智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試技術(shù)探討

趙子涵

(四川電力送變電建設(shè)公司，四川 成都 610051)

1 智能變電站二次系統(tǒng)試驗(yàn)流程

智能變電站二次系統(tǒng)的試驗(yàn)流程主要包括:審圖、出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試、現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)性能調(diào)試和系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試以及全系統(tǒng)投產(chǎn)等。具體流程如圖1所示。以下將簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)重要過(guò)程的工作內(nèi)容。

1.1 出廠驗(yàn)收

出廠驗(yàn)收主要對(duì)硬件、功能、性能和可靠性等進(jìn)行檢驗(yàn)。一般在二次系統(tǒng)集成商處進(jìn)行，驗(yàn)收前需具備以下條件。

①系統(tǒng)集成商已按照配置要求，在工廠環(huán)境下完成軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)集成;

②系統(tǒng)集成商已搭建模擬測(cè)試環(huán)境，提供測(cè)試設(shè)備，并完成相關(guān)技術(shù)資料的編寫(xiě);

③二次設(shè)備供應(yīng)商的出廠試驗(yàn)達(dá)到合同及相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試主要對(duì)所有二次設(shè)備進(jìn)行功能和性能測(cè)試，如保護(hù)裝置的定值校驗(yàn)、測(cè)控裝置的同期功能測(cè)試以及交換機(jī)收發(fā)功率測(cè)試。

圖1 智能變電站二次系統(tǒng)試驗(yàn)流程圖

1.3 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試主要指系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及整組傳動(dòng)，在所有現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試工作完成后進(jìn)行。此外，現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試還包括站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試和遠(yuǎn)動(dòng)通信系統(tǒng)調(diào)試等。

1.4 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)性能調(diào)試

現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)性能調(diào)試主要測(cè)試二次系統(tǒng)性能指標(biāo)，如遙信變位傳送時(shí)間、遙控命令執(zhí)行傳輸時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率測(cè)試等。

1.5 系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試

系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試通常在整組傳動(dòng)合格并通過(guò)有關(guān)部門(mén)驗(yàn)收后進(jìn)行。主要檢驗(yàn)智能變電站二次系統(tǒng)在實(shí)際帶電運(yùn)行時(shí)能否正常工作。系統(tǒng)啟動(dòng)調(diào)試過(guò)程中，由于沒(méi)有常規(guī)的電流電壓二次電纜連接，無(wú)法使用第三方的表計(jì)進(jìn)行保護(hù)裝置的相量校核，主要通過(guò)保護(hù)裝置本身的測(cè)量量確認(rèn)相量是否正確。

2 試驗(yàn)重點(diǎn)

智能變電站二次系統(tǒng)的試驗(yàn)涉及范圍較廣，這里主要探討出廠驗(yàn)收、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的相關(guān)內(nèi)容及試驗(yàn)手段，重點(diǎn)分析一些與常規(guī)變電站不同的試驗(yàn)內(nèi)容。

2.1 出廠驗(yàn)收

二次系統(tǒng)出廠驗(yàn)收試驗(yàn)的對(duì)象是集成后的智能變電站二次系統(tǒng)，主要包括保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、保護(hù)測(cè)控一體化裝置、智能終端、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)動(dòng)工作站等。出廠驗(yàn)收主要從硬件檢查、系統(tǒng)功能測(cè)試、系統(tǒng)性能測(cè)試、系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試等方面進(jìn)行試驗(yàn)。

對(duì)于IEC 61850測(cè)試，主要進(jìn)行模型文件合法性、一致性和互操作測(cè)試，需在第三方軟件和測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行，通常出廠驗(yàn)收時(shí)不具備該條件。為保證相關(guān)設(shè)備的一致性和互操作性，可在出廠驗(yàn)收系統(tǒng)上對(duì)每個(gè)型號(hào)的設(shè)備分別抽取一臺(tái)進(jìn)行完整的關(guān)聯(lián)試驗(yàn)，檢查該裝置與其他設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)互操作，保證本站所使用設(shè)備間的一致性和互操作性。智能變電站對(duì)通信可靠性要求非常高，不僅在出廠驗(yàn)收時(shí)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能指標(biāo)，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后測(cè)試整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，對(duì)于規(guī)程并未明確的網(wǎng)絡(luò)性能，目前通常測(cè)試網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷率、交換機(jī)吞吐量、交換機(jī)丟包和收發(fā)功率等。進(jìn)行保護(hù)整組傳動(dòng)時(shí)，需結(jié)合變電站的GOOSE配置表、圖，檢查不同設(shè)備間的GOOSE虛端子開(kāi)入邏輯，確保所有裝置的配置文件和設(shè)計(jì)符合要求。其他項(xiàng)目試驗(yàn)內(nèi)容和常規(guī)變電站類似。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試

