基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站調(diào)試技術(shù)

（浙江省電力試驗研究院，杭州310014）

基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站調(diào)試技術(shù)

舒鵬，王松

（浙江省電力試驗研究院，杭州310014）

闡述了IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容，介紹常見數(shù)字化變電站的實現(xiàn)形式和特點(diǎn)，重點(diǎn)討論了基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站的新型調(diào)試技術(shù)，引入了分層調(diào)試概念，并對調(diào)試中常見的問題做了解答和歸納。

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)字化變電站；組屏方式；分層調(diào)試

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，變電站數(shù)量大大增加，生產(chǎn)變電站二次保護(hù)和自動化系統(tǒng)的廠家數(shù)量也迅速增長。

IEC6 1850標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，統(tǒng)一了電力系統(tǒng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，為互操作性和數(shù)字化變電站的實現(xiàn)打下了基礎(chǔ)。

由于數(shù)字化變電站在應(yīng)用IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的形式和程度方面不盡相同，數(shù)字化變電站的調(diào)試與傳統(tǒng)變電站的調(diào)試方式也有較大差別，本文針對數(shù)字化變電站的特點(diǎn)，引入分層調(diào)試概念，并討論了相關(guān)的新型調(diào)試技術(shù)。

1 數(shù)字化變電站的實現(xiàn)形式

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)將變電站劃分為3個層次：變電站層（后臺，子站等）、間隔層（保護(hù)，測控等）和過程層（智能終端，電子式互感器等）。

圖1為根據(jù)國家電網(wǎng)公司Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》新建220kV數(shù)字化變電站的典型技術(shù)實施方案。該方案采用了電子式互感器，值采直跳，實現(xiàn)了全站的數(shù)字化。全站劃分為SV（采樣值），GOOSE（通用面向變電站對象事件)，MMS（制造報文規(guī)范）3個網(wǎng)絡(luò)[1]。

圖1 典型220kV變電站數(shù)字化實施方案

目前，變電站的數(shù)字化程度可以劃分為3類：站控層采用IEC 61850協(xié)議、MMS替代原來的103或104規(guī)約，開關(guān)量跳閘二次回路采用GOOSE傳輸，模擬量二次回路采用SV傳輸[2]。

2 數(shù)字化變電站調(diào)試技術(shù)

在進(jìn)行具體調(diào)試工作之前，首先需要對變電站進(jìn)行系統(tǒng)配置。設(shè)備廠家提供描述IED（智能電子設(shè)備）的ICD（智能電子設(shè)備配置描述文件），系統(tǒng)調(diào)試方使用系統(tǒng)配置工具根據(jù)設(shè)計院的圖紙配置IED名稱、IP地址、虛端子等，得出全站適用的SCD（變電站配置描述文件），再導(dǎo)出成IED適用的CID（具體配置后的IED描述文件），由廠家下裝到IED中。但CID在經(jīng)過配置后往往會存在很多問題，需在調(diào)試中不斷完善改進(jìn)。

由于變電站數(shù)字化程度不盡相同，故引入分層調(diào)試概念，盡量滿足不同類型數(shù)字化變電站的調(diào)試需求：

（1）間隔層及間隔層與過程層之間的調(diào)試，即傳統(tǒng)意義上的繼電保護(hù)、測控裝置的調(diào)試。

（2）站控層調(diào)試，即后臺自動化功能的調(diào)試。

2.1 間隔層及間隔層與過程層之間的調(diào)試

2.1.1 組屏方式

目前，保護(hù)和測控裝置、合并單元及智能終端的組屏方式主要有以下2種：

（1）室內(nèi)集中放置，合并單元和智能終端組屏，保護(hù)裝置與測控裝置分開組屏（如圖2所示）。

圖2 室內(nèi)集中組屏模式

（2）就地擺放在一次設(shè)備旁，采用測控保護(hù)一體裝置，與合并單元、智能終端統(tǒng)一組屏（如圖3所示）。

2種組屏方式各有利弊：室內(nèi)集中組屏給設(shè)備運(yùn)行和調(diào)試人員提供了較好的環(huán)境，缺點(diǎn)是與一次設(shè)備之間仍需要較多的長電纜。就地組屏節(jié)約了長電纜，缺點(diǎn)是現(xiàn)場環(huán)境惡劣，對設(shè)備和人員要求較高。

