IEC61850通訊規(guī)約在500kV芝堰變電站的應(yīng)用

華北電力大學(xué)能源動力與機械工程學(xué)院 錢平 鄭海明QIANPingZHENGHai-ming

浙江省電力公司生產(chǎn)技術(shù)部 錢平 QIANPing

IEC61850通訊規(guī)約在500kV芝堰變電站的應(yīng)用

華北電力大學(xué)能源動力與機械工程學(xué)院 錢平 鄭海明QIANPingZHENGHai-ming

浙江省電力公司生產(chǎn)技術(shù)部 錢平 QIANPing

隨著用戶對電能可靠性和質(zhì)量要求的不斷提升，智能電網(wǎng)、互動電網(wǎng)等技術(shù)逐步興起。數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，國際電工委員會發(fā)布的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為數(shù)字化變電站技術(shù)奠定了理論基礎(chǔ)。本文探討了IEC61850規(guī)約在智能化一次設(shè)備以及數(shù)字化通信技術(shù)的發(fā)展及在500KV芝堰變電站的具體應(yīng)用。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)；智能電網(wǎng)；數(shù)字化變電站；變電站自動化

1.言

IEC61850是國際電工委員會TC57工作組制定的《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》系列標(biāo)準(zhǔn)，是基于網(wǎng)絡(luò)通信平臺的變電站自動化系統(tǒng)[1]唯一的國際標(biāo)準(zhǔn)。IEC61850標(biāo)準(zhǔn)采用自頂向下的方式對變電站自動化系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)分層、功能定義和對象建模，規(guī)范了數(shù)據(jù)的命名、數(shù)據(jù)定義、設(shè)備行為、設(shè)備的自描述特征和通用配置語言，包括面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)、通信網(wǎng)絡(luò)性能要求、接口和映射、系統(tǒng)和項目管理、一致性測試等方面內(nèi)容，使不同智能電氣設(shè)備間的信息共享和互操作成為可能。

500kV芝堰變電站是國家電網(wǎng)公司首座500kV智能型數(shù)字化變電站[2]，位于浙江省金華蘭溪市黃店鎮(zhèn)，變電站保護(hù)及自動化設(shè)備均采用IEC61850通信規(guī)約，并首次在500kV變電站間隔層、過程層中深入應(yīng)用GOOSE技術(shù)，首次將斷路器智能終端下放至開關(guān)場，監(jiān)控后臺采用程序化操作。

2.EC61850標(biāo)準(zhǔn)簡介

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的核心概念之一是必須要在變電站內(nèi)建立遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型。建模的實現(xiàn)包括3個過程：（1）虛擬化。（2）抽象化，體現(xiàn)在兩個方面：一是僅對可見的且可通過網(wǎng)絡(luò)訪問到的真實設(shè)備(例如斷路器)或真實功能的特性建模；二是僅定義了概念性的協(xié)調(diào)工作，不定義具體的交換信息。（3）分解。為支持功能的自由配置，將功能適當(dāng)分解成相互通信的邏輯結(jié)點。由于IEC61850對大多數(shù)公共實際設(shè)備和設(shè)備組件進(jìn)行建模，這些模型定義了公共數(shù)據(jù)格式、標(biāo)識符、行為和控制。充分利用IEC61850的自我描述、可重復(fù)使用的建模用標(biāo)準(zhǔn)名和類型信息這一特性，降低整個系統(tǒng)設(shè)計、工程、運行、維護(hù)等費用，節(jié)約時間。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)按照變電站自動化系統(tǒng)所要完成的控制、監(jiān)視和保護(hù)三大功能提出了變電站內(nèi)功能分層的概念：無論從邏輯關(guān)系上還是從物理結(jié)構(gòu)上都將變電站的功能分為3層，即變電站層、間隔層和過程層[3]。變電站層包括監(jiān)控主機、操作員工作站、維護(hù)工程師站等，其主要功能是為變電站提供運行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內(nèi)所有相關(guān)信息；所有變電站層設(shè)備均采用100M工業(yè)以太網(wǎng)，并按照IEC61850通信規(guī)范進(jìn)行系統(tǒng)建模并進(jìn)行信息傳輸。間隔層的功能是利用本間隔的數(shù)據(jù)對一次設(shè)備產(chǎn)生作用，如線路保護(hù)設(shè)備或間隔控制設(shè)備，間隔層主要包括保護(hù)裝置測控裝置以及其他智能設(shè)備。過程層是IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中提出的新概念，其包括智能I/O單元、電子式互感器、智能一次設(shè)備、智能傳感器等，主要功能是實現(xiàn)各種電氣量的就地采集以及實現(xiàn)對智能一次設(shè)備的直接控制。

