嚴(yán)浩軍，姚勤豐，許 欣

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315012）

智能變電站二次回路可視化研究與應(yīng)用

嚴(yán)浩軍，姚勤豐，許 欣

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司寧波供電公司，浙江 寧波 315012）

通過(guò)分析智能和綜合自動(dòng)化變電站二次回路的特點(diǎn)和異同，結(jié)合運(yùn)行、檢修工作的實(shí)際要求，提出了智能變電站二次回路可視化的功能需求，并根據(jù)現(xiàn)行智能變電站二次回路可視化工具存在的問(wèn)題，提出了可視化工具的改進(jìn)建議。

智能變電站；二次回路；可視化；虛端子

智能變電站二次回路與綜合自動(dòng)化變電站不同，由光纖代替了電纜，由虛端子對(duì)應(yīng)表代替了實(shí)體二次端子排。面對(duì)這一變化，變電站運(yùn)行、檢修工作中最大的困難是如何簡(jiǎn)單、高效地確認(rèn)各設(shè)備間的二次回路信息聯(lián)系、軟壓板功能、物理鏈路與報(bào)文信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

為解決這一問(wèn)題，需要將智能變電站二次回路可視化。智能變電站SCD（全站系統(tǒng)配置文件）文件集成了設(shè)備模型及虛端子對(duì)應(yīng)關(guān)系等信息，目前已有軟件工具通過(guò)解析SCD文件，實(shí)現(xiàn)智能變電站二次回路可視化。

1 智能與綜合自動(dòng)化變電站二次回路區(qū)別

1.1 設(shè)備間信息傳遞原理不同

變電站電氣二次回路主要實(shí)現(xiàn)測(cè)量、監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)等功能。綜合自動(dòng)化變電站各設(shè)備通過(guò)電纜電氣聯(lián)系實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。智能變電站基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，各設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞所需信息，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能[1]。

1.2 圖紙表達(dá)方式不同

變電站電氣二次回路圖紙一般包含電流、電壓二次回路圖，控制回路圖，端子排圖，裝置原理圖等。

綜合自動(dòng)化變電站各二次設(shè)備如端子、繼電器、壓板、轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、輔助接點(diǎn)等在回路中功能、聯(lián)接等信息在圖紙中直觀、明確，運(yùn)行、檢修人員可以直接查找所需信息。

智能變電站二次回路功能依靠通信網(wǎng)絡(luò)傳遞信息實(shí)現(xiàn)，圖紙中一般包含虛端子對(duì)應(yīng)表、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖等，但其具體功能實(shí)現(xiàn)、聯(lián)系方式等很不直觀。運(yùn)行、檢修人員無(wú)法僅通過(guò)圖紙就能直觀、明了地查閱二次回路及其邏輯關(guān)系。

1.3 運(yùn)行、檢修方式不同

智能變電站建設(shè)施工時(shí)，需要將各類設(shè)備的ICD（模型文件）導(dǎo)入組態(tài)工具，設(shè)置通信參數(shù)、虛端子連線，形成SCD，調(diào)試人員根據(jù)SCD文件進(jìn)行裝置配置、調(diào)試工作[2-3]。運(yùn)行、檢修時(shí)根據(jù)SCD文件、圖紙等資料確認(rèn)設(shè)備功能、檢修范圍及安全措施。

綜合自動(dòng)化變電站僅需依據(jù)圖紙進(jìn)行施工調(diào)試，運(yùn)行和檢修中毋需全站系統(tǒng)配置SCD。

2 對(duì)智能變電站二次回路可視化的要求

智能變電站二次回路信息分別保存于虛端子對(duì)應(yīng)表、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖、SCD等文件中。這些文件不能直觀查閱，必須將其可視化[2-3]。根據(jù)運(yùn)行、檢修工作實(shí)際需求，智能變電站二次回路可視化工具應(yīng)該具備以下功能：

（1）能夠清晰顯示設(shè)備間實(shí)現(xiàn)遙控分合閘，啟動(dòng)或閉鎖等保護(hù)、控制各項(xiàng)功能的信息聯(lián)系及其流向。

（2）能夠清晰顯示每塊軟壓板及其所控制的接收、發(fā)送的特定數(shù)據(jù)內(nèi)容及其在回路中作用。

（3）能夠清晰顯示設(shè)備光纖接口、傳輸途徑以及具體的光路對(duì)應(yīng)的傳輸內(nèi)容。

圖1 系統(tǒng)集成商工具（南瑞繼保SCL Configurator 3）

圖2 數(shù)字儀器商工具（武漢凱默KMS 9000）

3 現(xiàn)有可視化工具應(yīng)用實(shí)例

大量虛端子信息及其隱含的邏輯關(guān)系如果靠人工繪制成為一般的可視化圖紙，工作量很大，且容易出錯(cuò)。為此，系統(tǒng)集成商、數(shù)字儀器商等廠家已開(kāi)發(fā)了智能變電站二次回路可視化工具軟件。