圖3 就地集中組屏的調(diào)試方式

2種組屏方式的調(diào)試方法大體一致，圖3為測控保護(hù)一體就地組屏方式的調(diào)試示意圖。對于采用傳統(tǒng)互感器的模式，可以直接將模擬量輸出到合并單元來模擬二次采樣；對于采用數(shù)字式互感器的模式，由于從互感器到合并單元之間的傳輸并沒有在標(biāo)準(zhǔn)中明確，互感器廠家各有私有規(guī)約，所以須由廠家提供1∶1的電子式互感器來對合并單元進(jìn)行加量。本間隔的跳閘/重合閘可由智能終端的傳統(tǒng)開出引回進(jìn)行閉環(huán)測試。

保護(hù)裝置之間的聯(lián)系，如220kV母線差動保護(hù)啟動線路遠(yuǎn)跳、500kV線路保護(hù)啟動斷路器失靈保護(hù)等，需要對測試儀進(jìn)行GOOSE配置，模擬對應(yīng)裝置的開入/開出。表1顯示了某個線路保護(hù)裝置的GOOSE控制塊的配置，表中的每個項目必須與保護(hù)實際配置一致，每個GCB（GOOSE Control Block）擁有唯一的地址，包括了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集DS（Data Set），數(shù)據(jù)集里的數(shù)據(jù)屬性DA（DataAttribute）即對應(yīng)傳統(tǒng)意義上的開入、開出。

表1 某線路保護(hù)GOOSE控制塊配置表

采用室內(nèi)集中組屏模式時，各屏柜之間距離較遠(yuǎn)，難以像圖4所示那樣對整個系統(tǒng)進(jìn)行閉環(huán)測試。這時可采用分步調(diào)試方法，對保護(hù)測控進(jìn)行單體調(diào)試，即先由測試儀輸出SV模擬采樣，GOOSE開出作為返回，再進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗。

2.1.2 數(shù)字化變電站調(diào)試注意事項

（1）由于數(shù)字化變電站普遍采用了MU（合并單元）作為二次采樣的數(shù)字輸入設(shè)備，對于跨間隔的設(shè)備如母線差動保護(hù)、主變壓器保護(hù)等，需要從不同間隔采樣來計算差流，因此采樣值的同步問題非常重要。調(diào)試時通過對相關(guān)間隔MU輸入同源模擬值，觀察裝置對實時差流的計算，以驗證其同步性。

（2）間隔層的聯(lián)/閉鎖信息將通過GOOSE在MMS網(wǎng)中傳輸，具體的試驗方法與傳統(tǒng)調(diào)試并無差別。

（3）由于大量采用數(shù)字量傳輸，數(shù)字化變電站相比傳統(tǒng)站減少了大量的硬壓板，取而代之的是設(shè)在IED中的軟壓板，針對這些軟壓板必須進(jìn)行唯一性試驗。

（4）GOOSE，SV的試驗檢修機(jī)制：在檢修狀態(tài)下，IED發(fā)出的GOOSE，SV報文中的test品質(zhì)位將置1，相應(yīng)的接受方IED會將報文中的test位與自身相比較，只有兩者一致，才將其作為有效信號進(jìn)行處理[3]。

2.2 站控層的調(diào)試

這部分調(diào)試將專注于保護(hù)測控與后臺的MMS通信及全站的系統(tǒng)級聯(lián)調(diào)，采用通信傳動與實際傳動相結(jié)合的方式，調(diào)試步驟如表2所示。

表2 全站站控層集中調(diào)試步驟

調(diào)試時應(yīng)特別注意以下幾點(diǎn)：

（1）IEC 61850將MMS網(wǎng)中傳輸?shù)膱蟾鎰潪榫彺鎴蟾妫˙uffered Reports）和非緩存報告（Unbuffered Reports），緩存報告是將變化引起的事件立即發(fā)送報告，同時存儲在裝置中，在裝置與后臺失去鏈接的情況下報告不會丟失，待鏈接恢復(fù)后，裝置將把這些報告推送給后臺。而非緩存報告不進(jìn)入緩存，失去鏈接時報告將丟失。針對不同的報告類型，在典型保護(hù)測控裝置通信中斷后，模擬發(fā)生動作事件，然后恢復(fù)通信鏈接，測試后臺是否能收到相關(guān)事件信息，以及報告數(shù)量和順序是否一致。

