智能電網(wǎng)下的測(cè)試方案研究

倪維東，葛來(lái)龍，高振東

（1.南京河海南自水電自動(dòng)化有限公司，江蘇 南 京 2 10061；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南 京 2 10061）

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐，其設(shè)備具有信息數(shù)字化、功能集成化、結(jié)構(gòu)緊湊化、狀態(tài)可視化等主要技術(shù)特征，該電站系統(tǒng)應(yīng)建立站內(nèi)全景數(shù)據(jù)的統(tǒng)一信息平臺(tái)，供各子系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化存取訪問(wèn)，以及和智能電網(wǎng)調(diào)度等其他系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化交互。

當(dāng)前，智能變電站已由試點(diǎn)階段，逐步走向了大面積的推廣應(yīng)用階段。隨著國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)以及智能變電站建設(shè)規(guī)劃的提出，智能變電站的建設(shè)的步伐將大大加快，這也給智能變電站的測(cè)試，帶來(lái)了新的要求和發(fā)展機(jī)遇。智能變電站的測(cè)試，涉及到方面非常多，諸如電度表校驗(yàn)、互感器校驗(yàn)、合并器檢測(cè)、保護(hù)測(cè)控裝置檢測(cè)、智能一次設(shè)備或智能組件檢測(cè)、時(shí)間同步網(wǎng)絡(luò)的檢測(cè)、以及投產(chǎn)時(shí)相位核查、監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試等，這些測(cè)試與智能電網(wǎng)的安全息息相關(guān)，因此，應(yīng)引起足夠的重視。

1 計(jì)量系統(tǒng)測(cè)試方案

智能變電站由于采用了電子式互感器、純光學(xué)互感器或者傳統(tǒng)電磁式互感器加上合并器，數(shù)據(jù)傳輸已發(fā)生了根本性的變化，原來(lái)傳輸?shù)氖悄M的電壓和電流信號(hào)，而現(xiàn)在傳輸?shù)氖欠螴EC61850-9-1/2協(xié)議規(guī)范的數(shù)字信號(hào)，從而使得傳統(tǒng)的電度表已無(wú)法使用，在現(xiàn)階段，智能變電站已經(jīng)開(kāi)始使用符合IEC 61850協(xié)議的電度表，從而滿足了智能變電站對(duì)于計(jì)量系統(tǒng)的需求。

數(shù)字式電度表的基本原理是：將傳統(tǒng)電度表的模擬采樣回路取消，而采用光纖以太網(wǎng)接口接收合并器或智能單元所傳送的數(shù)字化電流、電壓信號(hào)，再經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)算和處理，生成所需要的數(shù)據(jù)。數(shù)字輸入接口嚴(yán)格遵循了當(dāng)前國(guó)際流行的IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字輸入接口在物理和鏈路層上采用了高速光纖以太網(wǎng)。

圖1為數(shù)字化計(jì)量系統(tǒng)與傳統(tǒng)計(jì)量系統(tǒng)的對(duì)照?qǐng)D。

圖1 數(shù)字化計(jì)量系統(tǒng)與傳統(tǒng)計(jì)量系統(tǒng)對(duì)照?qǐng)D

由圖1可知，數(shù)字化電度表從理論上來(lái)說(shuō)，減少了傳輸誤差以及二次采集誤差，具有精度等級(jí)高、抗電磁干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，所以其應(yīng)用前景廣闊。

智能變電站所采用的數(shù)字化電度表，是接收以IEC 61850-9-1/2協(xié)議傳輸電流、電壓數(shù)字量為基礎(chǔ)的計(jì)量體系，是一種基于離散數(shù)學(xué)算法的計(jì)量手段，對(duì)其的校驗(yàn)已不能采用傳統(tǒng)的電度表校驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)，而必須采用具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)源輸出的校驗(yàn)儀來(lái)完成，具體原理如圖2所示。

圖2 數(shù)字化電度表原理圖

從圖2可以看出，數(shù)字化電度表校驗(yàn)系統(tǒng)可以通過(guò)上位機(jī)配置軟件，對(duì)智能電度表校驗(yàn)儀輸出的電壓、電流幅值和相位的配置，配置完成后，經(jīng)智能電度表校驗(yàn)儀的光纖以太網(wǎng)口給電表提供數(shù)據(jù)源，電表得到數(shù)據(jù)后，按電量多少輸出相應(yīng)數(shù)量的脈沖給智能電度表校驗(yàn)儀，校驗(yàn)儀再根據(jù)脈沖數(shù)量得出電表誤差；也可以利用外部輸入的模擬量來(lái)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字量，來(lái)進(jìn)行數(shù)字電度表的精度測(cè)試。

2 智能DI/DO裝置測(cè)試方案

在智能變電站中，智能DI/DO裝置擔(dān)負(fù)著全站所有開(kāi)關(guān)、刀閘、變壓器等設(shè)備的位置采集和控制，以及保護(hù)裝置的出口跳閘，其重要性可想而知。因此，對(duì)其的測(cè)試和驗(yàn)證，也就顯得非常重要。測(cè)試方案如圖3所示：

