智能變電站的調(diào)試特點與建議

蔡曉越

（上海送變電工程公司，上海 200235）

智能變電站與常規(guī)變電站調(diào)試技術(shù)相比，在信息采集、傳輸、處理等環(huán)節(jié)均有本質(zhì)區(qū)別，新型電氣設(shè)備（電子式互感器、合并單元、智能終端、網(wǎng)絡(luò)交換機）的性能及其與繼電保護裝置等二次設(shè)備的整體配合性能，均成為確保變電站安全可靠運行的重要因素。電子式互感器的穩(wěn)定性、合并單元的采樣同步性、過程層網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性等問題，都會影響到保護裝置的快速響應(yīng)和準(zhǔn)確執(zhí)行，尤其是在新設(shè)備新技術(shù)應(yīng)用的初期。而基于常規(guī)的單類保護裝置的試研方法（單類保護裝置試驗?zāi)Ｐ?、常?guī)模擬故障試驗項目、常規(guī)保護裝置性能評價），已經(jīng)不能滿足對智能變電站二次設(shè)備進(jìn)行整體性能測試的要求。因此，目前需要轉(zhuǎn)變試驗方式，研究對保護裝置進(jìn)行型式試驗和變電站級動態(tài)模擬試驗的模型系統(tǒng)、試驗項目和方法，包括研究現(xiàn)場單體調(diào)試及分系統(tǒng)調(diào)試的內(nèi)容。

1 智能變電站的系統(tǒng)特點

目前，智能變電站系統(tǒng)采用“三層一網(wǎng)”結(jié)構(gòu)。

三層：站控層、間隔層、過程層。站控層由后臺監(jiān)控、遠(yuǎn)動通信、在線監(jiān)測、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)組成。間隔層由各種智能組件組成，實現(xiàn)保護、測量、控制、計量和檢測功能。過程層由合并單元和智能單元組成，實現(xiàn)各種實時信息的采集和控制命令的執(zhí)行，面向設(shè)備或間隔單元配置，通過網(wǎng)絡(luò)直連方式與間隔層智能組件互相通信。保護采用直采、直跳方式。

一網(wǎng)：三網(wǎng)合一，即網(wǎng)絡(luò)采用SV、GOOSE、MMS“三網(wǎng)合一”傳輸方式，分布、開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。站控層與間隔層按IEC 61850協(xié)議構(gòu)建星形網(wǎng)絡(luò)，后臺系統(tǒng)按照IEC 61850協(xié)議統(tǒng)一建模，分層分布實現(xiàn)電氣設(shè)備間的信息共享和互相操作。IEEE 1588對時信號共網(wǎng)傳輸。電動設(shè)備控制實現(xiàn)遠(yuǎn)方集控中心、操作員站、測控、就地4級控制。智能變電站采用多種新技術(shù)，整個二次系統(tǒng)的架構(gòu)、配置及與一次系統(tǒng)的連接方式與常規(guī)變電站相比，均有較大變化。其主要特點：一是，間隔層和站控層設(shè)備的通信接口和模型，全面支持IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)、開放，可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化二次功能；二是，過程層由常規(guī)的電流、電壓互感器逐步改為電子式互感器，通過合并單元接入裝置；三是，一次與二次設(shè)備之間的電纜連接改為光纖連接。正是這些技術(shù)特點，給現(xiàn)場保護調(diào)試工作帶來了新的挑戰(zhàn)。

2 現(xiàn)場調(diào)試工作的區(qū)別

2.1 模型文件的差異

常規(guī)變電站保護調(diào)試，只需按設(shè)計圖紙進(jìn)行，而智能變電站保護調(diào)試，則要事先了解ICD、SSD、SCD、CID模型文件，他們之間的相互關(guān)系、系統(tǒng)配置及工作流程，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)配置及流程

由圖1可知，各設(shè)備廠商提供裝置自描述信息ICD。系統(tǒng)工程集成商，通過組態(tài)工具和設(shè)計院的設(shè)計文件SSD，包含一次系統(tǒng)的單線圖、設(shè)備邏輯節(jié)點、設(shè)備類型定義等，組態(tài)形成項目的SCD文件（包含變電站一次系統(tǒng)、二次設(shè)備配置、通信網(wǎng)絡(luò)及參數(shù)配置）。二次設(shè)備廠家使用裝置配置工具和全站統(tǒng)一的SCD文件，提取CID文件（包含與ICD數(shù)據(jù)模板一致的信息，也包含SCD文件中針對該裝置的配置信息，如通信地址、IED名稱等）下發(fā)到裝置，供調(diào)試人員進(jìn)行測試。