（2）MMS的試驗檢修機(jī)制：61850標(biāo)準(zhǔn)下，在投入檢修壓板后，該裝置所有MMS上送事件報告中對應(yīng)的test品質(zhì)位會改變，后臺根據(jù)該品質(zhì)位對報文進(jìn)行處理（在報文后加上檢修）。在調(diào)試時，通過投入檢修壓板模擬MMS事件，查看后臺的報文顯示是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

（3）取代模型：為了方便調(diào)試，引入了取代的概念，即用取代值代替過程層的值。在完成過程層至間隔層的調(diào)試，證明過程層在間隔層的映射正確后，可使用取代值來簡化調(diào)試流程，在遠(yuǎn)動對點(diǎn)試驗中能節(jié)省不少時間[4]。

取代模型提供了對DA的功能約束為MX（模擬值）或ST（狀態(tài)值）的取代。此時客戶訪問該DA時，接受的是人工輸入的值，而非過程值。

（4）定值處理：61850標(biāo)準(zhǔn)提供了在后臺召喚定值、切換定制區(qū)和控制軟壓板的功能。對應(yīng)的IED設(shè)備上分別設(shè)有相關(guān)的軟壓板，調(diào)試時在試驗定值功能、遠(yuǎn)控功能的同時，須對軟壓板做相應(yīng)的試驗。

2.3 調(diào)試中出現(xiàn)問題時的解決方法

數(shù)字化變電站中大量使用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字量來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的二次回路，因此出現(xiàn)問題時無法用傳統(tǒng)的方法檢查二次回路。目前普遍使用網(wǎng)絡(luò)抓包軟件如ethereal等來分析問題。

圖4為通過ethereal抓取的典型MMS報文，報文攜帶的信息在圖中已詳細(xì)解析，檢查時重點(diǎn)關(guān)注報告的ID、引用的數(shù)據(jù)集、品質(zhì)位及上送原因，這些數(shù)據(jù)必須與實際試驗完全一致。

通過ethereal抓取的GOOSE報文，能顯示以下信息：destination地址錯誤、appid錯誤、GOOSE控制塊路徑、名稱錯誤、數(shù)據(jù)集個數(shù)不一致等，所以若出現(xiàn)無法接收GOOSE的情況，可以利用抓包軟件對GOOSE報文進(jìn)行解析，關(guān)注這幾項是否符合要求。

3 結(jié)語

圖4 典型MMS報文分析

隨著IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣，試點(diǎn)數(shù)字變電站不斷涌現(xiàn)，數(shù)字化智能變電站即將迎來大規(guī)模應(yīng)用。本文介紹了數(shù)字化變電站的實現(xiàn)方式，對新標(biāo)準(zhǔn)下變電站的調(diào)試技術(shù)進(jìn)行研究討論，引入了分層調(diào)試的概念，適用于不同實現(xiàn)程度的數(shù)字化變電站的調(diào)試，具有通用性，可為智能變電站調(diào)試提供參考。

[1]國家電網(wǎng)公司．Q/GDW 441-2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2010．

[2]馮軍．智能變電站原理及測試技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]國家電網(wǎng)公司．IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型[S].北京：中國電力出版社，2010．

[4]COMMISSION E I.Communication networks and systems in substations-part 7-2∶basic communication structure for substation and feeder equipment-abstract communication service interface（acsi）[S].2003∶63.

（本文編輯：龔皓）

Commissioning Technology of Digital Substations Based on IEC 61850 Standards

SHU Peng，WANG Song
（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper expounds the basic content of IEC 61850 standards，describes the realization forms and characteristics of common digital substations.It focuses on the discussion about the new commissioning technologies of digital substations based on IEC 61850 standards and introduces the concept of hierarchical commissioning.In addition，the common problems in commissioning are solved and summarized.

IEC 61850 standards；digital substations；deployment methods；hierarchical commissioning

TM766

：B

：1007-1881（2012）06-0021-04

2011-10-27

舒鵬(1985-)，男，浙江衢州人，工學(xué)碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究和試驗工作。