唐民

摘 要：智能變電站是以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)功能的變電站。本文主要就智能變電站的繼電保護(hù)檢測和調(diào)試進(jìn)行分析討論。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù);檢測調(diào)試

一、智能變電站的二次回路架構(gòu)和可視化技術(shù)分析

智能變電站的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為“三層兩網(wǎng)”，其中“三層”是指站控層、間隔層和過程層，“兩網(wǎng)”是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。站控層主要包括后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、保信子站等，間隔層主要包括保護(hù)裝置、測控裝置、計(jì)量裝置、在線監(jiān)測裝置、網(wǎng)絡(luò)分析裝置等，過程層主要包括智能終端和合并單元。站控層網(wǎng)絡(luò)由站控層交換機(jī)組網(wǎng)，并負(fù)責(zé)站控層系統(tǒng)與間隔層裝置的數(shù)據(jù)傳輸和通信，過程層網(wǎng)絡(luò)由過程層交換機(jī)組網(wǎng)，并負(fù)責(zé)間隔層裝置與過程層設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和通信。智能變電站的數(shù)據(jù)類型大致有MMS、GOOSE和SV三種，其中MMS用于站控層網(wǎng)絡(luò)的通信，GOOSE和SV用于過程層的數(shù)據(jù)傳輸。智能變電站典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能變電站中，SCD文件可視化管理系統(tǒng)需要通過典型的SCD文件或運(yùn)行設(shè)備的配置文件提高系統(tǒng)的可讀性，檢查系統(tǒng)并進(jìn)行對(duì)比，合理評(píng)估檢修的策略，并將其作為文件的處理結(jié)果，從文件中獲取編輯、存儲(chǔ)功能并檢查檢修圖紙以及生成的報(bào)告，這些都被稱為可視化操作功能。此外，SCL是智能變電站中的標(biāo)準(zhǔn)語言，SCD文件符合SCL規(guī)范，是一種唯一配置的文件。SCD文件主要描述了變電站的一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及IED的配置信息，對(duì)訪問點(diǎn)的位置進(jìn)行通信訪問以及所有IED信號(hào)之間的聯(lián)系，SCD文件中，信息頭主要用于識(shí)別SCD文件的配置版本以及有關(guān)信號(hào)之間的映射;變電站描述主要是對(duì)變電站的功能以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行描述;IED描述是對(duì)IED的配置以及功能進(jìn)行描述，包含了訪問點(diǎn)、設(shè)備以及節(jié)點(diǎn)等信息;通信系統(tǒng)描述主要是通過邏輯總線描述網(wǎng)絡(luò)通信之間的連接，分析邏輯總線以及IED訪問點(diǎn)之間的關(guān)系;數(shù)據(jù)類型模板主要描述了SCD文件中的類型以及屬性。

二、智能變電站IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)制

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的核心主要體現(xiàn)在自我描述的功能，利用變電站配合文件實(shí)現(xiàn)描述，定義抽象通信的服務(wù)接口，在通信技術(shù)方面能夠達(dá)到獨(dú)立的功能，并根據(jù)功能劃分不同的節(jié)點(diǎn)，用邏輯設(shè)備表示抽象物理設(shè)備。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)主要采用采樣值（SV）描述電流與電壓，SV支持的傳輸方式是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，因?yàn)樵诿恳粋€(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀之前都有前導(dǎo)字節(jié)，并且在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀之間還會(huì)插入其他字節(jié)，用IEC61850進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，如果IED輸出的采集數(shù)據(jù)采樣率為256點(diǎn)/周波，頻率為50Hz，則數(shù)據(jù)的流量為12.4Mbit/s，如果不是256點(diǎn)/周波，則報(bào)文中只含有1個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)。采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)格式最大的優(yōu)點(diǎn)就是能夠自由配置通道的個(gè)數(shù)，但是數(shù)據(jù)幀的長度會(huì)在每個(gè)通道中增加兩個(gè)字節(jié)，SV是一種時(shí)間驅(qū)動(dòng)的通信方式，因?yàn)橥ㄐ诺脑蛉菀自斐蓤?bào)文的丟失或者是發(fā)送失敗。另外，GOOSE指的是面向通用對(duì)象的變電站事件機(jī)制， 具有優(yōu)先級(jí)控制功能， 提供高效率實(shí)現(xiàn)IEC之間的直接通信， 當(dāng)事件發(fā)生后， GOOSE的間隔時(shí)間會(huì)連續(xù)發(fā)送2次信息， 按照T=2N×s（N=0，1，2，3，…，s=1 ms） 的方式發(fā)送N遍并一直重復(fù)。

