10kV微机保护装置无缝更换改造研究与应用

摘要：随着电网的不断发展，很多保护装置陆续达到使用年限，存在设备老化、故障率高，影响了电网的安全稳定运行。对10kV微机保护系统进行升级改造，根据电网对标准化的要求使用最新的标准化的PCS装置进行替代升级替换原RCS装置，这将有利于提升电网运行的稳定性及其可维护性。本文将从改造工作范围、技术路线、调试步骤等方面加以阐述。通过对10kV微机保护装置进行无缝改造，使其综合自动化性能和可维护性得到极大提升。 1 引言

目前佛山供电局大量存在运行超过12年的10kV RCS系列微机保护装置，部分装置甚至超过15年。根据规程（DL/T 587-2007）的规定微机继电保护装置的使用年限一般为12年，对于运行不稳定、工作环境恶劣的微机保护装置可根据运行情况适当缩短使用年限。因此有佛山供电局有大量的10kV RCS系列微机保护装置属于超期服役。该类型的保护装置普遍存在装置液晶面板模糊，长时间不间断运行造成装置插件电子元器件老化，有较大的安全隐患，迫切需要对保护装置更换改造。

随着计算机电子信息技术的高速发展，变电站自动化软、硬件产品技术也得到了很大的提高。越来越多的高性能、高可靠性的硬件设备，为提高监控系统性能和电网安全稳定提供了可靠地硬件基础。为了提高系统运行的稳定性和可维护性，拟通过此次工程将10kV微机保护装置进行升级改造，并使用最新的标准化的PCS装置进行替代升级替换原RCS装置，在PCS系列保护装置的通信接口接入保信系统，并对站控层进行深度改造，使其能适应电网容量扩大、IEC61850标准推广、数据通信处理能力、防误操作、智能调节等高层次应用功能需求。 2 间隔层改造方案

本章节主要依据二次设备间隔层的施工范围及其具体内容，结合技术难易程度、优劣势比较，进行不同施工方案的可行性分析。 2.1屏柜总体改造思路

屏柜的总体改造将采取外部电缆利旧模式，分别有三种方案：

（1）不更换屏柜，柜内装置回路完全按老回路设计，端子排不变，外部电缆不变。若采取此种方案，则用户现场无接线工作。但施工时需要现场老屏柜完全一致的老图纸资料，而且无法更新原柜不合新规范的回路，同时现场配线工作耗时较多，需考虑工期问题。

（2）不更换屏柜，柜内装置以及配套端子排整体重新更换。这种方案与方案（1）相比，改动了柜内回路编号（按新规范优化回路），但是保持各功能端子在柜内相对位置不变，因此外部电缆可以利旧但是需重新接入屏柜。

（3）更换屏柜，仍利用旧的电缆。此种方案下，柜内装置回路按最新要求设计，端子布置参考老图，做到电缆接线相对位置不变。与方案（1）、（2）相比，这种方案能有效优化屏柜回路，同时屏柜整体经过出厂验收，能极大缩短现场工期。但是需要重新根据图纸调整用户的电缆接线。 2.2高压保护替换方案

本世纪前十几年为变电站建设高峰期，而RCS系列于2000年左右进入市场，因此存在大量的运行超过12年的10kV RCS系列微机保护装置需要更换。

（1）根据应用需求，使用RCS装置替换原RCS装置。新替换的RCS装置可与原有RCS装置型号相同；部分情况下使用原有RCS装置对应的升级型号进行替

换。若采用此方案，则现场无需任何电缆改动，包括屏内和屏外电缆：

○1例如RCS-931AMV替换现场RCS-931AM，现场预计改造工作量不超过一天。 但本方案的对国网和南网的最新标准化要求以及相关新功能要求支持有限，而且对最新的61850通信规约支持也有限。同时，随着南网对装置标准化要求的提升，今后存在再改造为标准化装置的二次改造风险。

（2）根据电网对标准化的要求使用标准化的PCS装置替代原来的RCS装置。此种方案能完全满足电网对标准化的要求以及各类最新功能要求，同时完全支持最新的61850通信规约。但其劣势在于电网标准化功能要求与原RCS装置的差异，存在一定量的屏内或者屏外电缆改动。线路保护在不增加功能时无屏外电缆改动，有少量屏内电缆改动。主变和母差保护有少量屏外电缆增加，屏内电缆需全部重排。基于此种方案下：

○1利用PCS-931A-G替换现场RCS-931AM，现场预计改造工作量不超过两天。 ○2利用PCS-915GA替换现场RCS-915，现场预计改造工作量不超过五天。 （3）根据南方电网对标准化的要求使用标准化的PCS装置替代四方、许继、南自装置。本方案的优势在于能完全满足南网对标准化的要求以及各类最新功能要求，同时完全支持最新的61850通信规约，并且不需要改动外部回路，例如： ○1110kV线路保护四方CSC-161A改为PCS-943AM、PCS-943TM，外部回路不动。

○2许继WXH-802A/P改为RCS-931GMV，外部回路不动。 ○3PST-1200U改为PCS-978GE，外部回路不动。 2.3间隔层升级改造的技术原理、关键点及创新点

