數(shù)字化變電站錄波接入方式及解決方案的研究

李 燕 ，侍昌江 ，李 健

（1.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210003；2.嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

電力系統(tǒng)故障錄波器已成為電力系統(tǒng)記錄動態(tài)過程中必不可少的精密設(shè)備，其主要任務(wù)是記錄系統(tǒng)大擾動，如短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等發(fā)生大擾動后引起的系統(tǒng)電壓和電流及其導(dǎo)出量[1]。在智能電網(wǎng)建設(shè)的大背景下，數(shù)字化變電站快速發(fā)展是必然趨勢，國內(nèi)數(shù)字化變電站采樣值規(guī)約多采用IEC 61850-9-1，現(xiàn)在IEC 61850-9-2也在新建的數(shù)字化站中逐步應(yīng)用，在早期的數(shù)字化變電站建設(shè)中也有采樣值基于FT3的；大多數(shù)開關(guān)量的接入都采用面向通用對象的變電站事件（GOOSE）方式，對于一些改造的數(shù)字化站也有開關(guān)量采用硬接點的接入方式[2，3]。針對模擬量和開關(guān)量的不同的接入方式，錄波裝置也有對應(yīng)的不同的接入方式。

1 模擬量接入方式

1.1 采樣值基于FT3的點對點接入方式

一般錄波裝置接入的模擬量最大數(shù)目為96路，以1路FT3提供12路模擬量為例子，需要錄波裝置提供8路模擬量的接入口。為此，可以采用前置板（DCU）的方式解決，DCU提供12路光口，最大支持12×12=144路模擬量的接入，DCU負責(zé)將各個合并單元(MU)提供的FT3進行解析，并且可以通過配置將錄波所需要的模擬量通道的數(shù)據(jù)提取出來，減少錄波記錄單元的數(shù)據(jù)處理量，具體接入方式如圖1所示。

圖1 基于點對點的FT3接入方式

其中DCU和錄波數(shù)據(jù)處理單元（RCU）都以插件的形式放置在裝置的機箱內(nèi)。模擬量采用FT3傳輸規(guī)約，不同廠家的自定義FT3規(guī)約差異比較大，對錄波裝置的接入也提出了挑戰(zhàn)。同時，如果FT3的采樣發(fā)送頻率過高，可以在DCU解析FT3的過程中將其打包處理，降低其發(fā)送到RCU的發(fā)送頻率，提高RCU工作穩(wěn)定性。

1.2 采樣值基于IEC 61850-9-1的點對點接入方式

采樣值基于IEC 61850-9-1的傳輸方式在數(shù)字化變電站中有著廣泛的應(yīng)用，錄波裝置一般情況下需要從不同的合并單元（MU）接入采樣值信息，不同的MU之間的采樣值，必須通過數(shù)據(jù)集中器（CU）進行轉(zhuǎn)發(fā)，才能接入到錄波裝置的采樣值接收模塊，其接入方式如圖2所示。

圖2 IEC 61850-9-1的點對點接入方式

1.3 采樣值基于IEC 61850-9-2的組網(wǎng)接入方式

從保護線圈接入的模擬量通過采集器轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，再送入MU，MU以IEC 61850-9-2報文格式輸出采樣值，不同MU的采樣值組成采樣值（SMV）網(wǎng)絡(luò)，錄波裝置通過交換機的鏡像口將整個SMV網(wǎng)絡(luò)的模擬量接入到故障錄波裝置的模擬量處理模塊，其流程如圖3所示。

圖3 基于IEC 61850-9-2的組網(wǎng)接入方式

2 開關(guān)量接入方式

對于模擬量采集采用光纖傳輸方式，開關(guān)量采集采用硬接點方式的混合站來說，開關(guān)量的接入和常規(guī)站的接入方式相同，通過開關(guān)量采集板（DI板）采集開關(guān)量，然后送入RCU的現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）進行處理，這樣的混合站在實際工程應(yīng)用中還是不多的，只是由于當(dāng)時對GOOSE機制和應(yīng)用還處于不是很成熟的階段。開關(guān)量采用GOOSE機制的數(shù)字化站，通過GOOSE接收板，將GOOSE報文接收、解析，同時將解析好的開關(guān)量數(shù)據(jù)通過內(nèi)部協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給RCU，然后再在RCU內(nèi)進行相應(yīng)的開關(guān)量啟動和變位的判斷。GOOSE接收板采用提供2個光口，可以分別接入雙網(wǎng)的GOOSE量，對于GOOSE采用雙網(wǎng)冗余配置的數(shù)字化站亦可以提高良好的解決方案。開關(guān)量接入方式如圖4所示。圖中虛線為混合站開關(guān)量接入方式，實線是GOOSE接入方式，其中高頻信號是因為部分混合站保留了高頻保護，需要將高頻信號接入錄波裝置。