2.2.1 合并單元

合并單元(merging unit，MU)主要負(fù)責(zé)整合多個(gè)電子式互感器采集的數(shù)據(jù)，并供相關(guān)保護(hù)、測(cè)控、計(jì)量和錄波等設(shè)備使用。合并單元通常按間隔配置，大致分為線路合并單元和母線合并單元，具有電壓切換和電壓并列功能。根據(jù)合并單元的功能，確定其試驗(yàn)項(xiàng)目如下。

①合并單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，網(wǎng)絡(luò)地址應(yīng)與相關(guān)配置文件一致，否則無(wú)法和其他設(shè)備互聯(lián)，所以在軟件檢查中增加了裝置MAC地址的檢查。

②合并單元經(jīng)光纖與其他設(shè)備通信，為保證通信可靠穩(wěn)定，光纖端口的收、發(fā)信功率應(yīng)有足夠的裕度，通過(guò)測(cè)量可確定功率是否滿足要求。

③合并單元通信中斷或異常時(shí)，相關(guān)設(shè)備應(yīng)能正確閉鎖，這可通過(guò)模擬試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。

④在告警功能檢查中，采集模塊故障告警、數(shù)據(jù)異常告警等涉及電子式互感器的故障，需電子式互感器廠家配合模擬相應(yīng)故障。

⑤GOOSE虛端子開(kāi)入的檢查涉及其他設(shè)備，需結(jié)合系統(tǒng)的整組傳動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行，全面檢查開(kāi)入和開(kāi)出的相關(guān)配置。

⑥電壓切換功能試驗(yàn)時(shí)，如果裝置使用的開(kāi)關(guān)、刀閘位置為硬接點(diǎn)接入，則可直接在合并單元進(jìn)行模擬;如果裝置使用的開(kāi)關(guān)、刀閘位置接點(diǎn)通過(guò)GOOSE虛端子開(kāi)入獲取，則需在智能終端上進(jìn)行相應(yīng)的開(kāi)關(guān)、刀閘切換模擬。

2.2.2 智能終端

智能終端(ICU)主要負(fù)責(zé)采集開(kāi)關(guān)、刀閘的位置以及執(zhí)行控制命令等。試驗(yàn)項(xiàng)目中前5項(xiàng)內(nèi)容與合并單元前5項(xiàng)相同，這里主要分析遙信和遙控功能試驗(yàn)。遙信試驗(yàn)除了同測(cè)控裝置及綜合自動(dòng)裝置后臺(tái)核對(duì)遙信信號(hào)之外，還需要同相關(guān)的保護(hù)裝置、合并單元、錄波裝置等進(jìn)行GOOSE虛端子連接的正確性檢查。遙控試驗(yàn)需在綜合自動(dòng)裝置后臺(tái)、測(cè)控裝置、就地把手上分別進(jìn)行分、合閘操作，同時(shí)還要結(jié)合保護(hù)傳動(dòng)，檢查保護(hù)動(dòng)作能否正確動(dòng)作出口。

2.2.3 保護(hù)及測(cè)控裝置

智能變電站保護(hù)功能的測(cè)試方法與傳統(tǒng)變電站的測(cè)試方法有較大不同，后者通過(guò)繼電保護(hù)測(cè)試儀直接在保護(hù)裝置上輸入電壓和電流模擬量，而智能變電站保護(hù)裝置的測(cè)試有以下兩種方法。

①將傳統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試儀輸出的電壓、電流模擬量加至TA/TV模擬器，由其將模擬信號(hào)變成特殊格式的數(shù)字光信號(hào)，再送至合并單元MU，由MU通過(guò)光纖送至保護(hù)裝置。由于TA/TV模擬器與MU間的通信協(xié)議在IEC 61850中尚無(wú)規(guī)定，屬于ECT/EVT生產(chǎn)廠家的內(nèi)部協(xié)議，因此，TA/TV模擬器目前為ECT/EVT生產(chǎn)廠家提供。

