智能化变电站调试

北极星电力网技术频道作者:芮建勋 2012/3/2 9:34:46

智能化变电站保护调试

芮建勋张天际

（河北省送变电公司，河北省石家庄 050051）

摘要：随着电网智能化的发展,带动了智能化变电站的发展,特别是智能化开关、光电式或电子互感器等智能化一次设备的出现,将变电站自动化技术带进智能化的新阶段。本文重点介绍了智能化变电站的特点,从新技术的运用、一次智能设备的更新、调试方法的变化等角度阐述在智能化变电站中继电保护的调试方法,希望对以后智能化变电站保护调试工作起到抛砖引玉的作用

关键词： IEC61850规约 MMS GOOSE 配置文件光纤调试互感器

序言

近几年来随着智能电网的发展，建设智能化变电站已经成了发展趋势，而对于我们继电保护调试人员来说，智能化变电站的保护调试成了一个挑战，面对使用IEC61850通信协议的网络化二次设备，如何进行单装置、系统地检验是摆在我们面前的新课题，因为较之传统保护，相关的二次装置，输入、输出信号的传递方式发生了很大变化，保护各种功能的正确性与可靠性的检验已不能依靠传统的检验方法检验了。在智能化变电站一次设备中，电磁式互感器被电子式或光互感器代替，变压器、断路器等一次设备也加装了智能单元，使得原来保护装置与外界的连接的二次电缆全由光纤取代，信息全由网络化的设备传递。所以针对这样的变化相应的改变了保护调试方法。但不管怎么变，保护的原理没有变化，变化的只是信息的传递方式，因此保护的逻辑功能检验和原来一致，仍然沿用原来成熟的检验标准。本文对智能化变电站保护的检验阐述了个人的见解，希望对智能化变电站保护检验有所帮助，由于智能化变电站涉及领域广，技术发展迅速，本人水平有限，实践经验有待进一步积累，文章中不足之处，敬请批评指正。

正文

一名词解释

1 IEC61850规约

同传统的IEC60870-5-103标准相比，IEC61850不仅仅是一个单纯的通信规约，而且是数字化变电站自动化系统的标准，指导了变电站自动化的设计、开发、工程、维护等各个领域。该标准通过对变电站自动化系统中的对象统一建模，采用面向对象技术和独立于网络结构的抽象通信服务接口，增强了设备之间的互操作性，可以在不同厂家的设备之间实现无缝连接，从而大大提高变电站自动化技术水平和安全稳定运行水平，实现完全互操作。

IEC61850解决的主要问题

（1）网络通信；

（2）变电站内信息共享和互操作；

（3）变电站的集成与工程实施。

2 MMS

MMS：Manufacturing Message Specification制造报文规范。功能如下：

（1）信号上送

开入、事件、报警等信号类数据的上送,可实现遥信和开入的变化上送、周期上送、总召、事件缓存。由于采用了多可视的实现方案，事件可以同时送到多个后台。

（2）测量上送

遥测、保护测量类数据的上送，可实现遥测的变化上送（比较死区和零漂）、、周期上送、总召。由于采用了多可视的实现方案，使得事件可以同时送到多个后台。

（3）定值

可以实现选择定值区进行召唤、修改、定制区切换。

（4）控制

遥控、遥调等控制功能通过IEC61850的控制相关数据结构实现，映射到MMS的读写和报告服务。IEC61850提供多种控制类型，支持检同期、检无压、闭锁逻辑检查等功能。

（5）故障报告

故障报告功能，映射到MMS的报告和文件操作服务。

3 GOOSE

GOOSE：IEC61850标准中定义的面向通用对象的变电站事件。其功能如下：

（1）关刀闸地刀等过程层开入功能

智能终端->线路或辅助保护、测控、母差

（2）开关、刀闸、联锁信号等控制功能

测控->智能终端

（3）保护跳合闸命令

母差、变压器、线路或辅助保护->智能终端

（4）保护间配合功能

起失灵、闭锁重合闸、远传远跳、闭锁调压

（5）压并、压切

（6）GOOSE报警功能

GOOSE对收发过程中产生的异常情况进行报警，主要分为：GOOSE A网/B网断链报警，GOOSE配置不一致报警，GOOSE A网/B网网络风暴报警。

（7）GOOSE检修功能

当装置的检修状态置1时，装置发送的GOOSE报文中带有测试（test）标志，接收端就可以通过报文的test标志获得发送端的置检修状态。当发送端和接收端置检修状态一致时，装置对接收到的GOOSE数据进行正常处理。当发送端和接收端置检修状态不一致时，装置可以对接收到的GOOSE数据做相应处理，以保证检修的装置不会影响到正常运行状态的装置，提高了GOOSE检修的灵活性和可靠性