圖4 數(shù)字化站開關(guān)量的接入方式

3 建立堅強智能電網(wǎng)對錄波裝置的新要求

數(shù)字化變電站是智能電網(wǎng)的物理基礎(chǔ)，是智能電網(wǎng)建設(shè)中變電站的必然趨勢。數(shù)字化變電站通過信息采集、傳輸、處理、輸出過程的完全數(shù)字化，實現(xiàn)設(shè)備智能化、通信網(wǎng)絡(luò)化、運行管理自動化等要求[4]。智能變電站對繼電保護及相關(guān)設(shè)備配置提出了新的要求。

（1）對于220kV及以上變電站，宜按電壓等級和網(wǎng)絡(luò)配置故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置，當(dāng)SMV或GOOSE接入量較多時，單個網(wǎng)絡(luò)可配置多臺裝置。單臺故障錄波裝置或網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置不應(yīng)跨接雙重化的2個網(wǎng)絡(luò)。

（2）主變宜單獨配置主變故障錄波裝置。

（3）故障錄波裝置和網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置應(yīng)能記錄所有MU、過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)的信息。錄波器、網(wǎng)絡(luò)記錄分析裝置對應(yīng)SMV網(wǎng)絡(luò)、GOOSE網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)自動化系統(tǒng)制造報文規(guī)范 （MMS）網(wǎng)絡(luò)的接口，應(yīng)采用相互獨立的數(shù)據(jù)接口控制器。

（4）采樣值傳輸可采用網(wǎng)絡(luò)方式或點對點方式，開關(guān)量采用過程層GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸，SMV采樣網(wǎng)的規(guī)約采用IEC 61850-9-2。

（5）故障錄波裝置采用網(wǎng)絡(luò)方式接收SMV報文和GOOSE報文時，故障錄波功能和網(wǎng)絡(luò)記錄分析功能可采用一體化設(shè)計。針對以上要求，以主變間隔為例，說明錄波裝置的接入方式，如圖5所示。

圖5 主變間隔的錄波原理圖

（6）錄波與信息子站及后臺通信。在常規(guī)變電站中，錄波與信息子站通信主要自定義103規(guī)約，上送錄波的事件報告、定值和錄波文件；與后臺主要通過硬接點，將錄波裝置告警、錄波啟動與電源異常等接點上送到監(jiān)控后臺。數(shù)字化變電站中，錄波與信息子站通信采用MMS，通過MMS實現(xiàn)事件報告、定值和錄波文件的上送，在與后臺通信中采用GOOSE將監(jiān)控后臺需要接收的開關(guān)量上送。

4 數(shù)字化站錄波解決方案

針對上面不同的變電站采樣值和GOOSE傳輸?shù)牟町悾纱艘伯a(chǎn)生了對于不同運行方式的變電站錄波的不同解決方案。

（1）采樣值采用點對點傳輸方式的數(shù)字化站錄波解決方案。該方案主要用于GOOSE組網(wǎng)，采樣值采用點對點的傳輸方案的數(shù)字化站錄波解決方案。模擬量從合并單元以FT3的方式輸出，送到錄波裝置的CU板進行處理，然后以IEC 61850-9-1的格式輸入送入RCU。GOOSE報文直接接入GOOSE接收板，經(jīng)處理后送入RCU，其原理如圖6所示。

圖6 采樣值點對點GOOSE組網(wǎng)的原理圖

（2）SMV和GOOSE分別組網(wǎng)的數(shù)字化站錄波解決方案。SMV和GOOSE分別組網(wǎng)的原理如圖7所示。合并單元和智能終端分別接入SMV網(wǎng)和GOOSE網(wǎng)絡(luò)，對于這樣的組網(wǎng)方式，可采用GOOSE板接收GOOSE信息，DCU板接收模擬量信息。

圖7 SMV和GOOSE分別組網(wǎng)原理圖

（3）SMV和GOOSE共網(wǎng)的數(shù)字化站錄波解決方案。SMV和GOOSE共網(wǎng)的原理如圖8所示。

圖8 SMV和GOOSE共網(wǎng)原理圖

MU、智能終端和保護裝置全部接入同一個網(wǎng)絡(luò)，DCU用于接收GOOSE和SMV報文，將其解析處理送給RCU。

5 結(jié)束語

本文探討了數(shù)字化變電站錄波裝置的不同接入方式的原理，并且由此提出了數(shù)字化變電站錄波解決方案，對數(shù)字化變電站錄波裝置的使用有一定的借鑒之處。

[1]胡林獻，杜萬森，李劍新.基于DSP+MCU技術(shù)的新型故障錄波器[J].繼電器，2005，33(9)：57-60.

[2]Communication Networks and Systemsin Substations Part8-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)Mappings to MMS[S].2002.

[3]Communication Networks and Systems in Substations Part9-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)Sampled Values Over Serial Unidirectional Multidrop Point to Point Link[S].2002.

[4]楊永標(biāo)，丁孝華，黃國方，等.基于IEC 61850的數(shù)字化故障錄波器的研制[J].電力系統(tǒng)自動化，2008，32(13)：62-65.