三、基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站繼電保護(hù)檢測

1、通過合并單元進(jìn)行檢測。根據(jù)目前智能變電站交流采樣的模式分為電子式互感器以及常規(guī)互感器兩種，因?yàn)殡娮邮交ジ衅鞯募夹g(shù)還不成熟，因此在智能變電站中普遍采取的是模擬式合并單元。合并單元的主要功能就是對(duì)電子式互感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并發(fā)送給監(jiān)控保護(hù)裝置，如圖2所示。合并單元自動(dòng)檢測功能能夠?qū)ρb置中的硬件以及錯(cuò)誤通訊自行判斷，當(dāng)發(fā)生電源的中斷、異常時(shí)能夠發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并在采樣異常的情況下將參數(shù)設(shè)置成00000001，當(dāng)保護(hù)裝置收到合并單元的數(shù)據(jù)后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，按照合并單元提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，避免A/D采樣環(huán)節(jié)的過程中出現(xiàn)異常，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，合并單元本身的自動(dòng)檢測功能還不太完善，存在數(shù)據(jù)同時(shí)出現(xiàn)異常，自動(dòng)檢測仍然能夠通過的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況后就需要判斷數(shù)據(jù)的有效性。

2、通過等比差的方式進(jìn)行檢測。通過冗余通道對(duì)比檢測，合并單元輸送保護(hù)裝置電氣量，通過互相比較可以判斷出部分的異常，比如三相電流和零序電流之間的聯(lián)系。如果對(duì)每一個(gè)電流和電壓的回路都設(shè)置一個(gè)通道，則所有的量都能夠在同一時(shí)間進(jìn)行采樣，每一次的采樣為k，需要滿足以下條件：

公式（1）提供了判斷采樣值是否滿足條件的依據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)多次不符合該公式，需要判斷數(shù)據(jù)采樣環(huán)節(jié)是否存在異常，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。智能變電站繼電保護(hù)裝置需要依賴合并單元判斷采樣的數(shù)據(jù)是否有效，但是合并單元本身并不具備完全的自檢功能，繼電保護(hù)裝置需要對(duì)合并單元進(jìn)行進(jìn)一步的判斷，針對(duì)電子式電流互感器的特點(diǎn)提出一種能夠比較采樣值檢測異常的方法，但是數(shù)據(jù)處理的時(shí)間比較長，無法滿足快速保護(hù)的要求，為了滿足相關(guān)的要求，提出了一種基于采樣值等比差的數(shù)據(jù)判斷方式。設(shè)x為區(qū)間內(nèi)的一點(diǎn)，x+Δx為區(qū)間上的另一點(diǎn)，Δx>0，得出公式（2）：

3、模型匹配自動(dòng)檢測。傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)裝置采用的安全方式是短接電流的回路，斷開交流電壓與回路壓板，并采用專用繼電保護(hù)測試儀器進(jìn)行測試，通過人工的方式進(jìn)行測試。而智能變電站繼電保護(hù)測試分為合并單元、保護(hù)裝置以及智能終端，前兩項(xiàng)主要采用測試儀加報(bào)文組成，保護(hù)裝置的測試主要通過傳統(tǒng)的模擬量輸出儀器進(jìn)行。相比傳統(tǒng)的繼電保護(hù)測試，智能變電站繼電保護(hù)在測試的過程中也會(huì)出現(xiàn)一些問題，比如測試的設(shè)備對(duì)人員的要求較高，很多與運(yùn)行有關(guān)的參數(shù)需要通過人工完成;工作量較大，保護(hù)裝置的不同邏輯測試需要重新設(shè)置時(shí)，測試的工作量大，容易出現(xiàn)漏測的問題，在沒有智能終端測試的情況下需要人工判斷GOOSE報(bào)文的正確性。

四、智能變電站繼電保護(hù)調(diào)試技術(shù)