②使用數(shù)字繼電保護(hù)測(cè)試儀直接輸出數(shù)字式電流、電壓量和開(kāi)入量，并讀取GOOSE出口報(bào)文測(cè)量保護(hù)動(dòng)作時(shí)間。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試

此項(xiàng)工作在現(xiàn)場(chǎng)裝置功能調(diào)試完成后進(jìn)行。通常先檢查通信網(wǎng)絡(luò)、二次電纜連接的正確性;再通過(guò)一次通流及升壓、整組傳動(dòng)，再次確認(rèn)二次系統(tǒng)工作正常。通過(guò)模擬保護(hù)裝置動(dòng)作，檢查保護(hù)出口、智能終端及開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)是否正常，開(kāi)關(guān)是否正確跳合閘?，F(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)功能調(diào)試還包括站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)功能(如遙控功能、全站防誤閉鎖功能和主從切換功能)以及遠(yuǎn)動(dòng)工作站相關(guān)功能的測(cè)試，并與調(diào)度主站進(jìn)行聯(lián)調(diào)。系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程主要進(jìn)行相量測(cè)試，對(duì)于智能變電站主要通過(guò)二次設(shè)備本身的測(cè)量量確認(rèn)相量是否正確。

2.4 網(wǎng)絡(luò)通信測(cè)試

2.4.1 網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試

保護(hù)裝置GOOSE網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)直接影響了保護(hù)的速動(dòng)性。而采樣網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)直接影響裝置采樣數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和同步性，需專門(mén)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)。

2.4.2 通信接口檢驗(yàn)

通信接口的功率裕度對(duì)通信可靠性的影響很大，需測(cè)量光纖通信端口發(fā)送功率、接收功率、接收靈敏功率，測(cè)試合并單元激光供能的輸出功率。

2.4.3 通信功能檢驗(yàn)

檢查智能變電站二次系統(tǒng)在通信網(wǎng)絡(luò)異常時(shí)的運(yùn)行情況。

①設(shè)備與MU或交換機(jī)的采樣值通信中斷測(cè)試:拔出MU或交換機(jī)與設(shè)備的連接光纖后，設(shè)備應(yīng)提示“采樣通信中斷”且告警燈亮，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)收到“采樣通信中斷”告警信號(hào);當(dāng)MU與設(shè)備的光纖連接后，設(shè)備應(yīng)提示“采樣通信恢復(fù)”且告警燈滅，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)收到“采樣通信恢復(fù)”信號(hào)。

②MU與采集器的通信中斷測(cè)試:拔出MU與采集器的連接光纖后，設(shè)備應(yīng)提示“TV斷線”或“TA斷線”且告警燈亮，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)接收到“TV斷線”或“TA斷線”告警信號(hào);當(dāng)MU與采集器的光纖連接后，信號(hào)復(fù)歸。

③設(shè)備與交換機(jī)的GOOSE通信中斷測(cè)試:拔出交換機(jī)與裝置的GOOSE連接光纖后，設(shè)備應(yīng)提示“GOOSE通信中斷”且告警燈亮，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)收到“GOOSE通信中斷”告警信號(hào);當(dāng)接入交換機(jī)與設(shè)備的通道光纖后，設(shè)備應(yīng)提示“GOOSE通信恢復(fù)”且告警燈滅，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)收到“GOOSE通信恢復(fù)”信號(hào)。

④ICU與交換機(jī)的GOOSE通信中斷測(cè)試:拔出對(duì)應(yīng)ICU與交換機(jī)的連接光纖后，設(shè)備應(yīng)提示“GOOSE通信中斷”且告警燈亮，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)收到“GOOSE通信中斷”告警信號(hào);當(dāng)對(duì)應(yīng)ICU與交換機(jī)的光纖連接后，設(shè)備應(yīng)提示“GOOSE通信恢復(fù)”且告警燈滅，同時(shí)后臺(tái)應(yīng)收到“GOOSE通信恢復(fù)”信號(hào)。

⑤過(guò)程層通信異常測(cè)試:當(dāng)插拔光纖造成信號(hào)抖動(dòng)時(shí)，設(shè)備應(yīng)不誤動(dòng);當(dāng)抖動(dòng)消失后，設(shè)備應(yīng)恢復(fù)正常;當(dāng)收到錯(cuò)誤報(bào)文時(shí)，設(shè)備應(yīng)不誤動(dòng);當(dāng)錯(cuò)誤報(bào)文消失后，設(shè)備應(yīng)恢復(fù)正常。

