數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)關(guān)鍵檢驗(yàn)技術(shù)分析

常風(fēng)然，蕭 彥，孫利強(qiáng)，齊少娟

(河北省電力公司，石家莊 050021)

數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)明顯有別于常規(guī)變電站。國(guó)內(nèi)外研究重點(diǎn)多集中在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)方案、設(shè)備研發(fā)、信息共享、互操作等方面，缺乏針對(duì)數(shù)字化變電站檢驗(yàn)技術(shù)方面的研究，也沒(méi)有相應(yīng)的檢驗(yàn)技術(shù)支撐，數(shù)字化變電站效能無(wú)法得到可靠保證。對(duì)使用電子互感器、GOOSE等技術(shù)的數(shù)字化變電站而言，繼電保護(hù)檢驗(yàn)的重點(diǎn)除設(shè)備外，還應(yīng)更注重繼電保護(hù)系統(tǒng)性能檢驗(yàn)與繼電保護(hù)系統(tǒng)出廠驗(yàn)收、新安裝驗(yàn)收及運(yùn)行中的檢驗(yàn)，而且各階段的檢驗(yàn)策略、檢驗(yàn)周期、檢驗(yàn)項(xiàng)目、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等都需要不斷探索和實(shí)踐。

1 過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)

數(shù)字化變電站對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、安全性等方面都有嚴(yán)格要求。即便使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的報(bào)文跳合閘方式，設(shè)備間的啟動(dòng)、閉鎖等信息需要利用網(wǎng)絡(luò)傳送。常規(guī)變電站中站控層網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)要求適用于數(shù)字化變電站，過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)測(cè)試及檢測(cè)技術(shù)則是數(shù)字化變電站特有的。在常規(guī)變電站調(diào)試時(shí)，可以利用查線、傳動(dòng)等方法來(lái)檢查二次回路的正確性。在數(shù)字化變電站中，由光纖、交換機(jī)構(gòu)成的過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)了二次回路的功能。在過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)檢驗(yàn)中，交換機(jī)是重點(diǎn)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)性能是重點(diǎn)項(xiàng)目，整組試驗(yàn)是保證項(xiàng)目。

1.1 交換機(jī)的檢驗(yàn)

在實(shí)際工程中，應(yīng)根據(jù)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式，如采樣值網(wǎng)絡(luò)是否與GOOSE網(wǎng)合一、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星形還是環(huán)形等，來(lái)分析確認(rèn)交換機(jī)的實(shí)際應(yīng)用功能和性能要求，進(jìn)而在出廠驗(yàn)收檢驗(yàn)階段對(duì)過(guò)程層交換機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，不能簡(jiǎn)單照搬工業(yè)交換機(jī)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于數(shù)字化變電站要考慮以下檢驗(yàn)項(xiàng)目：

a. 在100%網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況下，測(cè)試不同幀長(zhǎng)度數(shù)據(jù)包的吞吐量。

b. 不同幀長(zhǎng)度無(wú)丟包傳輸速率下的傳輸時(shí)延(包括單裝置傳輸延時(shí)、交換機(jī)級(jí)聯(lián)延時(shí))。

c. 不同幀長(zhǎng)、不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下的丟包率。

d. VLAN劃分功能、地址緩存能力、報(bào)文優(yōu)先級(jí)QOS功能、組播過(guò)濾功能、快速生成樹(shù)功能等的測(cè)試。

e. 對(duì)保護(hù)裝置等智能電子設(shè)備的GOOSE數(shù)據(jù)處理能力、自恢復(fù)能力、報(bào)文設(shè)置等進(jìn)行測(cè)試，VLAN的GOOSE報(bào)文驗(yàn)證尤為重要。如在某工程首次組網(wǎng)聯(lián)調(diào)時(shí)，其中1套線路保護(hù)的GOOSE報(bào)文無(wú)法通過(guò)交換機(jī)傳輸，檢查發(fā)現(xiàn)其GOOSE報(bào)文默認(rèn)設(shè)置的VLAN是2，而交換機(jī)端口設(shè)置的VLAN是1，所以GOOSE報(bào)文無(wú)法通過(guò)交換機(jī)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)光纖檢驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

