尺寸相同，即屏柜开孔可保持不变，同时装置背板的端子定义一致，无需更换把座或重新接线，如图1 所示。对于PCS-9600A系列装置具有灵活的通讯方式，配备有3个100 Mbps 以太网接口，2 个RS-485 串口和1 个RS-232 打印串口等，完全兼容原RCS系列装置的串口通信方式，并且支持电力行业通信标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）和DL/T860（IEC61850）。若改造后通讯方式改为网络通讯方式，需要新增交换机；若改造后依旧使用串口通讯方式，即不需要新增交换机。

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

该方案无需设计重新出图，现场服务人员直接拍把座即可，无需额外的施工工作，实现了开关柜综保或者组屏综保的就地化更新。

2）部分兼容替代

对于南瑞继保PCS-9600C 系列综保装置替代如RCS-9661C 变压器保护等RCS-9600C/CS 系列装置时，由于装置背板的端子定义略有不同，同时电源插件存在部分差异，因此采用部分兼容替代的方式进行原屏改造。上述两类装置尺寸不变，开孔不变，只需要将背板的端子进行微调即可，如图2所示。

在现场施工时，可以利用原有把座微调少量接线并更换空开，无需用户施工。且新、旧两个系列装置都采用网口通信，无需更改通讯方式，即不需要新增交换机。

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

1.2 新老装置非兼容替代

对于南瑞继保PCS-9600A 系列综保装置原屏替代部分RCS-9600A II/B 系列装置时，由于背板端子定义差别较大，且通讯方式存在差异，因此往往采用非兼容替代的施工方式。在该种方式下，新、老综保装置的尺寸不变，屏柜开孔不变，仅仅需要调整背板端子，施工量较小。对于其通讯方式的改变，与部分兼容替代方式类似，即改为网络通信，增加卡轨式交换机即可。

针对其他型号装置间的非兼容替代，如PCS-9600C系列综保装置替换RCS-9600C/CS 系列装置，由于其通信方式相同，则不需要进行网络通讯的修改。

1.3 分离式结构替代

35 kV 及以下线路的综保装置较多安装在开关柜上，若新、旧装置的尺寸不匹配，将会涉及开关柜面板拆卸和重新开孔，甚至更换整个柜门［22-23］。然而，该等级馈线直接面向用户，停电窗口时间短，若处理柜门可能会使工程延期，影响用户的正常生产和生活［24］。

针对上述问题，南瑞继保创新性地开发了分离式结构机箱装置，以最大程度地减少因装置尺寸不匹配带来的额外工作量和工期。所谓“分离式”，就是将液晶面板和板卡机箱通过一根排线进行相连，排线两头可以方便卸载和安装，如图3 所示。液晶面板和板卡机箱可以分别固定在柜门上，不受柜门开孔尺寸的影响，即不需要对旧的柜门再进行切割。

使用分离式结构进行原屏改造的方式不需要对老的柜门进行切割，灵活性较高，能够有效减小施工难度和安全风险，减小了停电时间。然而，分离式结构的装置对原屏柜资料依赖性较强，同时配线准确性、排线质量等都会影响装置的正常运行。

需要注意的是，采用分离式综保装置替换的前提是新装置尺寸大于原装置，若新综保安装尺寸小于原综保，采取空挡板来固定的方式即可。

图3 分离式结构替代Fig.3 Fully compatible with alternative modes

1.4 相关企业装置替代

目前市面上相关企业的产品种类繁多、样式各异，且保护装置体积较小，多采用插件式结构，直接原屏改造难以做到同等尺寸［25-26］。同时，不同厂家的接线端子型号不同且形式已经老旧，新旧装置难以兼容。

为了解决上述问题，南瑞继保专门开发了PCS-9600 面板与箱体分离式装置，与分离式结构类似，可以有效解决尺寸问题。但是由于不同厂家的柜面布局不尽相同，在设计柜面时需注意开关柜整体空间布局，并需要注意内部固定结构的差异。此种替代方式无需更改外部电缆及配线，有效降低了工作风险和施工工期，节约了工程造价成本。