因此，調(diào)試人員在試驗前必須熟悉全站SCD文件和裝置的CID文件。掌握采樣值報文的格式（每個通道的具體定義），掌握GOOSE報文格式（虛端子數(shù)據(jù)集的定義及對應(yīng)關(guān)系），掌握全站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和交換機配置。這是常規(guī)站調(diào)試所不具備的內(nèi)容。

2.2 新增試驗項目的差異

智能變電站簡化了二次接線，采用少量光纖代替大量電纜。因此，需要進(jìn)行光纖回路連接正確性檢查，即光纖端口發(fā)送與接收功率的檢查。電子式互感器通常由傳感模塊和合并單元構(gòu)成，傳感模塊又稱遠(yuǎn)端模塊，安裝在高壓一次側(cè)，負(fù)責(zé)采集、調(diào)整一次側(cè)電壓和電流，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。合并單元安裝在二次側(cè)，負(fù)責(zé)對各相遠(yuǎn)端模塊傳來的信號做同步合并處理。與常規(guī)試驗項目相比，多了電流和電壓信號的同步檢查，即利用標(biāo)準(zhǔn)源給合并單元加量檢查輸出精度，接收合并單元發(fā)出的報文數(shù)據(jù)，對比波形，分析電壓和電流相位，以及檢查并列功能報文配置的正確性。

2.3 分系統(tǒng)試驗的差異

把配置好的SCD文件，利用設(shè)備配置工具下發(fā)到各智能設(shè)備（保護、測控、智能終端、合并單元），觀察裝置有無異?，F(xiàn)象，如退出運行、死機等問題。按調(diào)試大綱，利用數(shù)字校驗儀及SCD文件對各智能裝置進(jìn)行校驗。模擬故障驗證配置文件及虛端子邏輯關(guān)聯(lián)的完整性試驗內(nèi)容、連接正確性、保護跳閘邏輯的正確性、報文及事件順序記錄（SOE）時標(biāo)、故障錄波及監(jiān)控顯示的正確性。試驗方法與常規(guī)變電站相同。

與常規(guī)變電站調(diào)試項目不同的是，新增了網(wǎng)絡(luò)報文記錄分析功能調(diào)試。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)通信實時狀態(tài)檢測，增加了使用專用儀器的軟件（模擬網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴），檢查GOOSE網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。對網(wǎng)絡(luò)交換機進(jìn)行局域網(wǎng)（LAN）劃分，保證網(wǎng)絡(luò)采集SV數(shù)據(jù)端口的實時性；利用分析軟件檢查相應(yīng)端口MAC地址輸出的正確性。將保護裝置后臺監(jiān)控、故障錄波、對時系統(tǒng)、模擬斷路器信息接入相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，完成設(shè)備信息互聯(lián)。

2.4 調(diào)試儀器的差異

依據(jù)智能變電站調(diào)試項目的特點，在常規(guī)變電站調(diào)試設(shè)備的基礎(chǔ)上，需要增加以下設(shè)備：

1）數(shù)字化繼電保護測試儀 至少有6對光纖以太網(wǎng)接口，參數(shù)可獨立配置；至少有3個FT3光纖接口，用于SV報文發(fā)送；至少有8對硬接點輸入接口和4對硬接點輸出接口。

2）電子互感器校驗儀 提供模擬量輸入端口和數(shù)字量輸入光纖接口，適應(yīng)輸出為模擬量和數(shù)字量的電子式互感器；可以接受不同格式的SV報文（GB／T 20840.8及 DL／T860 9.2）；提供時鐘輸出端口，適應(yīng)需要外同步的電子互感器；具有準(zhǔn)確度測量、絕對延時測量、極性測試和SV報文離散性測試功能。