在新安裝階段，除對(duì)交換機(jī)進(jìn)行必要的檢驗(yàn)檢查外，還要重點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)光纖和實(shí)際網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行檢查測(cè)試，這些都是出廠驗(yàn)收中無(wú)法檢測(cè)的內(nèi)容。光纖檢驗(yàn)應(yīng)包括光纖接頭可靠性檢查、尾纖彎曲度檢查、光纖標(biāo)示檢查、發(fā)光功率及光纖衰耗測(cè)試等。網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試至少應(yīng)包括：

a. 正常狀態(tài)下GOOSE網(wǎng)絡(luò)流量，根據(jù)變電站的實(shí)際情況，同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)跳閘命令、同時(shí)多個(gè)遙信發(fā)生變化網(wǎng)絡(luò)重載狀態(tài)下GOOSE網(wǎng)絡(luò)流量。

b. GOOSE網(wǎng)跨度最大2臺(tái)交換機(jī)的端口在正常GOOSE網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和GOOSE網(wǎng)絡(luò)重載下的傳輸延時(shí)和幀丟失率。

c. 按照全站網(wǎng)絡(luò)參數(shù)表，對(duì)所有交換機(jī)進(jìn)行VLAN報(bào)文的再檢測(cè)，每臺(tái)交換機(jī)只能出現(xiàn)規(guī)定VLAN內(nèi)的GOOSE報(bào)文。

這些測(cè)試結(jié)果應(yīng)與出廠驗(yàn)收時(shí)的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比對(duì)分析。在變電站投運(yùn)前進(jìn)行整組試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和所有IED單體檢驗(yàn)完成后進(jìn)行。將所有的交換機(jī)、IED都投入正常運(yùn)行后，再進(jìn)行試驗(yàn)，以確保檢測(cè)到在網(wǎng)絡(luò)上相互影響的結(jié)果。

1.3 運(yùn)行中的監(jiān)測(cè)與維護(hù)

在正常運(yùn)行中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注各交換機(jī)端口的狀態(tài)信息。一些數(shù)字化變電站未集中采集交換機(jī)告警信息，交換機(jī)異常時(shí)多依賴廠家，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員不能對(duì)交換機(jī)報(bào)警進(jìn)行準(zhǔn)確地判斷。維護(hù)人員可以充分綜合利用網(wǎng)絡(luò)報(bào)文記錄分析系統(tǒng)的信息、錄波信息、保護(hù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)全站網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)的在線監(jiān)視、狀態(tài)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)故障信息綜合分析及異常診斷功能，并有針對(duì)性地進(jìn)行維護(hù)和檢測(cè)。在常規(guī)的停電檢修期間，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試必須有可靠的安全隔離措施，只有在采取安全隔離措施后，才能檢驗(yàn)待維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，一般只需要進(jìn)行光纖端口光功率檢查、交換機(jī)日志分析等。

2 智能電子設(shè)備檢驗(yàn)

繼電保護(hù)系統(tǒng)包括保護(hù)裝置、智能終端、合并單元等智能電子設(shè)備，它們功能測(cè)試和性能測(cè)試的主要難點(diǎn)在于：與電子互感器配合的檢驗(yàn)，即交流采樣系統(tǒng)的檢驗(yàn)；與其它智能電子設(shè)備配合的檢驗(yàn)，尤其是使用網(wǎng)絡(luò)方式和GOOSE報(bào)文配合時(shí)的檢驗(yàn)；智能電子設(shè)備動(dòng)作、告警等信息網(wǎng)絡(luò)化傳輸共享后的性能測(cè)試，如光纖斷鏈對(duì)繼電保護(hù)裝置、監(jiān)控系統(tǒng)和運(yùn)行操作的影響等。因此，智能電子設(shè)備檢驗(yàn)儀器、檢驗(yàn)方法、檢驗(yàn)時(shí)機(jī)、檢驗(yàn)中的配合都需要根據(jù)數(shù)字化變電站的具體設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、作業(yè)性質(zhì)、作業(yè)條件等合理安排。