變電站層與間隔層之間采用以太網(wǎng)通信方式，并采用IEC61850規(guī)范；過程層與間隔層設(shè)備之間的通信，對于智能I/O單元采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，對于電子式互感器，可以采用 IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)，也可以采用IEC60044系列電子式互感器規(guī)范進(jìn)行。變電站內(nèi)還包括其他輔助設(shè)備，包括通信裝置，其功能是將站內(nèi)不支持IEC61850的智能設(shè)備(如UPS、直流屏等)轉(zhuǎn)換成符合IEC61850規(guī)范；此外，設(shè)置一套GPS對時設(shè)備，實現(xiàn)變電站內(nèi)統(tǒng)一對時。 IEC61850的分層模式與現(xiàn)有大多數(shù)變電站自動化系統(tǒng)不同，現(xiàn)有系統(tǒng)中的過程層功能都是在間隔層設(shè)備實現(xiàn)的，隨著電子式互感器的應(yīng)用，現(xiàn)代電力技術(shù)的發(fā)展趨勢是將越來越多的間隔層功能下放到過程層，可見 IEC61850是面向未來的開放式標(biāo)準(zhǔn)。

3.用IEC61850規(guī)約后對變電站的影響

采用的IEC61850規(guī)約的數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站的存在許多不同特征，這些特征對數(shù)字化變電站運行、檢修和擴建等方面產(chǎn)生了重要的影響。

3.1.行方面的影響

運行部門需制定鏈路斷鏈時的判斷方法及處理原則，制定軟壓板命名規(guī)范并在現(xiàn)場粘貼命名對應(yīng)表。需增加交換機的運行巡視以及異常的判斷和處理，通過紅外測溫等手段加強溫濕度監(jiān)視。后臺需具備鏈路斷鏈監(jiān)視、斷鏈告警信息顯示、溫濕度監(jiān)視和檢修態(tài)信號及未復(fù)歸信號分欄列出等功能。需具備置數(shù)和取代功能并能以不同的顏色加以區(qū)分。

3.2.修方面的影響

原來的二次回路試驗變成了GOOSE鏈路及通信報文的測試[4]。安措方面，原來的二次回路物理隔離變成了網(wǎng)絡(luò)隔離和通信報文的屏蔽。擴建方面，增加二次回路的接線變成了對SCD系統(tǒng)文件的配置。智能終端戶外就地布置后，由于戶外環(huán)境惡劣，可能會導(dǎo)致故障率提高，增加檢修工作量，需制定相應(yīng)的事故預(yù)案。采用軟壓板后，設(shè)備間無明確的斷開點，增加了檢修的安全風(fēng)險。需增加網(wǎng)絡(luò)測試、光纖測試、二次裝置對檢修態(tài)一致或不一致情況下的信息處理和控制的正確性測試等工作。施工時需增加光纖施工。

3.3.收方面的影響

驗收過程中需對GOOSE斷鏈、交換機及光纖網(wǎng)絡(luò)、軟壓板功能的正確性、軟壓板信號上送的正確性，遙控操作的正確性、二次裝置對檢修態(tài)一致或不一致情況下的信息處理和控制的正確性、同期邏輯的正確性等方面進(jìn)行測試。需進(jìn)行互換試驗。

