500 kV变电站进口测控快速替换改造技术研究

张淦锋，刘 伟，计荣荣，徐湘忆，鲍 伟，吕旭东

(1.国网浙江省电力有限公司检修分公司，浙江 杭州 310000；2.国网上海市电力公司电力科学研究院，上海 200437)

为确保重要变电站安全稳定运行，早期新建的500 kV变电站普遍采用国外进口测控装置，包括ABB公司REC561/670系列测控，西门子公司6MB524/AM1703系列测控等。部分进口测控已运行10～15年，长时间服役导致设备运行工况明显下降，缺陷率显著提升，进口测控装置常发紧急缺陷使监控单元失去单间隔监控，对集中监控、运维检修造成较大压力。同时，进口测控装置备品备件采购困难、维护技术服务缺失，缺陷排查消除困难，自主可控性较差，不满足当前大电网对安全运行的要求，亟待国产化改造。

经过近几年进口测控国产化改造实践，500 kV变电站普遍存在停电难、时长短的特点，测控国产化改造工作推进缓慢，使整站改造周期过长，难以满足变电站自动化设备有力支撑集中监控和无人职守的需要。以国网浙江省电力有限公司检修分公司为例，每年完成约60台装置改造。截至目前仍有1 447台进口测控在运行，按照70台/年速度加快改造，尚需20年。进口设备急需改造，停电困难制约进度，缺陷频发影响监控，多重困难雪上加霜，势必要技术创新寻求突破。

针对这些情况，本文设计一种测控装置背板转接装置，开发监控系统一键切换功能，实现进口测控快速替换改造。

1 转接装置设计

1.1 常用的进口测控国产化改造方式

当前，电力行业一般采用新屏位、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种方式开展进口测控国产化改造工作。

(1)新屏位、新屏柜改造方式。采用此种方式的前提是变电站继保室内存在备用屏位，新国产测控屏柜可提前立屏，电缆提前敷设并完成接线工作，单间隔一般需四五天。该改造方式一定程度上可以提高测控改造速度，但仍需进行大量的接线工作，在人力资源使用上没有明显优势，而且受限于继保室备用屏柜。

(2)原屏位、新屏柜改造方式。由于受限于继保室备用屏位，大量进口测控改造采用原屏位、新屏柜的方式。采用该种方式时，在停电方才可拆除进口测控屏柜及二次回路拆搭接，占用大量停电时间。一般比新屏位、新屏柜改造方式多耗费1～2天。

(3)掏屏改造方式。受限于测控水平联闭锁要求，部分进口测控需保留，因此一般采用掏屏方式改造。该方式与原屏位、新屏柜改造方式相似，亦需停电后才可拆除进口测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费1～2天。

常规的改造方式均需进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/间隔时间方可完成。该部分工作占用了50%的停电时间，严重影响进口测控改造速度。因此，若能省去二次回路的拆搭接工作，则可以节省3～4天/间隔时间，大大加快进口测控改造速度。

1.2 测控装置背板转接装置

结合国产测控背板插件结构，设计了一种转接装置屏蔽进口测控、国产测控背板插件的差异性，实现即插即用，避免繁琐的二次回路拆搭接工作。

1.2.1 进口测控插件定义分析

500 kV变电站常用进口测控一般分为ABB公司REC561/670系列、西门子公司6MB524系列、西门子公司AM1703系列。

本文分析进口测控各插件定义，并归类分为电源插件、遥信开入插件、模拟量采集插件和遥控开出插件。

ABB公司REC 561/670系列进口测控根据其型号，一般可分为以下4类，其各插件数量及定义如表1所示，并将遥测插件定义为A板；遥信插件定义为B板；遥控插件定义为C板；电源插件定义为D板。由分析可知，ABB公司REC 561/670系列进口测控各插件数量可根据现场实际需求增减，使用较为灵活，其中3/4型一般用于220 kV间隔，1型一般用于500 kV间隔。220 kV线路和主变220 kV开关、母联、分段、母设测控一般由1块遥测插件、2块遥信插件、2块遥控插件、1块电源插件组成，其中直控功能集成在电源插件。500 kV开关测控一般由1块遥测插件、3块遥信插件、2块遥控插件、1块电源插件组成，其中直控功能集成在电源插件。

表1 ABB公司REC 561/670系列进口测控插件定义

西门子公司6MB524系列进口测控根据其型号，一般可分为3类，其各插件数量及定义如表2所示，并将1CT+2PT的板子定义为A板；2CT+1PT的板子定义为B板。

表2 西门子公司6MB 524系列进口测控插件定义

西门子公司AM1703系列进口测控背板尺寸固定，现场可根据实际使用情况增减遥信、遥控、遥测插件。开关、线路、母设使用同一类，主变本体使用同一类。开关、线路、母设测控最大化配置为1块电源板、一块CPU板、4块数字量输入板、2块交流输入板、2块数字量输出板。主变本体测控最大化配置为1块电源板、一块CPU板、4块数字量输入板、5块直流输入板、1块数字量输出板(如表3所示)。并将电源插件定义为A板；CPU板定义为B板；数字量输入插件定义为C板；数字量输出插件定义为D板；交流输入插件定义为E板；直流输入插件定义为F板。

