童大中， 丁 鴻， 劉智涯

(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司， 浙江 湖州 313000)

優(yōu)化智能變電站虛端子配置研究

童大中， 丁 鴻， 劉智涯

(國網(wǎng)浙江省電力公司湖州供電公司， 浙江 湖州 313000)

通過對(duì)比傳統(tǒng)變電站端子和智能變電站虛端子，說明兩者的不同之處和各自的優(yōu)缺點(diǎn)；通過優(yōu)化智能變電站虛端子配置的研究，充分發(fā)揮智能變電站網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，使各IED裝置之間產(chǎn)生更緊密的邏輯關(guān)系，有效地提高繼電保護(hù)裝置在極端狀況下的可靠性；通過智能變電站現(xiàn)場試驗(yàn)的方法，將優(yōu)化好的虛端子配置轉(zhuǎn)化為SCD文件，再將SCD文件轉(zhuǎn)化為CID文件加載到各個(gè)IED裝置中，并通過對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化虛端子配置前后的差別，得出優(yōu)化虛端子配置有利于提高繼電保護(hù)的可靠性，表明該研究在實(shí)際應(yīng)用中有效可行.

智能變電站； 虛端子； 網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)； IED裝置； SCD文件

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，變電站的規(guī)模逐年擴(kuò)大.為了節(jié)約未來變電站的占地面積從而減少投資，相關(guān)供電企業(yè)都大規(guī)模推進(jìn)智能變電站建設(shè).傳統(tǒng)變電站各裝置之間通過端子排連接，而智能變電站采用全站網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，僅用少量的光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的端子排，各種采樣值、開關(guān)量通過數(shù)字信號(hào)的方式在光纖中傳遞，這在很大程度上降低了信息傳遞的直觀性.為了使工作人員更好地理解智能變電站中各裝置之間的邏輯關(guān)系，相關(guān)研究人員提出了與傳統(tǒng)端子相對(duì)應(yīng)的“虛端子”概念[1].

1 虛端子的基本概念及與傳統(tǒng)端子排的比較

智能變電站采用全站網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)，根據(jù)國際上通用的IEC61850規(guī)約，將智能變電站分為過程層、間隔層、站控層以及過程層和間隔層之間的過程層網(wǎng)絡(luò)、站控層和間隔層之間的站控層網(wǎng)絡(luò)的“三層兩網(wǎng)結(jié)構(gòu)”.GOOSE、SV信號(hào)作為過程層網(wǎng)絡(luò)上傳遞的開關(guān)量、采樣值信號(hào)，與傳統(tǒng)屏柜的端子存在著對(duì)應(yīng)關(guān)系，而這些信號(hào)的邏輯接點(diǎn)稱為虛端子.由此可知，GOOSE信號(hào)相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站的二次直流電纜；SV信號(hào)相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站的二次交流電纜.虛端子連接關(guān)系見圖1.

圖1中LN為邏輯節(jié)點(diǎn)，每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)中包含了該邏輯下所有的信號(hào)變量，如：GOOSE邏輯節(jié)點(diǎn)中包含了該設(shè)備所有的開出信號(hào)變量；SV邏輯節(jié)點(diǎn)中包含了該設(shè)備所有模擬量輸入信號(hào)變量，相當(dāng)于傳統(tǒng)保護(hù)裝置的板卡.DO與DA分別為數(shù)據(jù)對(duì)象和數(shù)據(jù)屬性，每個(gè)LN邏輯節(jié)點(diǎn)下都有數(shù)十個(gè)乃至上百個(gè)DO數(shù)據(jù)對(duì)象，如：GGIO為GOOSE數(shù)據(jù)對(duì)象；PTRC為保護(hù)數(shù)據(jù)對(duì)象.每個(gè)DO數(shù)據(jù)對(duì)象都有相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)屬性，DO數(shù)據(jù)屬性用來描述DA數(shù)據(jù)對(duì)象的狀態(tài)，二者共同組成信號(hào)變量，相當(dāng)于傳統(tǒng)保護(hù)裝置板卡上的接點(diǎn).DataSet為數(shù)據(jù)集，將所有開出以LN$DO$DA的形式集合起來，相當(dāng)于傳統(tǒng)保護(hù)裝置總的開出信號(hào).GSEControl為GOOSE發(fā)送控制塊，一般每個(gè)數(shù)據(jù)塊里打包一個(gè)數(shù)據(jù)集發(fā)布到GOOSE網(wǎng)上，相當(dāng)于傳統(tǒng)保護(hù)裝置屏后的端子排.各個(gè)IED裝置可以訂閱網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中所有的GSEControl數(shù)據(jù)塊，將接收到的外部數(shù)據(jù)集與內(nèi)部數(shù)據(jù)形成關(guān)聯(lián)，內(nèi)部數(shù)據(jù)以LN.DO.DA的形式與外部數(shù)據(jù)LN$DO$DA成一一對(duì)用關(guān)系，相當(dāng)于傳統(tǒng)保護(hù)裝置屏后的柜間線[2].

