智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)級(jí)調(diào)試方法探討

姜振超，劉明忠

(四川電力科學(xué)研究院，四川成都 610072)

0 引言

按照國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)戰(zhàn)略規(guī)劃，2011—2015年為智能電網(wǎng)全面建設(shè)階段。智能變電站以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同等高級(jí)功能的變電站［1］。智能變電站二次系統(tǒng)由合并單元、智能終端、保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置、故障錄波裝置、在線監(jiān)測(cè)裝置、交換機(jī)及其他智能電子設(shè)備(intelligent electronic device，IED)、過程層網(wǎng)絡(luò)、站控層網(wǎng)絡(luò)等構(gòu)成［2］。

截至2011年年底，四川省電力公司新建智能變電站2座，已建數(shù)字化變電站3座(含改造站)。其中，220 kV變電站2座，110 kV變電站3座。對(duì)于智能變電站的系統(tǒng)調(diào)試，目前還處于探索階段。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)各二次設(shè)備生產(chǎn)廠家對(duì)于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的理解上存在差異，導(dǎo)致不同廠家生產(chǎn)的IED設(shè)備雖然通過了一致性測(cè)試，但在構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)不同廠家IED設(shè)備存在互操作性問題［2－5］，因此研究智能變電站的系統(tǒng)級(jí)調(diào)試技術(shù)和方法十分必要。在總結(jié)智能變電站系統(tǒng)級(jí)調(diào)試工作經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，研究智能變電站系統(tǒng)級(jí)調(diào)試方法，對(duì)今后的智能變電站系統(tǒng)調(diào)試工作有一定的參考價(jià)值。

1 智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試流程

智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試對(duì)象種類多、系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，要實(shí)現(xiàn)全面高效、零缺陷的變電站啟動(dòng)投運(yùn)需要對(duì)二次系統(tǒng)的調(diào)試工作實(shí)現(xiàn)全過程調(diào)試。目前智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試的主要工作流程分為以下幾個(gè)階段［1］:①出廠驗(yàn)收與聯(lián)調(diào);②單體調(diào)試;③分系統(tǒng)調(diào)試;④系統(tǒng)調(diào)試;⑤帶負(fù)荷試驗(yàn)。圖1描述了目前智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試的主要工作流程，虛線框內(nèi)包含內(nèi)容為現(xiàn)場調(diào)試部分。

經(jīng)過多個(gè)智能變電站的現(xiàn)場調(diào)試工作，認(rèn)為目前的智能變電站調(diào)試應(yīng)加大集成測(cè)試與聯(lián)調(diào)的深度和廣度，在調(diào)試工期上應(yīng)適當(dāng)增加，在集成測(cè)試與聯(lián)調(diào)階段盡可能發(fā)現(xiàn)互操作和運(yùn)行要求方面的問題，及時(shí)進(jìn)行更正，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和運(yùn)行的要求。因此，建議智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試主要工作流程應(yīng)如圖2所示。其中，出廠驗(yàn)收應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的工藝及制造過程進(jìn)行驗(yàn)收，監(jiān)督其滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和訂貨合同的要求;集成測(cè)試與聯(lián)調(diào)屬于系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的內(nèi)容，應(yīng)在除設(shè)備生產(chǎn)廠家的第三方進(jìn)行，包含單體調(diào)試、一致性測(cè)試、互操作性測(cè)試、網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試等等，此項(xiàng)內(nèi)容為智能變電站調(diào)試工作的重點(diǎn)和關(guān)鍵;現(xiàn)場進(jìn)行的分系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試是在二次系統(tǒng)設(shè)備及接線安裝完畢后進(jìn)行的功能性測(cè)試，較目前的智能站相關(guān)的測(cè)試內(nèi)容要簡單的多，很多互操作性測(cè)試已在集成測(cè)試與聯(lián)調(diào)項(xiàng)目中完成。

圖1 目前智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試主要工作流程

圖2 智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試建議主要工作流程

2 智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)級(jí)測(cè)試

2.1 測(cè)試平臺(tái)

智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)級(jí)測(cè)試工作應(yīng)在第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行，該機(jī)構(gòu)應(yīng)具有智能變電站一致性測(cè)試和互操作性測(cè)試平臺(tái)，可模擬具體工程變電站一次系統(tǒng)狀況和“兩網(wǎng)(站控層網(wǎng)、過程層網(wǎng))”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)環(huán)境［6－7］，具有相關(guān)測(cè)試設(shè)備和測(cè)試方法，可進(jìn)行滿足標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、運(yùn)行要求的相關(guān)測(cè)試。

2.2 被測(cè)試設(shè)備

參與系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的設(shè)備應(yīng)滿足入網(wǎng)條件要求，中標(biāo)設(shè)備已按照工程要求(根據(jù)SCD文件等)進(jìn)行了配置，應(yīng)包含相應(yīng)工程調(diào)試范圍內(nèi)所有二次設(shè)備。