4 SMV

SMV：采样值的传输所交换的信息是基于发布/订户机制

5 配置（模型）文件

对于数字化变电站，我们常接触到四种文件——ICD、SSD、SCD、CID。

（1）ICD

保护装置厂家通过自己的IED配置工具生成装置的描述文件ICD，ICD文件里描述装置的数据模型和能力：

1）装置包含哪些逻辑装置、逻辑节点

2）逻辑节点类型、数据类型的定义

3）数据集定义、控制块定义

4）装置通信能力和参数的描述

ICD文件工程实施示意图

（2） SSD

通过系统配置工具生成变电站一次系统的描述文件SSD文件，SSD文件包含的信息包括：

1）包含一次系统的单线图

2）一次设备的逻辑节点

3）逻辑节点的类型定义

SSD文件工程实施示意图

（3）SCD

以变电站包含的各种类型的二次设备的ICD文件和变电站的SSD文件为输入，通过SCD配置工具生成变电站的数据文件SCD文件，SCD文件信息包含：

1）变电站一次系统配置（含一二次关联信息配置）

2）二次设备配置（包含信号描述配置、GOOSE信号连接配置）

3）通讯网络及参数的配置

SCD文件工程实施示意图

（4） CID

使用装置厂家工具从SCD文件中导出装置运行所需的CID文件，CID文件信息包括：

1）CID文件中包含的实例化信息、数据模板信息和ICD文件中的信息一致

2）CID文件中也有和ICD文件不同的特有信息，包含SCD文件中针对该装置的配置信息，配置信息包括MMS和GOOSE通信地址、IED名称、GOOSE输入等。

CID文件工程实施示意图

6 合并单元

合并单元也叫合并器，其主要功能为：

1）接收多路互感器采样插值同步

2）接收站内采样同步信号

3）单间隔内IEC 61850-9传输跨间隔60044-8/FT3传输

4）完善的自检功能，如CT断线等

5）配置原则：一般按间隔布置

7 智能终端

智能终端（操作箱）：能够采集一个间隔的包括断路器和所有刀闸在内的开关位置信息，通过GOOSE网络和间隔级设备交换信息，并且接收来自间隔级设备的跳合闸命令。

二保护调试方法

1模拟量的输入

传统的保护测试仪只能输出模拟量，不能直接输出数字量，在智能化变电站中，保护装置电压、电流模拟量的输入由来自合并器的光数字信号代替，一种方法是将传统保护测试仪输出的模拟量通过模数转换器将模拟量转换为数字量，然后在输入给所需要的合并器，但这种方法缺点是测试仪连接繁琐，移动起来也不方便，另一种方法就是使用光数字保护测试仪，用光数字保护测试仪直接从保护装置的光纤以太网口输入测试。这样的数字信号是没有误差的，以前的零漂、采样精度检难步骤可以省略，但也存在问题：现有光数字保护测试仪输出的数字信号只支持IEC61850-9-1、9-2标准，而以这两个标准传输的数据传输时延不确定（400µs-3ms）、无法准确采用再采样技术、不同间隔间数据到达时间不确定，显然不同间隔间数据的时间同步性很难满足保护装置的要求。因此以IEC61850-9-1、9-2标准传输的数据只能用于没有跨间隔数据要求的保护装置和测控、仪表这一类二次设备。对于有跨间隔数据要求的保护装置如变压器差动保护，母线保护，现采用的是IEC 60044-8传输协议中规定的高速串行FT3传输协议标准来传输数据。这一类保护装置的测试目前只有通过第一种方法----即用传统保护测试仪加模数转换器实现数字电压、电流信号的输入

2保护装置的输出

传统的开入、开出量不再是24V或者220V的直流电信号，代之以优先级别有差的GOOSE报文或MMS报文，但是GOOSE虚端子连接是否正确目前还没有适当的测试方法，所以对与GOOSE报文的检验只能依靠保护装置实际传动、保护整组传动来验证保护装置输出信号的正确性与实时性，而且必须依据GOOSE联系表，确保每个功能，每个信号、每个点都要检验。推荐借助网络分析仪进行检验（目前武汉中元的网络分析仪比较完善）