由于虛端子少了很多電纜，工程人員在建設(shè)智能變電站時(shí)將無需給保護(hù)屏后柜配線，這大大縮短了變電站建設(shè)的周期，降低了變電站建設(shè)的成本.同樣，檢修人員在檢修操作時(shí)無需再對(duì)保護(hù)屏后柜的端子排進(jìn)行拆裝，只需將少量的光纖直接連接到保護(hù)裝置即能完成一系列裝置的校驗(yàn)，這在很大程度上減輕了試驗(yàn)人員的工作負(fù)擔(dān)，有效提高了工作效率.由此可知，虛端子在智能變電站的配置是整個(gè)變電站中所有IED設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵，即利用虛端子可使各個(gè)IED之間的邏輯關(guān)系更加完善，因此，優(yōu)化智能變電站虛端子配置十分重要[3].

2 虛端子優(yōu)化配置實(shí)例

湖州220 kV解放智能變電站是國家電網(wǎng)公司智能站示范工程，根據(jù)國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW441-2010《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，其220 kV母線保護(hù)裝置采用雙重化配置，兩套保護(hù)使用的GOOSE(SV)網(wǎng)遵循相互獨(dú)立的原則(分為A網(wǎng)和B網(wǎng))，其開關(guān)量輸入輸出和采樣值輸入采用直采、直跳的方式，并通過中心交換機(jī)和各間隔交換機(jī)組成的GOOSE網(wǎng)絡(luò)與各支路保護(hù)裝置相連，如圖2所示[4].

解放變220kV智能終端虛端子配置如表1所示.當(dāng)母線保護(hù)裝置中母差保護(hù)動(dòng)作，母線保護(hù)裝置會(huì)向智能終端發(fā)送“支路_6保護(hù)跳閘”信號(hào)變量，智能終端接收該信號(hào)變量后內(nèi)部信號(hào)變量“永跳_直跳”發(fā)生變化，智能終端將含山1線支路開關(guān)跳開.與此同時(shí)，智能終端向含山1線支路保護(hù)裝置發(fā)送“閉鎖本套保護(hù)重合閘”信號(hào)變量，支路保護(hù)裝置內(nèi)部“閉鎖重合閘-1”和“其它保護(hù)動(dòng)作-1”信號(hào)變量發(fā)生變化，同時(shí)閉鎖本套線路保護(hù)重合閘，如表2所示[5].

表1 解放變含山1線智能終端虛端子

表1(續(xù))

表2 解放變含山1線支路保護(hù)虛端子

該閉鎖重合閘的方式是以母線保護(hù)直接發(fā)永跳信號(hào)給智能終端，并由智能終端轉(zhuǎn)發(fā)給線路保護(hù)裝置的單一閉鎖方式，在極端狀態(tài)下將會(huì)失去閉鎖作用而導(dǎo)致重合閘誤動(dòng)作.如：試驗(yàn)人員在未排除母線故障的情況下誤將智能終端信號(hào)復(fù)歸；母線保護(hù)到智能終端的鏈路斷線，或是智能終端到支路保護(hù)裝置的鏈路斷線，或與保護(hù)裝置閉鎖重合閘時(shí)間配合不到位等.在這些極端的情況下智能終端有可能失去永跳信號(hào)變量，并且接受到線路保護(hù)發(fā)出的重合閘信號(hào)變量而發(fā)生重合閘誤動(dòng)作.

為了避免在極端情況下發(fā)生重合閘誤動(dòng)作，可以通過優(yōu)化虛端子配置的方式解決.其思路是利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行不同保護(hù)裝置之間的信息交流，這也符合智能變電站中信息流傳遞的原則.具體方法如表3所示，在含山1線支路保護(hù)虛端子中增加母差保護(hù)的信號(hào)變量，并與支路保護(hù)裝置中的信號(hào)變量連接，即母線保護(hù)裝置在母差保護(hù)動(dòng)作時(shí)，向含山1線支路保護(hù)裝置直接發(fā)送“支路_6保護(hù)跳閘”信號(hào)變量，支路保護(hù)裝置接收到該信號(hào)變量后內(nèi)部信號(hào)變量“閉鎖重合閘-2”發(fā)生變化.即利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)的信息流傳遞將原本單一的閉鎖方式進(jìn)行雙重化配置，降低重合閘誤動(dòng)作的可能性，這體現(xiàn)了優(yōu)化虛端子配置的良好效果，也體現(xiàn)了智能變電站相比常規(guī)變電站的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢.優(yōu)化后的雙重化虛端子配置如圖3所示.