3）網(wǎng)絡(luò)記錄分析儀 進(jìn)行實時抓捕網(wǎng)絡(luò)報文，對 GOOSE、MMS、IEEE 1588、DL／T860 9－2報文進(jìn)行解析，并繪制出模擬量波形，另存為COMTRADE格式文件。

4）網(wǎng)絡(luò)測試儀 對交換機進(jìn)行性能測試，模擬網(wǎng)絡(luò)背景流量，流量的報文格式、大小、發(fā)送頻率，均可手工配置。

3 調(diào)試工作交流

1）MU的配置 選擇DL／T 860 9－2的采樣模式。Asdu為1，代表每個數(shù)據(jù)包內(nèi)有1個采樣點數(shù)（每20ms采樣點數(shù)為80），則意味著每秒鐘采樣4 000點（0～3 999）。此時，每秒鐘發(fā)送4 000個數(shù)據(jù)包，這對硬件要求相對較高，而丟包的風(fēng)險則相對較低。如果把Asdu參數(shù)設(shè)置過高，則可降低對硬件的要求，但會增大丟包的風(fēng)險。

2）變比的設(shè)置 由于DL／T 8609－2模式下傳送的是一次值的大小，因此必須對DL／T 8609－2采樣模式下的信號輸出方式設(shè)置變比，否則會造成保護不能正確動作。

3）GOOSE報文 GOOSE報文包含了諸如GocbRef、GoID、DatSetRef等信息，這些信息是識別GOOSE的標(biāo)記。接收GOOSE的裝置中也配置了要接收GOOSE的GocbRef、GoID、DatSetRef等信息。接收裝置中的配置與收到GOOSE報文中的信息內(nèi)容一致時，則訂閱成功，該GOOSE報文的內(nèi)容將被接受。測試儀可根據(jù)收到的GOOSE報文，自動生成GOOSE開入的訂閱配置及GOOSE開出的配置。但是，虛端子與測試儀開關(guān)量的映射關(guān)系，仍然需要手動配置。

4）通道延時及識別 在被測終端設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)上加入帶外、帶內(nèi)兩種報文，以一定的負(fù)荷發(fā)送報文。帶外廣播報文的目的MAC地址為FFFF－FF－FF－FF－FF，帶內(nèi)報文在數(shù)字化變電站系統(tǒng)內(nèi)抓包獲得，以確保帶內(nèi)GOOSE報文的幀格式為終端被測設(shè)備接受的幀格式。測試在不同負(fù)載的帶內(nèi)、帶外網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴下，終端設(shè)備的狀態(tài)反應(yīng)及發(fā)生異常的耗時。不同間隔電流和電壓合并時的同步（變換延時不一致）：如某間隔的電流需要同母線電壓間隔的合并單元合并，需要在電流合并單元內(nèi)將電壓合并單元來的電壓進(jìn)行校正，使之與本合并單元的電流同步。

跨間隔保護（母線差動和變壓器差動）：跨間隔的保護應(yīng)具備對來自不同間隔合并單元電流和電壓的校正能力。

上述兩種來自不同間隔的校正方法，基本相同，都應(yīng)通過SV數(shù)據(jù)集中所帶的通道延時來識別，并加以校正。

5）校正同步能力 線路電流縱差保護對端的常規(guī)保護，本端差動保護須有與對端校正同步能力，由本端保護完成校正。

6）電能表獲取信息 電能表必須從合并單元中取出電壓和電流信號，防止不同合并單元由于固定延時不一致，導(dǎo)致計量錯誤。

7）固定延時的影響 數(shù)字式信號儀在檢測2個合并單元的信號時，由于固定延時的影響，會有固定的角差。同樣，故障錄波儀也存在這個問題，可通過回查采樣包號加以解決。

4 建議開發(fā)可視化調(diào)試軟件

建議開發(fā)可視化調(diào)試軟件，服務(wù)于調(diào)試階段模擬故障及運行階段對故障告警信息的分類和過濾，對變電站的運行狀態(tài)進(jìn)行在線實時分析和推理，自動報告變電站異常并提出故障處理指導(dǎo)意見。對包括事件順序記錄信號及保護裝置、相量測量、故障錄波等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)多專業(yè)綜合分析。調(diào)試人員及運行人員應(yīng)用可視化調(diào)試軟件，可以一目了然地分析問題，解決問題。