2.1 設(shè)備采樣系統(tǒng)

進(jìn)行交流采樣系統(tǒng)檢驗(yàn)時(shí)，可采用模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與常規(guī)保護(hù)試驗(yàn)儀配合，也可使用支持?jǐn)?shù)字量傳輸規(guī)約的數(shù)字試驗(yàn)儀。使用常規(guī)試驗(yàn)儀時(shí)，應(yīng)配合使用電子式互感器廠家提供的模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，雖然缺少第三方驗(yàn)證，但可以檢驗(yàn)包括合并單元在內(nèi)的采樣系統(tǒng)；使用數(shù)字試驗(yàn)儀時(shí)，試驗(yàn)儀應(yīng)能導(dǎo)入模型配置文件，自動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試所需的信息文件，自動(dòng)檢測(cè)輸出信息流，此時(shí)可能需要將采樣值直接加到IED上，除非試驗(yàn)儀支持電子式互感器至合并單元的私有數(shù)據(jù)幀格式。

數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置采樣系統(tǒng)中的數(shù)字采樣是前移的，因此繼電保護(hù)裝置無(wú)需對(duì)零點(diǎn)漂移、精度等進(jìn)行常規(guī)檢驗(yàn)，但合并單元的采樣檢驗(yàn)是必不可少的檢驗(yàn)項(xiàng)目，也是檢驗(yàn)重點(diǎn)，其實(shí)質(zhì)與常規(guī)保護(hù)的檢驗(yàn)類似。與電子式互感器配合檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在數(shù)字化變電站安裝調(diào)試時(shí)予以特別注意，可與高壓專業(yè)配合試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)加入一次電流和一次電壓來(lái)檢驗(yàn)采樣回路的正確性，檢查電子式互感器的極性，檢查所有IED的采樣情況。將標(biāo)準(zhǔn)電流互感器和升流器串聯(lián)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換器和合并單元，傳輸?shù)诫娮邮交ジ衅餍ｒ?yàn)儀進(jìn)行比對(duì)，保護(hù)、測(cè)量用電流互感器的電流誤差及相位誤差、延時(shí)等應(yīng)滿足要求；將標(biāo)準(zhǔn)電壓互感器和升壓器并聯(lián)，經(jīng)過(guò)感應(yīng)分壓器和合并單元，傳輸?shù)交ジ衅餍ｒ?yàn)儀進(jìn)行比對(duì)，保護(hù)、測(cè)量用電壓互感器的電壓誤差及相位誤差、延時(shí)等需滿足要求。

2.2 設(shè)備間配合

各智能電子設(shè)備間的配合檢驗(yàn)包括間隔內(nèi)的配合檢驗(yàn)和跨間隔的配合檢驗(yàn)，并需要進(jìn)行GOOSE報(bào)文檢驗(yàn)和整組試驗(yàn)測(cè)試。GOOSE報(bào)文檢驗(yàn)包括文件檢查、傳輸機(jī)制檢查等，都應(yīng)在出廠驗(yàn)收階段重點(diǎn)檢驗(yàn)。在新安裝階段，則應(yīng)通過(guò)配置文件、軟件版本等的比對(duì)檢查驗(yàn)證，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入、開(kāi)關(guān)量輸出傳動(dòng)來(lái)檢查文件的正確性。以各智能電子設(shè)備為節(jié)點(diǎn)，按照?qǐng)D紙、GOOSE聯(lián)系表等，依次加入激勵(lì)量，觀測(cè)相關(guān)接收方的開(kāi)關(guān)量變化是否與實(shí)際相符。全變電站的整組試驗(yàn)必不可缺，試驗(yàn)應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)測(cè)試完成后進(jìn)行，主要包括單間隔試驗(yàn)傳動(dòng)、跨間隔試驗(yàn)傳動(dòng)。整組試驗(yàn)時(shí)應(yīng)從GOOSE網(wǎng)絡(luò)記錄儀、錄波器處查看設(shè)備的源地址和目的地址是否正確，GOOSE心跳報(bào)文和GOOSE變位報(bào)文是否正確傳輸、變位是否正常等，必要時(shí)使用抓包工具進(jìn)行詳細(xì)分析。