2.3 測(cè)試內(nèi)容及方法

2.3.1 一致性測(cè)試

一致性測(cè)試是驗(yàn)證IED通信接口與標(biāo)準(zhǔn)要求的一致性。它驗(yàn)證通信鏈路上數(shù)據(jù)流與有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的一致性，如訪問組織、幀格式、位順序、時(shí)間同步、定時(shí)、信號(hào)形式和電平，以及對(duì)錯(cuò)誤的處理等。一致性測(cè)試是互操作性測(cè)試的基礎(chǔ)，可提高協(xié)議之間能夠互操作的概率。圖3為一致性測(cè)試評(píng)估過程圖［9］。

圖3 一致性測(cè)試評(píng)估過程圖

其中，PICS，也被稱為PICS示范，是被測(cè)系統(tǒng)能力的總結(jié);PIXIT，包括系統(tǒng)特定信息，涉及被測(cè)系統(tǒng)的容量;MICS，詳細(xì)說明由系統(tǒng)或設(shè)備支持的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)象模型元素。

一致性測(cè)試是互操作性測(cè)試的前提和基礎(chǔ)，只有各廠家的設(shè)備均通過了一致性測(cè)試，裝置模型已按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化才能為互操作性測(cè)試掃清道路。

圖4 220 kV智能變電站RTDS試驗(yàn)仿真系統(tǒng)示意圖

2.3.2 互操作性試驗(yàn)系統(tǒng)

圖5 220kV智能變電站試驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(單網(wǎng))

為了對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)備的互操作性及滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行要求的能力進(jìn)行驗(yàn)證，需要搭建智能變電站二次系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)［8］。該平臺(tái)包括RTDS仿真系統(tǒng)、模擬信號(hào)接口、數(shù)字信號(hào)接口、電子式互感器模擬裝置及相關(guān)測(cè)試設(shè)備等。圖4是一個(gè)220 kV智能變電站RTDS試驗(yàn)仿真系統(tǒng)示意圖。該220 kV試驗(yàn)系統(tǒng)具有3個(gè)電壓等級(jí):220 kV、110 kV和10 kV。220 kV、110 kV采用雙母線接線，10 kV采用單母線分段接線。圖4中給出了電子式互感器配置、合并單元配置、仿真系統(tǒng)設(shè)置故障點(diǎn)示意圖。

圖5是220 kV智能變電站試驗(yàn)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖，這里只給出了單網(wǎng)(MMS網(wǎng)、GOOSE網(wǎng))結(jié)構(gòu)圖。智能變電站仿真系統(tǒng)(RTDS)與合并單元、智能終端通過模擬信號(hào)接口、數(shù)字信號(hào)接口、電子式互感器模擬裝置相連實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測(cè)試。

2.3.3 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試試驗(yàn)?zāi)康?/p>

系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的主要試驗(yàn)?zāi)康娜缦隆?/p>

(1)合并單元、智能終端、保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波器(報(bào)文分析裝置)性能及基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的互操作能力。

(2)GOOSE跳閘機(jī)制的可靠性，考核保護(hù)裝置、智能操作箱實(shí)現(xiàn)GOOSE跳合閘方式的性能。

(3)模擬合并單元采樣報(bào)文異常考核對(duì)保護(hù)裝置、測(cè)控裝置的影響及檢查故障錄波(報(bào)文分析裝置)的錄波性能(報(bào)文分析、查找故障的能力)。

(4)光纖鏈路、過程層網(wǎng)絡(luò)異常工況對(duì)保護(hù)裝置的影響。

(5)智能變電站相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、反措執(zhí)行情況及實(shí)施效果。

2.3.4 系統(tǒng)級(jí)測(cè)試試驗(yàn)內(nèi)容

(1)模擬量回路聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，正常運(yùn)行工況下合并單元、保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、故障錄波裝置(網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置)示值正確性檢查，對(duì)于級(jí)聯(lián)合并器或跨間隔保護(hù)需檢查其同步性能，對(duì)于電壓合并器需要檢查其并列及切換功能。

(2)開關(guān)量聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，檢查智能終端示值及響應(yīng)性能、間隔層設(shè)備(保護(hù)、測(cè)控等)與智能終端的互操作性檢查。

(3)間隔層設(shè)備聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，主要為間隔層設(shè)備間閉鎖、啟動(dòng)失靈等信號(hào)互通性檢查。

(4)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，監(jiān)控系統(tǒng)與間隔層設(shè)備間的信號(hào)互通性檢查。

(5)遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)檢查及操作試驗(yàn)。

3 結(jié)語

智能變電站二次設(shè)備系統(tǒng)級(jí)測(cè)試是保證變電站順利投產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，也是檢驗(yàn)變電站所使用的電氣設(shè)備功能及性能是否滿足設(shè)計(jì)和運(yùn)行要求的關(guān)鍵試驗(yàn)，是檢查變電站全站二次設(shè)備互操作性的重要手段。試驗(yàn)結(jié)果可作為設(shè)備投產(chǎn)依據(jù)，也為將來變電站運(yùn)行維護(hù)提供參考資料。只有應(yīng)用科學(xué)的測(cè)試方法，建立完善嚴(yán)格的測(cè)試流程，利用完備的監(jiān)控和測(cè)試手段，才能通過系統(tǒng)級(jí)測(cè)試對(duì)智能變電站系統(tǒng)的有效性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行合理評(píng)估，為智能變電站的推廣和現(xiàn)場運(yùn)行維護(hù)提供良好的技術(shù)支撐。

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