3同步测试

光数字电压、电流信号的输入方式使得跨间隔数据同步性的测试显得优为重要。如变压器差动保护和母线差动保护，为了验证不同间隔间数据的同步性，现阶段可通过同源的一次升压、升流流来实现。

三相关二次设备的检验

1保护装置检验
1）结构及外观检验
此部分检查除了与传统微机式保护的检查项目相同外还应注意光纤以太网接口和光缆头的清洁。信息来源:http://www.tede.cn
2）绝缘性能检验（同传统保护装置）
此部分主要检查保护装置电源电缆的绝缘性能。
3）装置逆变电源检验（同传统保护装置）
4）保护装置通电初步检验（同传统保护装置）
此部分检查除了与传统微机式保护的检查项目相同外还应检验保护装置MMS网络通讯是否正确，光纤网络通讯是否正常。
5）保护装置逻辑功能检验
此部分与传统微机式保护的检验不同的是需使用与保护装置输入数据兼容的光数字保护测试或模数转换设备。
2 合并单元检验
1）结构和外观检查

此部分检查包括光纤头清洁、核对模数转换至合并单元电流电压接口是否正确，连接完毕成检查合并单元是否异常报警
2）若该装置有AC模件则对其进行相应测试，测试方法同传统模拟量采样精度测试，所用测试装置应能输出与合并器兼容的光数字信号。
3）验证光纤网络通信是否正常，网络参数设置是否正常。所使用的采样通道指示灯是否正常

4）压并、压切

具有电压切换功能的要验证刀闸能可靠切换（如双母线的线路、主变合并单元）；具有电压并列功能的要检验相应电压之间能够可靠并列或解列（一般为母线合并单元）
3智能单元检验
1）结构和外观检查。

此部分检查GOOSE口至各保护屏光纤头清洁、智能单元有无异常报警。
2）装置开入、开出功能检验。

    对其操作箱进行相应测试。
3）通讯测试
装置以太网口通讯是否正常，光纤通道通讯是否正常。
   4网络性能测试
1）物理器件性能测试
①光收发器件功率测试
②光通道衰耗和误码率测试
③网络数据交换机性能测试
④网络服务器性能测试
2）网络负载能力测试(需使用网络负载模拟器)，测试理论最大数据流量情况下网络的负载能力。
3）网络数据包解析正确性与时效性测试(需使用IEC61850兼容的网络分析仪或网络分析软件)。
4）网络安全性测试，验证网络对恶意程序攻击的抵御能力。
  5整组传动试验
1）跨间隔一次升压、升流试验及互感器校验
检验从电子式互感器到保护装置、测控装置、监控后台整个一次设备电量采集环节的正确性。对于变压器保护、母线保护还应做同源跨间隔一次升压、升流互感器校验以验证不同间隔数据的同步可靠性。
2）保护装置信号传递测试
①检验一次设备各种状态信号、闭锁信号，保护装置间的各种闭锁信号、联动信号输入保护装置的正确性、时效性；信息来源:http://www.tede.cn

②检验保护装置输出到监控后台、相关外部保护装置、断路器智能单元各种 6变电站整组启动时保护装置的试验
项目与步骤与传统变电站一致，即进行向量检查工作。目的是最后一次验证输入保护装置的电压、电流量极性的正确性并让保护装置正确、可靠地投入运行。

四、待解决的问题

1光纤回路编号

智能站中使用的大量的光纤（尾纤）代替了一直使用的电缆接线，随之带来了二次回路检查的问题，如：光纤没用设计回路编号，造成如何检查回路是否正确的问题，在调试过程中难免需要拔插光纤，如何区分出要拔的光纤头，如何保证调试后光纤恢复正确，如何保证反复拔插而不影响光纤的衰耗，不损坏光纤？

2光缆敷设

保护屏中光缆如何敷设才能使光纤不损坏而又美观整洁，如何才能减少保护室因施工带来的灰尘而影响到光纤衰耗？

六、结语

智能化变电站是变电站自动化技术的发展方向和必然趋势，作为电网建设的新科技，智能保护装置的检验还需要大家一起积极探索、实践，不断在积累调试经验，检验的重点放在网络化的二次设备。但目前基于IEC61850协议的网络测试还处于起步阶段，有待厂家、用户、相关科研机构以及我们调试人员等各方共同努力凝聚出一个完善的、可靠的、标准的测试模式。