王延盛

（天津機電職業(yè)技術學院電氣電子技術應用系，天津 300350）

偏遠地區(qū)電網(wǎng)故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)的研究

王延盛

（天津機電職業(yè)技術學院電氣電子技術應用系，天津 300350）

目前，在我國部分偏遠地區(qū)的電網(wǎng)中，其地調11kV變電站的故障錄波裝置沒有聯(lián)網(wǎng)，僅中調220kV變電站的故障錄波器接入了繼電保護故障信息子站，導致此類地區(qū)的電力運維部門無法及時有效的查看轄區(qū)的設備故障信息。因此，對電網(wǎng)故障錄波裝置組網(wǎng)系統(tǒng)進行研究，對解決電力運維部門及時有效的處理轄區(qū)的設備故障具有重要意義。本文分析了當前故障錄波組網(wǎng)所存在的主要問題及該組網(wǎng)系統(tǒng)的設計思路及配網(wǎng)原則，研究了以IEC61850規(guī)約為基礎的網(wǎng)絡通信結構，為此類項目的實施開發(fā)提供了決策依據(jù)。

故障錄波；調度數(shù)據(jù)網(wǎng)；IEC61850；智能電網(wǎng)

1 故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)研究的背景及意義

目前，我國部分偏遠地區(qū)電網(wǎng)的地調110kV變電站的故障錄波裝置少有接入網(wǎng)絡，僅中調220kV變電站的故障錄波器通過接入繼電保護故障信息子站與調度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行了互聯(lián)。由于中調設有唯一的主站，而地調沒有設置分站，更沒有工作站，因此此類地區(qū)的電力運維部門無法通過有效手段及時查看轄區(qū)的設備故障信息。此外，各廠站的220kV部分的保護信息和故障錄波信息共用繼電保護故障信息遠傳系統(tǒng)采集，通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至中調主站。由于故障錄波信息的占用網(wǎng)絡資源大，在過多的子站與主站進行通信的情況下，網(wǎng)絡中斷故障頻發(fā)，設備經常死機，系統(tǒng)的可用率不高。因此，對故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)進行研究，能夠為故障錄波信息提供統(tǒng)一的分析平臺，便于電力運維部門快速準確地處理系統(tǒng)故障，減緩調度數(shù)據(jù)網(wǎng)的通信壓力。

2 故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)的設計思路及配置原則

2.1 故障錄波組網(wǎng)普遍存在的問題

電網(wǎng)故障發(fā)生后，將在相互有聯(lián)系的多個變電站產生大量錄波數(shù)據(jù)，同時上送的錄波數(shù)據(jù)會造成調度員判斷的困惑，需逐臺調閱錄波數(shù)據(jù)，操作繁瑣、效率不高。此外，故障的展示方式較為單一，不便于整體上進行判斷、分析。特別是IEC61850標準針對錄波器的模型定義亟需制定統(tǒng)一的標準。

2.2 故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)的建設思路

由于絕大多數(shù)220kV變電站的故障錄波裝置接入繼電保護故障信息子站，通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入中調繼電保護故障信息主站，使故障錄波數(shù)據(jù)可以通過子站上送到主站。因此，故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)的搭建應首先將已具備中調數(shù)據(jù)網(wǎng)的220kV變電站故障錄波裝置進行聯(lián)網(wǎng)組建故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)，其次對變電站中不具備接入條件的故障錄波裝置進行技術改造，以實現(xiàn)變電站、地調分站、中調主站三層組網(wǎng)結構。

3 故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)的通信技術

3.1 故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)結構

組網(wǎng)系統(tǒng)結構主要選擇建設為具備地調數(shù)據(jù)網(wǎng)的組網(wǎng)系統(tǒng)結構，如圖1所示。典型的故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)由主站端和變電站端設備構成，并通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)連接。其中220kV變電站的錄波設備接入地調主站。地調主站負責向中調主站轉發(fā)直連錄波器的信息，中調主站負責向地調主站轉發(fā)相鄰地區(qū)的錄波器信息。

圖1 具備地調調度數(shù)據(jù)網(wǎng)的組網(wǎng)系統(tǒng)結構

3.2 系統(tǒng)站端結構

系統(tǒng)站端結構根據(jù)設備距離、臺數(shù)的不同主要分為三種情況。當錄波器距離數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設備不超過80米時且臺數(shù)在3臺以下時，每臺故障錄波器應直接接入兩套調度數(shù)據(jù)網(wǎng)。當距接入設備不超過80米時且臺數(shù)在3臺時以上時，需增加一臺交換機，先在站內組網(wǎng)后再接入兩套調度數(shù)據(jù)網(wǎng)，如圖2。當錄波器距接入設備超過80米時或錄波器部署在不同保護控制室時，需增加一臺交換機先組網(wǎng)后再經過光纖傳輸接入兩套調度數(shù)據(jù)網(wǎng)。