间隔层改造中，用PCS9600X系列保护装置替代旧的RCS设备，对原微机保护的屏柜不作更换，屏柜内的装置外部回路完全按原来的回路设计不变，屏柜的端子排不变，保护装置背板的外部接线保持不变，充分的保留原来的控制电缆及配套端子排等外部回路，有效减少改造的工作量，进一步缩短更换微机保护时间。 使用PCS9600X代替RCS系列装置有以下利好：

（1）PCS9600X机箱结构尺寸与RCS-9600系列保护、RCS9700系列测控兼容。 （2）与10kV用户线路保护、RCS9700系列测控实现无缝改造，停电时间短。 （3）PCS9600X的端子、信号定义及规格与RCS-9600系列兼容。 （4）PCS9600X的保护功能与RCS-9600系列兼容。

（5）PCS9600X的主变保护屏采用“内部线重配置”，不影响外回路。

间隔层改造中广泛使用的PCS系列装置采用双以太网进行组网，兼容103、61850通讯规约，与站控层点对点进行数据收集；若要进行扩建则可直接接入交换机，使用联锁测控，而且可按模块升级维护，不影响其他模块运行。 3 站控层改造方案

3.1站控层综自系统的发展历程

站控层远动装置的发展历程为RCS-9698A/B总控单元 → RCS-9698C/D远动装置→ RCS-9698G/H远动装置 → PCS-9799智能型远动装置 （1）第一代：RCS9600综自系统

RCS9600综自系统用于110kV及以下变电站。采用RS-485串口通讯，总控单元集中数据处理控制，为主备模式，仅提供1路RJ45调度接口。其间隔层为RCS-9600A及RCS-960X测控。

（2）第二代：RCS9700综自系统

RCS9700综自系统用于各电压等级变电站。采取以太网星形组网或WorldFip

串行总线。其监控与远动独立并行，远动提供2路RJ45与主站通讯，均为主备方式。间隔层RCS-9600C及RCS-970XC测控或RCS-9600C和RCS-970XC测控。 （3）第三代：PCS9700综自系统

PCS9700综自系统用于各电压等级变电站。组网方式为以太网星形组网，传播速率达到100M。监控方式为跨平台监控，并与远动独立并行，远动提供多路RJ45与主站通讯，支持主备、双主方式运行。其间隔层为PCS系列装置。 3.2站控层运行模式分类

（1）RCS9600监控系统+RCS9698AB总控系统+串口/以太网架构；主要用于110kV及以下电压等级。

（2）RCS9700监控系统+RCS9698CD远动系统+worldfip/以太网架构；适用于220kV及以下电压等级。

（3）PCS9700监控系统+PCS9799远动系统+以太网架构；适用于各电压等级、智能站。

运行模式（1）、（2）的后台监控电脑正常稳定运行时间为5-8年，超过稳定运行年限后主板、电源、硬盘等硬件故障率将明显升高。且两者均不能适应电网容量扩大、IEC61850标准推广、数据通信处理能力、防误操作、智能调节等高层次应用功能需求。如今，大量的间隔层保护测控已超期运行，对短时间停电升级改造迫在眉睫。

3.3站控层改造目标

改造后的综自系统其监控模块要求能够同时支持103和61850规约，支持61850通讯间隔扩建以及 “无缝转换”的改造方式。监控系统还应具备跨平台的操作系统，能够利用win、linux还原工具自动还原，维护便捷、培训通用性强。同时，还应能支持高级应用功能，比如告警直传、远程浏览、程序化操作等，满足对系统灵活性、可伸缩性要求。

改造后的综自系统其智能远动模块要求能够同时支持103和61850规约，支持61850通讯间隔扩建以及 “无缝转换”的改造方式。并且能支持300台装置、20万个信息点的接入，随时进行通道切换。

3.4站控层升级改造的技术原理、关键点及创新点

站控层改造中，用PCS-9794A规转装置替代RCS9698A/B，用PCS9882替代旧的RCS-9882，屏柜利旧则优先使用原屏或公用保信屏。改造后的监控系统在技术上能同时支持103和61850规约，能够进行跨平台的操作并支持告警直传、远程化浏览、程序操作等高级应用；改造后的智能远动系统具备300台装置及20万信息点的接入容量，能够支持兼容103和61850模型建库，由于采用“装置双主”，所以可以自由切换通道。

站控层改造中使用的PCS9794A+PCS9799B可以支持各种主流规约，采用“监控远动独立，双主双网冗余”的数据收集方式；对上运行时有“主备”和“双主”两种方式，存在多个网口及路由；支持各种方式（串口、以太网）接入，支持单通道维护（不影响其他运行通道），同时可按模块升级维护，不影响其他模块运行。该套配置还具备顺控、保信、源端维护等高级应用。 4 总结

本次改造将打破以前微机保护装置改造的思路，对原微机保护的屏柜不作更换，屏柜内的装置外部回路完全按原来的回路设计不变，屏柜的端子排不变，保护装置背板的外部接线保持不变，有效减少改造的工作量。因此在改造前，将对微机保护装置背板端子与外部联接的每一回路逐一核实清楚，做到新微机保护装

置的背板接线与外部回路不变，只是更换新的保护装置插件，最终实现微机保护装置的“无缝更换”。