3.1 系統(tǒng)集成商工具

系統(tǒng)集成商工具即智能變電站組態(tài)工具，如應(yīng)用于寧波220 kV澄浪變的南瑞繼保SCL Configurator 3（見(jiàn)圖1）?？梢匀骘@示SCD中所包含的信息，并有配置系統(tǒng)、導(dǎo)出CID（IED實(shí)例配置文件）等功能。但其只能通過(guò)選擇不同的IED（智能電子設(shè)備）查看相應(yīng)數(shù)據(jù)集及虛端子連線，無(wú)法將相關(guān)虛回路全部顯示，功能重點(diǎn)偏重于智能變電站組態(tài)配置。

3.2 數(shù)字儀器商工具

數(shù)字儀器商工具，如武漢凱默KMS 9000（見(jiàn)圖2），可通過(guò)解析SCD文件顯示各IED設(shè)備GOOSE（面向通用對(duì)象的變電站事件）、SV（采樣值）虛端子之間的聯(lián)系，可以將虛端子聯(lián)系圖形化展示，方便人員查看相關(guān)二次回路全貌，但無(wú)法顯示IED設(shè)備模型全部數(shù)據(jù)集、全部通信配置等。

通過(guò)以上介紹可以看出，現(xiàn)行各類二次回路可視化工具均有其優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)用于運(yùn)行、檢修的二次回路可視化功能均不夠全面，有待進(jìn)一步融合互補(bǔ)和改進(jìn)完善。

4 現(xiàn)有可視化工具存在的主要問(wèn)題

4.1 無(wú)法明確軟壓板在回路中的作用

傳統(tǒng)二次回路圖紙中壓板位置及其在回路中的作用十分明確，但是目前二次回路可視化工具無(wú)法顯示這些信息。

SCD文件中有軟壓板數(shù)據(jù)集，其中明確了裝置軟壓板的數(shù)量和名稱，但是SCD文件中不包含軟壓板與相應(yīng)GOOSE和SV數(shù)據(jù)集的控制關(guān)系，所以各類解析SCD可視化工具無(wú)法顯示軟壓板和接收、發(fā)送數(shù)據(jù)集間對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過(guò)以下例子可看出此類信息缺失會(huì)給運(yùn)行、檢修工作帶來(lái)很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

智能變電站除雙母線和單母線接線方式設(shè)置啟動(dòng)失靈、失靈聯(lián)調(diào)接收軟壓板外，規(guī)范要求其余不設(shè)相應(yīng)的GOOSE接收軟壓板[4]，但是很多廠家保護(hù)裝置仍設(shè)置GOOSE接收軟壓板。

如南自220 kV線路保護(hù)PSL-603U有3個(gè)GOOSE接收軟壓板，通過(guò)可視化工具可在SCD文件“DATA SET/PORT/LLN0”中查詢其數(shù)據(jù)集（見(jiàn)圖3）。

圖3 PSL-603U GOOSE接收軟壓板數(shù)據(jù)集

3個(gè)GOOSE接收軟壓板分別是“遠(yuǎn)方跳閘GOOSE接收”、“智能終端GOOSE接收”、“母差GOOSE接收”。

又可在其SCD“INPUTS/PI01/LLN0”查詢到該裝置GOOSE開(kāi)入量有2類，智能終端輸入的斷路器位置、閉鎖重合閘信號(hào)；母差跳閘出口信號(hào)以啟動(dòng)遠(yuǎn)跳（見(jiàn)圖4）。

圖4 PSL-603U GOOSE開(kāi)入量數(shù)據(jù)集

GOOSE開(kāi)入數(shù)據(jù)集只有2類，但是控制GOOSE量接收的軟壓板卻有3個(gè)，其中“遠(yuǎn)方跳閘GOOSE接收”軟壓板控制哪些GOOSE量接收無(wú)法通過(guò)軟壓板名稱判斷。經(jīng)廠家確認(rèn)，“遠(yuǎn)方跳閘GOOSE接收”與“母差GOOSE接收”軟壓板同時(shí)投入才能接受母差遠(yuǎn)跳信號(hào)并啟動(dòng)遠(yuǎn)跳。如果“遠(yuǎn)方跳閘GOOSE接收”軟壓板漏投將造成遠(yuǎn)跳拒動(dòng)。

除了GOOSE接收軟壓板外，GOOSE發(fā)送、SV接收軟壓板均存在類似問(wèn)題，由于SCD文件中不具備軟壓板控制數(shù)據(jù)的相關(guān)信息，通過(guò)解析SCD文件的可視化工具不能反映軟壓板在回路中作用，無(wú)法如傳統(tǒng)圖紙可直觀方便地查看壓板和回路的邏輯關(guān)系。