表3 西门子公司AM1703系列进口测控插件定义

1.2.2 转接装置设计

各厂家四统一国产测控均采用模块化设计，设计理念与西门子公司AM1703系列测控相似，除电源板、CPU板等公用插件外，数字量输入插件、数字量输出插件、交流输入插件、直流输入插件、数字量输出插件数量可根据实际需求定制。因此，四统一国产测控均能满足遥信、遥测、遥控回路的功转接需求。

通过研究测控屏柜设计蓝图，并对原理图的剖析，找出了对应的遥信、遥测、遥控转接关系表。通过转接关系表可完成进口测控插件与国产测控插件之间的飞线制作，实现遥信、遥测、遥控回路的转接。

根据不同厂家、不同型号进口测控装置尺寸及插件定义制作转接装置构架模具，实现标准化设计。一方面该转接装置构架尺寸、开孔设计满足国产测控安装需求，另一方面该构架模具匹配与进口测控装置背板一致的接线端子排，可实现原进口测控背板插头直接插入，并扩展遥信开入、遥控开出插件数量，满足后期需求。ABB公司REC561/670系列进口测控转接装置构架设计如图1～图2所示。

图1 转接装置构架正面、背面设计图

图2 转接装置构架正面、背面设计图

1.2.3 内部飞线制作

根据遥信、遥测、遥控对应关系表绘制转接装置内部飞线图，如图3所示。根据内部飞线图，将转接装置内部端子排飞线至国产测控。实现不重新配线即可将二次回路通过转接装置准确可靠转入至国产测控装置。

图3 转接装置内部飞线实物图

国产测控可直接安装于本转接装置，并在停电前完成内部飞线及装置调试。停电后，无需进行二次回路拆除，拆除进口测控背板插头后，直接取下进口测控。进口测控取下后，将已安装国产测控的转接装置安装至屏柜对应位置后，即可将原进口测控背板插头直接接入转接装置背板。由于该转接装置背板插座与原进口测控背板插头完全匹配，并且内部飞线按照各插件定义进行转接接线，实现了进口测控的整体替换。使用该转接装置，完全避免了二次回路拆线、接线工作，从而大大节省了进口测控改造时间。

2 监控系统一键切换功能开发

在进口测控改造过程中，后台及远动一般在停电后至变电站现场配置。缺点一是需等停电后方可进行后台及远动配置，占用停电时间；缺点二是现场配置需要较长时间，对于单个间隔，一般需要1～2天时间。为解决这些问题，开发了监控后台及远动装置一键切换软件，兼容新旧通信协议差异，解决不同类型数据交互难题，自动完成监控后台和远动数据库更新，从而避免在停电后耗费大量时间进行后台及远动配置，节约停电时间[1-4]。

(1)数据库多通道模式设计。基于监控后台数据库“双源输入唯一输出”多通道模式设计，前置通信同步处理进口测控IEC 104与国产测控IEC 61850协议通信，可实现不同类设备信息点在数据库并列存储[5-7]。

(2)双通道数据库生成及校验。在数据库多源通道的设计模式下，通过比较遥信、遥测、遥控定义表中的描述与SCD文件导出的desc描述的一致性实现国产测控数据库、进口测控数据库的同步及一致。

由后台数据库可生成遥信、遥测、遥控定义表，根据生成的遥信、遥测、遥控定义表来完成国产测控数据库的配置工作，要求国产测控数据库中遥信、遥测、遥控的描述一致，并通过软件进行比对确认。

为此，开发了SCD导库工具，自动匹配原后台数据库描述，描述一致的情况，不添加遥信、遥测定义表，只添加通道表，并显示通道号为“通道一”；其他无匹配的数据，按照IEC 61850导库原则自动加入数据库中，免除手动配置数据库的工作，提高准确性。采用Excel中VLOOKUP工具，进行通道数据源校验。

(3)数据库一键切换功能实现。为了更好地处理自动切换机制，避免新老数据库来源来回切换，采用封锁退出机制。导入监控后台的国产测控SCD数据库初始全部设置成封锁退出状态。只有通过人为操作将间隔状态设置为投入状态，则数据库中该间隔数据来源通道自动切入IEC 61850数据源中，并且不再切换回原数据通道中，防止新上测控装置故障或者人为断电，出现切换至原数据通道情况。

基于进口测控数据库与国产测控数据遥信、遥测、遥控定义表中的描述一致性，通过切换数据的通道来源，开发了“一键切换”功能，实现了监控后台及远动装置数据接入信息的通道切换，监控后台画面、报表、转发表关联自动切换，无缝对接新旧测控采集数据并关联监控画面信息。

3 结语

(1)进口测控转接装置及监控系统一键切换功能已在浙江省500 kV富阳变电站、春晓变电站试点应用及功能测试，能够满足应用要求，既可提高工作效率也可降低现场作业难度。直接选择国产四统一标准的新型测控装置为改造机型，与进口测控快速替换改造转接装置配合使用。目前国内其他网省公司还有许多变电站仍有早期进口测控装置在运行，迫于停电困难而难以改进。进口测控转接装置与监控系统一键切换功能的配合使用为测控快速化改造提供了有效解决方案，具有推广应用价值。

(2)在进口测控故障因备品不足或厂家技术力量无法恢复时，造成电网潮流失去监视，电网调度失去控制。此时可结合管理手段最快可在12 h临停管控时间窗口，安排进口测控装置快速替换，同步完成后台及远动配置调试，恢复调控中心对故障间隔的监控，有效提高监控设备稳定性，保障电网安全。