3.4.理方面的影響

需制定溫濕度定制、巡視要求，需考慮備品備件。需制定軟壓板的操作規(guī)范、檢修壓板的管理規(guī)范。需制定交換機參數(shù)管理和缺陷處理細(xì)則。需制定取代功能的管理規(guī)范。

3.5.板信息化的影響

壓板信息化產(chǎn)生的影響則表現(xiàn)在：運行部門需制定軟壓板命名規(guī)范，現(xiàn)場需粘貼命名對應(yīng)表，后臺需增加遙控操作界面；在檢修方面，采用信息化壓板后，設(shè)備間無明確的斷開點，增加了檢修的安全風(fēng)險；在驗收方面：軟壓板功能的正確性、軟壓板信號上送的正確性，遙控操作正確性。

采用信息化的壓板后，便于程序化操作的實現(xiàn)，在數(shù)字化變電站中采用程序化操作的模式也值得研究。采用IEC61850技術(shù)后，互操作得以實現(xiàn)，信息得到充分共享，裝置的一些新功能便于實施，比如測控裝置可以實現(xiàn)同期電壓自動選擇功能。

此外，智能終端的統(tǒng)一建模和戶外就地布置、檢修態(tài)的深層應(yīng)用、光纖的大量應(yīng)用、保護(hù)及測控取代功能的實現(xiàn)和等也都對數(shù)字化變電站的運行、檢修和擴建等方面產(chǎn)生了不同程度的影響。

4.于IEC61850規(guī)約數(shù)字化變電站的技術(shù)特點

基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)的變電站具有較大差異，分析并準(zhǔn)確把握數(shù)字化變電站的技術(shù)特點是對數(shù)字化變電站運行、檢修、驗收和管理等方面進(jìn)行研究的基礎(chǔ)。

與傳統(tǒng)變電站相比，基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站的技術(shù)特點及其對運行、檢修、驗收和管理等方面的影響主要表現(xiàn)在：

GOOSE機制的深層應(yīng)用全站所有保護(hù)裝置、測控裝置及智能終端之間的信息交互全部采用GOOSE技術(shù)，包括保護(hù)跳閘、測控遙控和間隔層的聯(lián)閉鎖等。

智能終端統(tǒng)一建模，戶外就地布置因一次設(shè)備采用常規(guī)設(shè)備，智能終端就地安裝后，智能終端到一次設(shè)備雖然為電纜連接，但和間隔層聯(lián)系為光纖，這就節(jié)省了大量的電纜。智能終端按間隔雙重化配置，第一套智能終端實現(xiàn)第一套保護(hù)跳閘、測控裝置的遙控及現(xiàn)場信號的上送，第二套智能終端實現(xiàn)第二套保護(hù)跳閘。

軟壓板的全面應(yīng)用

全站二次設(shè)備除保留了裝置的一塊檢修硬壓板及智能終端的出口壓板外，其余全部采用軟壓板（包括保護(hù)功能投退軟壓板、保護(hù)出口軟壓板、啟失靈軟壓板等），除遠(yuǎn)方修改定值、遠(yuǎn)方修改GOOSE軟壓板外，其余軟壓板都可在后臺進(jìn)行遙控操作。

檢修態(tài)的深層應(yīng)用當(dāng)裝置檢修壓板投入時，裝置發(fā)送的MMS報文或GOOSE報文中的Test位應(yīng)置位；對于信號轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)送裝置或接收裝置中任一個帶檢修位，則發(fā)出的信號帶檢修態(tài)；保護(hù)跳閘時，只有在終端和保護(hù)裝置檢修態(tài)一致時，才能出口。遙控時，若通過測控裝置面板遙控，終端和測控裝置檢修態(tài)一致時，才能遙控成功；若通過后臺遙控，后臺通過對相應(yīng)間隔的掛牌操作，使對該間隔下發(fā)的報文也打上檢修標(biāo)志，后臺、測控、終端，三者檢修態(tài)一致時，才能遙控成功。