圖3 智能DI/DO裝置測(cè)試方案

從圖3可以看出，對(duì)于智能DI/DO裝置的DI回路，先采用改變DI回路的輸入電平，然后讀取GOOSE報(bào)文，通過(guò)報(bào)文的指示確認(rèn)每一個(gè)DI回路的正確性；對(duì)于DO回路，先通過(guò)模擬GOOSE報(bào)文傳輸給CPU系統(tǒng)，然后檢測(cè)相應(yīng)繼電器所輸出的無(wú)源節(jié)點(diǎn)是否正確動(dòng)作，從而完成了對(duì)智能DI/DO裝置的測(cè)試。

4 數(shù)字化保護(hù)及測(cè)控裝置測(cè)試方案

智能變電站中保護(hù)和測(cè)控裝置隨著技術(shù)的發(fā)展，其采樣回路、DI/DO回路也發(fā)生了根本性變化，以往交流采集回路和電氣量DI/DO回路，已被數(shù)字通訊接口所取代，這也使得其測(cè)試方案也發(fā)生了變化，可以采用具有數(shù)字接口的繼電保護(hù)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，具體測(cè)試方案如圖4所示。

圖4 保護(hù)和測(cè)控裝置方案圖

從圖4可以看出，對(duì)于電氣量測(cè)試，采用數(shù)字式接口測(cè)試儀模擬發(fā)送符合IEC61850-9-1/2或FT3的數(shù)字信號(hào)給保護(hù)或測(cè)控裝置，通過(guò)查看裝置MMI里的交流采樣和功能試驗(yàn)即可驗(yàn)證；對(duì)于DI，通過(guò)測(cè)試儀模擬發(fā)送GOOSE報(bào)文，然后通過(guò)查看裝置MMI里的開(kāi)關(guān)量變位，即可驗(yàn)證；對(duì)于DO可以裝置MMI里的開(kāi)出傳動(dòng)，然后分析GOOSE報(bào)文即可驗(yàn)證。

此外，也可以通過(guò)裝置的通訊接口連到監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分析和驗(yàn)證。

5 互感器校驗(yàn)方案

隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)電磁式電流、電壓互感器也將逐漸被電子式互感器、純光學(xué)互感器所替代，這就要求研制出一種新型的互感器校驗(yàn)儀，一方面需要兼容傳統(tǒng)電磁式電流、電壓互感器的校驗(yàn)，同時(shí)也要滿足電子式互感器、純光學(xué)互感器的精度校驗(yàn)。具體校驗(yàn)方案如圖5、圖6所示：

圖5 模擬量輸出互感器校驗(yàn)系統(tǒng)

圖6 數(shù)字量輸出互感器校驗(yàn)系統(tǒng)

從圖5、圖6可以看出，模擬量采集方面采用了高精度AD采樣插件，數(shù)字量采集方面使用網(wǎng)卡接收遵循IEC61850-9-1或IEC61850-9-2合并器的數(shù)據(jù)報(bào)文，通過(guò)專(zhuān)用程序解析處理以太網(wǎng)報(bào)文，然后通過(guò)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)兩個(gè)同步采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理和比較，從而得出試品的精度誤差，并且通過(guò)友好的人機(jī)界面進(jìn)行顯示測(cè)試結(jié)果。

6 相位核查方案

智能變電站中電子式互感器和純光學(xué)互感器已經(jīng)大量開(kāi)始應(yīng)用，為了確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，智能變電站在投產(chǎn)前，也就必須像傳統(tǒng)變電站一樣進(jìn)行相位核查，但由于互感器的輸出方式發(fā)生了根本性變化，導(dǎo)致智能變電站的相位核查，大大有別于傳統(tǒng)變電站，現(xiàn)將智能變電站的相位核查方案用框圖表示如圖7。

如圖7所示，智能變電站中相位核查系統(tǒng)的基本原理，是首先選擇好基準(zhǔn)向量（可以是模擬量也可以是數(shù)字量），然后通過(guò)同步信號(hào)脈沖，使基準(zhǔn)信號(hào)和待核信號(hào)同步采樣，再經(jīng)過(guò)CPU系統(tǒng)將基準(zhǔn)信號(hào)和待核信號(hào)進(jìn)行相位比較，從而得出矢量圖，完成相位核查。

圖7 相位核查系統(tǒng)圖

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和智能電網(wǎng)建設(shè)不斷推進(jìn)，加上國(guó)內(nèi)外諸多從事智能變電站設(shè)備生產(chǎn)和研發(fā)的企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)不斷探索和研究，必將推動(dòng)著智能電網(wǎng)下的測(cè)試和驗(yàn)證系統(tǒng)不斷發(fā)展和完善。我們相信，通過(guò)大家的共同的努力和付出，智能變電站的測(cè)試系統(tǒng)將會(huì)變得更加安全、可靠、便捷。

[1]凌子恕.高壓互感器技術(shù)手冊(cè)[K].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2]Q/GDW 441-2010，智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[3]國(guó)家電網(wǎng)公司.智能電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備（系統(tǒng)）研制規(guī)劃(2010)[S].