圖2 故障錄波裝置經交換機接入調度數(shù)據(jù)網(wǎng)

3.3 通信規(guī)約

目前，國內故障錄波組網(wǎng)通常采用的通信標準為IEC61850和IEC60870-5-103兩種標準。103規(guī)約使用較為廣泛，但103規(guī)約僅提供一個大的框架，規(guī)定比較寬松，且我國在采用時為了兼容國內的繼保設備加入了部分專用范圍，導致不同廠家對它的使用存在差異，出現(xiàn)兼容性差、組網(wǎng)復雜的情況。而61850規(guī)約更為方便，可通過第三方抓包工具直接解析報文，與智能電網(wǎng)總體發(fā)展方向一致。因此，在實施組網(wǎng)項目時應采用61850規(guī)約。

3.4 故障錄波裝置的建模設計

（1）錄波裝置建模。利用基于擴展標識語言（XML）的變電站配置語言（SCL）按照IEC61850規(guī)定的建模方法，對于一個故障錄波裝置，應建模為一個IED對象。一個LED對象宜建模為一個Server。服務器對象中應包含至少一個LD對象，對于故障錄波裝置，可以將故障錄波功能使用一個LD來建模，命名為RCD，RCD中應至少包含三個必需的LN對象，另外將具有公用功能、信息的邏輯節(jié)點組合成一個公用邏輯設備，命名為LD0。

（2）邏輯節(jié)點建模。故障錄波裝置的數(shù)據(jù)模型中，命名為RCD的邏輯設備至少應包含LPHD、LLN0和RDRE三個邏輯節(jié)點。其中，RDRE邏輯節(jié)點對于所有的錄波裝置是強制的，它由具備共同功能相關、系統(tǒng)相關的數(shù)據(jù)對象和數(shù)據(jù)屬性組成。此外，每個模擬量通道用一個RADR實例建模，包含模擬量名稱、上限、下限、突變等定值。每個開關量通道用一個RBDR實例建模，包含開關量名稱、是否啟動錄波等定值。每條母線采用一個ZBSH實例建模，包含母線名稱、序分量定值等信息。每條線路采用一個ZLIN實例建模，包含線路名稱、線路阻抗、序分量定值等信息。每個變壓器用一個YPTR實例建模，包括變壓器名稱、差流啟動定值等信息。

（3）線路、主變壓器故障錄波器建模。對于線路故障錄波器，考慮2段母線，12回線路，其命名為RCD1的邏輯設備的建模結構圖如圖3所示，圖3中RADR1～N1表示的是8個電壓模擬量通道和48個電流模擬量通道對應的邏輯接點，RBDR1～N2表示的是各個開關量通道對應的邏輯接點，ZBSH1～N3表示的是2段母線對應的邏輯接點，ZLIN1～N4表示的是12回線路對應的邏輯接點。

圖3 線路故障錄波器RCD建模圖

對于主變壓器故障錄波器，考慮2臺三圈主變壓器，其命名為RCD2的邏輯設備的建模結構圖如圖4所示，圖4中RADR1～N1表示的是24個電壓模擬量通道和24個電流模擬量通道對應的邏輯接點，RBDR1～N2表示的是各個開關量通道對應的邏輯接點，ZBSH1～N3表示的是6段母線對應的邏輯接點，YPTR1～N4表示2臺主變對應的邏輯接點。

圖4 變壓器故障錄波器RCD建模圖

4 結論

本文對在偏遠地區(qū)開展故障錄波組網(wǎng)的可行性和必要性進行分析，并以220kV變電站故障錄波現(xiàn)狀為基礎，提出其組網(wǎng)系統(tǒng)采用中調數(shù)據(jù)網(wǎng)通道進行數(shù)據(jù)傳輸，將站端故障錄波器分別直接接入或者組成以太網(wǎng)后接入調度數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機的系統(tǒng)結構，提出了系統(tǒng)配置原則和基本要求。并以IEC61850規(guī)約作為該系統(tǒng)的通信標準并進行建模，研究制定了服務器與錄波設備的通信接口、通信規(guī)范。為故障錄波組網(wǎng)系統(tǒng)未來在偏遠地區(qū)應用提供了決策依據(jù)。

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