表3 優(yōu)化以后的解放變含山1線支路保護(hù)虛端子

3 試驗(yàn)論證

根據(jù)國家電網(wǎng)公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW396-2009《IEC61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》中的相關(guān)規(guī)定，將優(yōu)化配置后的虛端子經(jīng)過計(jì)算機(jī)專業(yè)軟件生成SCD文件，再從SCD文件中自動(dòng)導(dǎo)出CID文件并導(dǎo)入各個(gè)IED裝置中.整個(gè)試驗(yàn)分為3個(gè)步驟：

(1) 相關(guān)人員首先斷開母線保護(hù)裝置與中心交換機(jī)之間的光纖，再令母線保護(hù)裝置進(jìn)行母差保護(hù)動(dòng)作，智能終端成功三跳出口，含山1線支路保護(hù)裝置發(fā)出“閉鎖重合閘-1”報(bào)文.

(2) 相關(guān)人員恢復(fù)母線保護(hù)裝置與中心交換機(jī)之間的光纖，斷開母線保護(hù)裝置與智能終端之間的光纖，再令母線保護(hù)裝置進(jìn)行母差保護(hù)動(dòng)作，智能終端應(yīng)接受不到母差命令而拒動(dòng)，含山1線支路保護(hù)裝置發(fā)出“閉鎖重合閘-2”和“其它保護(hù)動(dòng)作-1”報(bào)文.

(3) 相關(guān)人員恢復(fù)所有光纖，再令母線保護(hù)裝置進(jìn)行母差保護(hù)動(dòng)作，智能終端成功三跳出口，含山1線支路保護(hù)裝置發(fā)出“閉鎖重合閘-1”和“閉鎖重合閘-2”以及“其它保護(hù)動(dòng)作-1”報(bào)文.

該試驗(yàn)成功地驗(yàn)證了在不違反《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的情況下利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化虛端子配置的可行性與有效性.

4 結(jié) 論

本文通過對(duì)優(yōu)化智能變電站虛端子配置的研究，采用相關(guān)理論知識(shí)和技術(shù)規(guī)范，并與傳統(tǒng)變電站端子排進(jìn)行對(duì)比分析，介紹了智能變電站虛端子有關(guān)內(nèi)容以及智能變電站相對(duì)于傳統(tǒng)變電站的優(yōu)缺點(diǎn)，得出智能變電站利用虛端子可大大降低變電站裝置配線的工作量和施工難度，說明了完善優(yōu)化配置智能變電站虛端子的重要性.同時(shí)，本文還提出了解放變雙重化閉鎖重合閘虛端子的優(yōu)化虛端子配置實(shí)例，并通過現(xiàn)場試驗(yàn)的方式驗(yàn)證了利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化虛端子配置的可行性與有效性，證明了優(yōu)化配置虛端子可大大降低保護(hù)裝置出風(fēng)險(xiǎn)的幾率，以及智能變電站網(wǎng)絡(luò)化的結(jié)構(gòu)所帶來的優(yōu)勢.隨著國家大力推進(jìn)智能變電站建設(shè)，本文的研究還可以在各個(gè)智能變電站范圍內(nèi)進(jìn)行大面積地推廣與運(yùn)用，為已建、在建或?qū)⒔ǖ闹悄茏冸娬咎摱俗优渲锰峁﹥?yōu)化思路，具有很強(qiáng)的借鑒意義.

[1]徐東偉,李富強(qiáng),張貴中.基于SCD文件風(fēng)險(xiǎn)現(xiàn)狀的管控策略體系研究與應(yīng)用[J].浙江電力,2016(35)：17-20.

[2]馮軍.智能變電站原理及測試技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2011：23-24.

[3]國家電力調(diào)度控制中心，國網(wǎng)浙江省電力公司.智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)問答[M].北京:中國電力出版社,2014：226-245.

[4]何磊.IEC61850應(yīng)用入門[M].北京:中國電力出版社,2012：10-14.

[5]朱松林.繼電保護(hù)培訓(xùn)實(shí)用教程[M].北京:中國電力出版社,2010：340-343.

[責(zé)任編輯 高俊娥]

A Research on the Optimization of Virtual Termina Configuration of Intelligent Substation

TONG Dazhong, DING Hong, LIU Zhiya

(Huzhou Power Supply Company, Zhejiang Electric Power Corporation, State Grid, Huzhou 313000, China)

By comparing the conventional substation terminal and intelligent substation virtual terminal, this paper describes the difference between the two and their advantages and disadvantages. Through the research on the optimization of intelligent substation virtual terminal configuration, it gives full play to the advantages of intelligent substation network structure, which enables the IED to have a more close logical relationship between devices, so as to effectively improve the reliability of relay protection apparatus under extreme conditions. By using the method of intelligent substation field test, the optimized virtual terminal configuration is transferred into a SCD file, then the SCD file is transferred into a CID file which is loaded to each IED device. Through the comparison test to verify the difference between the virtual terminal configuration before and after optimization, it is proved that the research is effective and feasible in practical application, and the optimization of virtual terminal configuration is helpful to improve the reliability of relay protection.

intelligent substation; virtual terminal; network structure; IED device; SCD file

2016-11-10

童大中，助理工程師，研究方向：智能變電站.E-mail：397903923@qq.com

TM63

A

1009-1734(2017)02-0072-05