1、定值檢驗(yàn)。首先檢查壓板的配置信息，除了檢查遠(yuǎn)方操作的壓板以及硬壓板外，其他的壓板需要采用軟壓板，投入檢修壓板后，需要監(jiān)視GOOSE報(bào)文以及裝置面板的顯示，通過裝置參數(shù)以及文件，保護(hù)上送帶的位置信息，當(dāng)面板指示燈或者界面有明顯的數(shù)據(jù)顯示時(shí)，在檢修壓板時(shí)下裝并采用閉鎖保護(hù)，然后退出檢修壓板，監(jiān)視GOOSE報(bào)文以及裝置面板的提示信息，進(jìn)行裝置參數(shù)以及其他相關(guān)的操作，如果面板的指示燈以及界面恢復(fù)正常，參數(shù)和配置文件不能進(jìn)行安裝。對(duì)GOOSE出口軟壓板進(jìn)行檢驗(yàn)，需要投入出口軟壓板，并保護(hù)元件配置和動(dòng)作，監(jiān)視正確的GOOSE報(bào)文;退出出口軟壓板，保護(hù)元件，監(jiān)視GOOSE報(bào)文，當(dāng)監(jiān)視到正確的沒有跳閘的GOOSE報(bào)文時(shí)，需要監(jiān)視壓板的狀態(tài)是否正確。投入SV接收軟壓板，并加入SV的模擬量，當(dāng)對(duì)應(yīng)的模擬量顯示為正確時(shí)，需要斷開對(duì)應(yīng)的通信接口，保護(hù)裝置并發(fā)出告警信息;退出SV接收軟壓板加入SV模擬量，保護(hù)沒有對(duì)應(yīng)的模擬量，斷開間隔的通信接口，保護(hù)裝置并發(fā)出告警信息。當(dāng)開入GOOSE軟壓板時(shí)，投入和退出軟壓板，并監(jiān)視軟壓板的狀態(tài)。

2、精度檢驗(yàn)。對(duì)裝置SV報(bào)文接收的性能進(jìn)行檢測，模擬SV報(bào)文的SVID、APPID等參數(shù)的變化，對(duì)保護(hù)裝置的功能進(jìn)行正確顯示，根據(jù)接受到的報(bào)文以及采樣值的配置信息判斷報(bào)文配置的一致性，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào);模擬SV報(bào)文的時(shí)間變化，保護(hù)裝置并監(jiān)視采樣值，當(dāng)超出保護(hù)裝置的范圍或，報(bào)警并關(guān)閉保護(hù)功能;模擬SV報(bào)文對(duì)應(yīng)中Validity字段的變化，接收的一方需要爭取識(shí)別并做出正確的反應(yīng)。模擬合并信號(hào)與裝置之間的信號(hào)，當(dāng)通信中斷后，保護(hù)裝置需要根據(jù)相應(yīng)的信號(hào)做出反應(yīng)，并發(fā)出警告信號(hào)，當(dāng)通信恢復(fù)之后，對(duì)裝置信號(hào)進(jìn)行保護(hù)并自動(dòng)返回，使保護(hù)功能能夠恢復(fù)正常。

五、小結(jié)

總之，智能變電站的自動(dòng)化運(yùn)行符合IEC 61850通用標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的規(guī)范化智能系統(tǒng)，其中繼電保護(hù)的反事故特點(diǎn)確保了變電站智能化的自動(dòng)運(yùn)行處于正常狀態(tài)，而繼電保護(hù)調(diào)試的有效性在智能變電站運(yùn)行中起到了不可替代的故障提示及變電站設(shè)備保護(hù)等作用，實(shí)現(xiàn)了繼電保護(hù)的靈敏性、可靠性及實(shí)效性，最終通過繼電保護(hù)的調(diào)試保障了智能變電站的正常運(yùn)行，確保了人們生產(chǎn)、生活用電的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1] 周健，高曉軍，劉大偉.智能變電站繼電保護(hù)調(diào)試方法及其應(yīng)用探析[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2017（4）.

[2] 陳彩鳳.智能變電站繼電保護(hù)調(diào)試方法及其應(yīng)用探析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（23）.

[3] 黃志成.智能化變電站繼電保護(hù)調(diào)試研究及應(yīng)用[J].機(jī)電工程技術(shù)，2016（12）.