2 改造案例分析

截止2020年底，全国采用南瑞继保原屏改造方式进行的老旧厂站改造工程已经多达1 000多个，在江苏省、山东省、重庆市、四川省和浙江省等较多省市区实现了推广和实践，该方案大大减少了停电时间，有效解决改造施工难度大、施工周期长与停电窗口时间短的突出矛盾，提升综保改造效益和工作效率。本节将结合实际工程案例，验证原屏改造方式的可实施性及其优势。

2.1 案例一

重庆市某220 kV变电站的35 kV线路综自改造项目中，根据工程要求，需要将综保装置从RCS9600B型更换为PCS9600A 型。由于工程工期紧、任务重、工作量大，为了最大程度地减小停电带来的影响和经济损失，采用完全兼容替代的原屏改造方式进行工程施工。

以某间隔的线路保护装置替代为例，该间隔的具体施工流程如图4所示。由于线路保护装置装在开关柜上，传统的做法为更换整面柜门或开关柜。当采用兼容性的原屏替代改造时，仅需要拆除原装置，敷设网线，重新安装新装置即可。

图4 某间隔的线路保护装置替代施工流程Fig.4 A line protection device at a certain interval replaces the construction process

图5 继保室中某屏柜施工前后对比Fig.5 A line protection device at a certain interval replaces the construction process

图5 为该项目继保室中某屏柜施工前后对比图。可以看出，新、老装置尺寸、接线完全一致，把座的利旧不仅节约了施工时间，还能够节约人力和物力成本。

根据《电网技术改造工程预算编制与计算规定》、《电网技改概算定额安装工程》和《电网技改预算定额调试工程》等相关文件内容，经过对本案例中220 kV变电站改造工程进行费用统计，采用原屏改造的方式进行全站综自改造需花费334 万元，比同等规模下利用传统改造方式的776 万元降低了442 万元，节约了56.9%的成本。经分析，节约的费用主要发生在电缆材料费、电缆安装费与现场管理费等项目上。

同时，经统计计算，相比于整屏更换的传统改造模式，该间隔采用完全兼容替代的改造模式，省去了拆除外部电缆、敷设新电缆、二次回路接线等流程，每个间隔施工时间仅需要4.2 h/人次，较传统的改造模式的17.5小时/人次，节约了76.0%的施工时间，有效缓解了施工压力，避免了大面积、长时间停电。

2.2 案例二

上海某变电站综自改造项目中，工程设计要求使用南瑞继保PCS9600 系列装置替换原有的ABB 公司SPAJ系列装置。由于进口装置的尺寸、背板定义和安装方式都与国产装置差别较大，因此针对该项目开发了通用式的4U半层分离式机箱，以保证在不更换开关柜的前提下实现原屏改造，如图6所示。

图6 某工程分离式机箱施工流程Fig.6 The construction process of a separate case in a project

经统计计算，采用分离式机箱的原屏改造方式，每个间隔仅需要8.2 h/人次，相比于传统改造方式能够节约53.1%的工程时间，平均每个间隔减少停电时间9.3 h。

对于装置的型式实验结果，原屏改造装置通过了专业机构现场进行的环境试验、机械实验和电气绝缘实验测试。

3 结语

近年来，涉及到老旧厂站综保改造的项目越来越多，研究如何减少工期、降低施工风险避免长时间停电造成电力用户经济损失迫在眉睫［27-29］。

本文提出了一种基于原屏改造的替换改造方式，针对不同现场的实际情况，对原屏改造的选择、改造方式和优缺点等问题展开分析。对两个实际案例进行了介绍和分析，通过与传统方式进行对比，验证原屏改造的可行性及其优势，其能够大大减少停电时间，有效解决施工难度大、施工周期长与停电窗口时间短的突出矛盾，优化二次设备改造模式与资源配置，提升二次设备改造效益和工作效率。

然而，原屏改造虽然大幅度减小了施工难度与工期，但是对前期调研和设计等提出了较高的要求，需要付出更多的人力和物力［30-31］。因此，未来工程上如何更好地提高效率，降低前期成本，应该进行更多的实践与探究。