數(shù)字式保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間的測(cè)試不同于傳統(tǒng)測(cè)試方法，無(wú)需硬接點(diǎn)反饋，只需要訂閱相應(yīng)GOOSE報(bào)文，利用GOOSE報(bào)文反饋進(jìn)行整組測(cè)試。動(dòng)作時(shí)間測(cè)試時(shí)應(yīng)訂閱保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，如訂閱了開(kāi)關(guān)變位報(bào)文，需注意其中包括了斷路器輔助接點(diǎn)的動(dòng)作時(shí)間。有條件時(shí)，利用數(shù)字錄波器就可以對(duì)GOOSE報(bào)文進(jìn)行監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)也不需要額外接線，值得推廣應(yīng)用。

2.3 設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)配合

智能電子設(shè)備動(dòng)作、告警等信息網(wǎng)絡(luò)化傳輸后，還需注意驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)各種異常狀態(tài)下智能電子設(shè)備的性能，如網(wǎng)絡(luò)光纖中斷、單鏈中斷、端口中斷、斷電、交換機(jī)配置錯(cuò)誤、GOOSE配置錯(cuò)誤等。通過(guò)各種模擬手段，如拔出光纖、模擬錯(cuò)誤文件傳輸?shù)?，檢查確定裝置是否正確動(dòng)作、是否閉鎖保護(hù)、是否告警等。這些檢查測(cè)試應(yīng)在出廠驗(yàn)收和新安裝時(shí)有重點(diǎn)地進(jìn)行，以便確定各類典型故障的特征狀態(tài)量，為以后運(yùn)行維護(hù)階段形成異常處理規(guī)范、進(jìn)行故障診斷、采取安全措施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。唯有如此，才能使得在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障或異常后，通過(guò)綜合分析，辨明其原因、部位和性質(zhì)，并提出相應(yīng)處理措施，縮短異常處理時(shí)間，保證繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

3 配置文件檢驗(yàn)

數(shù)字化變電站使用網(wǎng)絡(luò)通信替代了傳統(tǒng)的二次電纜，而各裝置的配置文件定義了網(wǎng)絡(luò)通信的具體內(nèi)容，如全站SCD文件、各智能電子設(shè)備的CID和ICD文件、交換機(jī)配置文件等，配置文件的正確與否決定了各功能正常與否。配置文件檢驗(yàn)應(yīng)成為數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)檢驗(yàn)的重點(diǎn)內(nèi)容，需要在出廠驗(yàn)收、新安裝檢驗(yàn)和運(yùn)行維護(hù)各階段予以特別注意。出廠驗(yàn)收時(shí)重點(diǎn)檢驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?guī)范、配置工具、配置文件等，新安裝時(shí)進(jìn)行文件比對(duì)、文件備份，運(yùn)行維護(hù)中加強(qiáng)文件變更管理，各階段都應(yīng)對(duì)配置文件進(jìn)行備份和一致性檢查。