光纖網(wǎng)絡(luò)的大量應(yīng)用

全站MMS網(wǎng)絡(luò)、GOOSE網(wǎng)絡(luò)全部采用光纖網(wǎng)絡(luò)，光纖網(wǎng)絡(luò)取代了傳統(tǒng)的二次電纜，一根光纖可以傳輸多個信號，從而節(jié)省了大量的電纜。保護(hù)裝置之間以及小室之間的聯(lián)系全部采用光纖通過ODF熔接方式實現(xiàn)，所有光纖的備用芯也進(jìn)行了熔接，一方面起到了備用的作用，另一方面避免了備用尾纖的雜亂布置。

保護(hù)、測控實現(xiàn)取代功能全站所有保護(hù)裝置、測控裝置真正實現(xiàn)取代功能，能夠在后臺對裝置的遙測和遙信進(jìn)行取代。取代后，裝置送到MMS網(wǎng)上的信號為取代后的值。

測控裝置的自動同期功能

測控裝置輸入兩條母線A相電壓和線路三相電壓，由測控裝置根據(jù)母聯(lián)開關(guān)位置自動選擇母線同期電壓。

5.論

500kV芝堰變?yōu)檎憬‰娏疽约皣W(wǎng)公司IEC61850技術(shù)推廣及工程應(yīng)用的示范工程，為目前國內(nèi)IEC61850規(guī)約應(yīng)用最深的數(shù)字化變電所。對于數(shù)字化變電站運行、檢修，相關(guān)運行、檢修人員經(jīng)驗比較缺乏，相關(guān)知識儲備不足，因此研究數(shù)字化變電站的運行、檢修、擴建的相關(guān)技術(shù)對維持變電站的長期穩(wěn)定運行具有重要意義，對今后的數(shù)字化變電站的建設(shè)、運行、維護(hù)、擴建、管理等方面也具有借鑒和推廣價值。通過本項目的研究，我們掌握了500kV數(shù)字化變電站的運行、檢修維護(hù)、驗收試驗等技術(shù)，并形成了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。提高了對500kV數(shù)字化變電站的運行、維護(hù)、驗收的水平。為500kV蘭溪變今后的穩(wěn)定、可靠運行提供有力保障。

[1]周新彭．變電站綜合自動化技術(shù)應(yīng)用分析[J]．水泥工程，2 0 0 9年第1期：5 6-5 7．

[2]許林生．淺談數(shù)字化變電站自動化技術(shù)[J]．廣東科技，2 0 0 8年第3期：6 3-6 4．

[3]茹鋒，夏成軍，許揚．I E C 6 1 8 5 0標(biāo)準(zhǔn)在變電站自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用探討[J]．江蘇電機工程，2 0 0 4，2 3（3）：8-1 2．

[4]石 磊．?dāng)?shù)字化變電站保護(hù)調(diào)試［J］．電工技術(shù)，2 0 0 9第4期：4 4-4 5．

Application of IEC6185 Communication Protocol in 500KV ZhiYan Substation

As a result of global resources and increasing environmental pressures,the electricity market in the deepening of the process,the user of the power requirements of reliability and quality than ever,the concept of smart grid and interactive grid step by step into the public view.With the rapid development of the power industry， electronics and communications technology,the substation automation technology has improved continuously.The Digital Substation as the physical basis of the smart grid,have sprung up his head.IEC61850 standard that issued by the International Electro technical Commission have laid a theoretical basis for substation digital technology.Intelligent equipment and a digital communications technology development and practical use to enable the construction of the standard IEC61850-based substation digital possible.

I EC6185 standard;sm artg r id;d igital substation;Ss u bstationa utomation

錢平（1 9 8 0.8-），男，浙江金華，工程師，本科，主要從事智能電網(wǎng)技術(shù)的運行與管理等工作。