4.2 無(wú)法明確數(shù)據(jù)和裝置實(shí)際關(guān)聯(lián)

智能變電站保護(hù)與合并單元、智能終端均采取直采直跳方式[1]。通過(guò)SCD可視化工具查看某220 kV線路第2套保護(hù)及其與智能終端相關(guān)數(shù)據(jù)聯(lián)系，見(jiàn)圖5與6示。從圖中可看出，目前可視化工具僅能查看數(shù)據(jù)集、虛端子聯(lián)系，無(wú)法判斷相關(guān)數(shù)據(jù)是否為直采直跳，無(wú)法判斷數(shù)據(jù)具體傳輸光纖及接口。

圖5 某220 kV線路保護(hù)可視化二次回路

圖6 某220 kV線路保護(hù)與智能終端虛端子聯(lián)系

實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸光口由保護(hù)廠家根據(jù)SCD文件導(dǎo)出裝置CID文件時(shí)，根據(jù)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)圖紙及裝置接口自行設(shè)置。因?yàn)镾CD文件中不包含此類信息，所以通過(guò)解析SCD的可視化工具無(wú)法顯示二次信息和實(shí)際光路的對(duì)應(yīng)關(guān)系。驗(yàn)收、維護(hù)時(shí)只能通過(guò)具體光纖標(biāo)簽，插拔光纖或數(shù)字測(cè)試儀逐條驗(yàn)證，沒(méi)有真正做到二次回路可視化。

圖7 包含軟壓板、光口信息的可視化二次回路

5 可視化工具改進(jìn)方案

目前二次回路可視化工具的原理均為解析SCD文件，將虛端子連接可視化。對(duì)于傳統(tǒng)圖紙中的壓板功能、回路位置以及二次信息和物理光路的對(duì)應(yīng)關(guān)系，由于SCD內(nèi)包含信息所限無(wú)法顯示。需要補(bǔ)充軟壓板、光口等信息，形成更加實(shí)用的可視化二次回路。

建議通過(guò)軟件解析SCD文件，同時(shí)導(dǎo)入軟壓板控制及光口設(shè)置信息，形成可以滿足運(yùn)行、檢修要求的可視化二次回路。由此方案可以將圖5與6改進(jìn)為1張信息完整，滿足應(yīng)用要求的可視化二次回路圖，如圖7所示。

由圖7可以清晰地看出裝置軟壓板的配置、GOOSE傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容、連接光口、光纖以及智能終端出口等全貌，實(shí)現(xiàn)了與傳統(tǒng)二次接線圖的相似性，便于運(yùn)檢人員理解和掌握，為工程驗(yàn)收及回路校驗(yàn)、故障處理、技術(shù)培訓(xùn)提供重要的參考依據(jù)。

6 結(jié)語(yǔ)

智能變電站SCD包含了設(shè)備模型、通信配置及虛端子聯(lián)系等信息，通過(guò)解析SCD可實(shí)現(xiàn)變電站虛端子連接可視化，但是智能變電站運(yùn)行、檢修時(shí)還需在可視化圖紙中查看軟壓板功能、虛端子對(duì)應(yīng)光纖等邏輯信息，現(xiàn)行二次回路可視化工具無(wú)法實(shí)現(xiàn)這些功能。如果采用本文介紹的可視化工具改進(jìn)方案，將大大提高該類工具的實(shí)用性，滿足智能變電站運(yùn)行、檢修工作的需要。

[1]Q/GDW 383-2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S].

[2]鄒曉玉，王浩，吳曉博.IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中SCL語(yǔ)言的幾個(gè)實(shí)踐應(yīng)用問(wèn)題探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（15）∶77-80.

[3]胡道徐，沃建棟.基于IEC 61850的智能變電站虛回路體系[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2010，34（17）∶78-81.

[4]Q/GDW 1396-2012 IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型[S].

（本文編輯：楊 勇）

Research and Application of Smart Substation Secondary Circuit Visualization

YAN Haojun，YAO Qinfeng，XU Xin
（State Grid Ningbo Power Supply Company，Ningbo Zhejiang 315000，China）

Through analysis of characteristics and differences of the secondary circuit between smart substation and integrated automation substation，the paper combines actual needs of operation and maintenance work and puts forward the functional requirement of smart substation secondary circuit visualization；moreover，it proposes some suggestions to improve the visualization tools in accordance with problems in the smart substation secondary circuit visualization tools.

smart substation；secondary circuit；visualization；virtual terminal

TM631∶TP274

B

1007-1881（2015）09-0006-04

2015-06-02

嚴(yán)浩軍（1963），男，高級(jí)工程師，從事輸變電設(shè)備技術(shù)管理工作。