3.1 模型規(guī)范檢查

模型文件不規(guī)范會(huì)給互連互通增加很多障礙，必須檢驗(yàn)?zāi)Ｐ褪欠穹螴EC 61850規(guī)范，是否符合標(biāo)準(zhǔn)模型。工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的一些問(wèn)題包括：ICD文件中過(guò)多使用GGIO擴(kuò)展，如斷路器控制和隔離開(kāi)關(guān)控制應(yīng)采用邏輯節(jié)點(diǎn)CSWI建模，GOOSE跳閘邏輯節(jié)點(diǎn)應(yīng)該使用PTRC邏輯節(jié)點(diǎn)等；同一廠商各類型裝置ICD文件的數(shù)據(jù)模板不一致；私自擴(kuò)充標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確定義的內(nèi)容等。

3.2 GOOSE報(bào)文方式檢查

采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)GOOSE或網(wǎng)絡(luò)GOOSE報(bào)文方式時(shí)，其報(bào)文配置和報(bào)文傳輸機(jī)制也是出廠驗(yàn)收時(shí)的重點(diǎn)測(cè)試內(nèi)容，需要對(duì)每臺(tái)智能電子設(shè)備的GOOSE報(bào)文判據(jù)、檢修壓板功能、報(bào)文重發(fā)機(jī)制及通電后GOOSE報(bào)文的發(fā)送機(jī)制等進(jìn)行測(cè)試，對(duì)錯(cuò)誤配置GOOSE發(fā)送機(jī)制的后果進(jìn)行試驗(yàn)。如工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)的個(gè)別智能電子設(shè)備只對(duì)GOOSE報(bào)文的MAC地址進(jìn)行判斷，對(duì)其它參數(shù)不做判別，增加了誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，也不符合規(guī)范要求。GOOSE報(bào)文中應(yīng)包含GOOSE訂閱與發(fā)送的信息，GOOSE報(bào)文的出處、特征及版本號(hào)。GOOSE報(bào)文中有狀態(tài)改變時(shí)，StNumr加1，SqNum自動(dòng)清零；GOOSE數(shù)據(jù)集變位信息應(yīng)與SCD文件嚴(yán)格對(duì)應(yīng)。

3.3 配置工具檢查

配置工具分為各IED廠商的單裝置配置工具和系統(tǒng)集成商的系統(tǒng)配置工具。裝置配置工具負(fù)責(zé)生成和維護(hù)裝置ICD文件和CID文件，要檢查其能否導(dǎo)入全站SCD文件并提取需要的實(shí)例配置信息；能否正確自動(dòng)生成該裝置的CID文件；能否自動(dòng)生成配置文件的版本號(hào)和修訂版本號(hào)；能否對(duì)導(dǎo)出的ICD或CID文件進(jìn)行合法性檢查。系統(tǒng)配置工具負(fù)責(zé)生成和維護(hù)全站SCD配置文件，檢查其能否正確導(dǎo)入SSD文件，能否正確導(dǎo)入各廠商的ICD文件，導(dǎo)入后能否保留ICD文件的私有項(xiàng)；能否進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)例化配置，如一次系統(tǒng)和IED的關(guān)聯(lián)關(guān)系、全站IED的通信參數(shù)設(shè)置以及IED間的GOOSE聯(lián)結(jié)等信息配置；能否正確導(dǎo)出全站SCD配置文件，能否正確導(dǎo)出CID文件；能否對(duì)導(dǎo)出的SCD文件進(jìn)行合法性檢查；檢查系統(tǒng)配置工具能否自動(dòng)生成SCD文件的版本號(hào)和修訂版本號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化變電站的建設(shè)和發(fā)展要求檢測(cè)、調(diào)試手段隨之變化，因此需要研究新的試驗(yàn)方式、試驗(yàn)手段及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)等，也要求打破原有的專業(yè)工作界線，以適應(yīng)新技術(shù)的發(fā)展。值得注意的是，繼電保護(hù)系統(tǒng)新的檢驗(yàn)技術(shù)必須有可靠的安全措施、標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)等作為支撐，各階段的檢驗(yàn)內(nèi)容必須相互協(xié)調(diào)配合，緊密聯(lián)結(jié)。