⑥站控層網(wǎng)絡(luò)測(cè)試:測(cè)試站控層網(wǎng)絡(luò)的各種服務(wù)，模擬各種肯定和否定測(cè)試，觀察設(shè)備的反應(yīng)，設(shè)備應(yīng)不死機(jī)。

⑦通信端口能力測(cè)試:通過(guò)報(bào)文發(fā)生器向設(shè)備的通信端口發(fā)報(bào)文，當(dāng)通道吞吐量滿負(fù)載時(shí)，設(shè)備應(yīng)不死機(jī);當(dāng)通道正常后，設(shè)備應(yīng)能恢復(fù)正常。

3 試驗(yàn)難點(diǎn)

3.1 采樣同步性測(cè)試

變電站內(nèi)的母線保護(hù)、變壓器保護(hù)、方向距離保護(hù)以及測(cè)控計(jì)量設(shè)備等，對(duì)數(shù)據(jù)源同步的精度要求很高，為保證智能變電站數(shù)據(jù)的同步，通常采用全站時(shí)鐘源同步、區(qū)域采樣點(diǎn)插值同步等方法。任何方式的同步，其最終目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)控設(shè)備采集的數(shù)據(jù)的同步，因此，現(xiàn)場(chǎng)同步性測(cè)試就是檢驗(yàn)二次設(shè)備采集的數(shù)據(jù)是否同步。

3.1.1 電流采樣同步性測(cè)試

與傳統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)不同，各電子式電流互感器數(shù)據(jù)處理時(shí)間并不相同，采樣網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)也不一致，使智能變電站差動(dòng)保護(hù)各模擬量存在采樣非同步問(wèn)題。所以，必須測(cè)試差動(dòng)保護(hù)不同電流互感器采樣的同步性并調(diào)整。站內(nèi)差動(dòng)保護(hù)(如母線差動(dòng)保護(hù)、主變壓器差動(dòng)保護(hù))可采用一次通流的方法測(cè)試同步性，在兩個(gè)電子式電流互感器一次側(cè)輸入大小和方向相同的電流，根據(jù)保護(hù)裝置中這兩個(gè)電流量的采樣角度差判斷采樣的同步性。

3.1.2 電壓采樣同步性測(cè)試

測(cè)控裝置及電壓并列裝置中，不同間隔的電壓采樣需同步處理，電壓采樣的同步情況可通過(guò)對(duì)不同電壓互感器并接升壓，在測(cè)控裝置及電壓并列裝置上檢查電壓采樣的角度差來(lái)確定。

3.2 裝置時(shí)鐘準(zhǔn)確度校驗(yàn)

智能變電站對(duì)時(shí)鐘的準(zhǔn)確度要求高，事件順序記錄的時(shí)鐘誤差不得大于1 ms，合并單元的同步精度需達(dá)到微秒級(jí)。對(duì)于事件順序記錄時(shí)鐘，由GPS時(shí)鐘源向裝置提供標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)，并將時(shí)鐘源信號(hào)接至裝置的開(kāi)人端，將裝置采集的信號(hào)的時(shí)標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘的輸出時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，即可判斷裝置時(shí)鐘誤差。而對(duì)于合并單元等采樣設(shè)備的時(shí)鐘精度，目前尚無(wú)測(cè)量手段，只能通過(guò)采樣同步檢查確保不同采樣之間的同步。

4 結(jié)語(yǔ)

智能變電站具有數(shù)字化、信息化等特點(diǎn)。信息交互主要通過(guò)通信手段實(shí)現(xiàn)，與常規(guī)變電站通過(guò)電纜連接實(shí)現(xiàn)有著本質(zhì)的差別，原有的試驗(yàn)手段已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的需要，需要探索新的試驗(yàn)方法，配置相應(yīng)的試驗(yàn)儀器。通過(guò)對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)試驗(yàn)技術(shù)的探討研究，分析智能變電站二次系統(tǒng)的試驗(yàn)流程、試驗(yàn)重點(diǎn)和難點(diǎn)，為下一步開(kāi)展智能變電站相關(guān)試驗(yàn)工作打下了基礎(chǔ)。

［1］Q/GDW 383-2009，智能變電站技術(shù)導(dǎo)則［S］.

［2］朱大新.數(shù)字式變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展［J］.電工技術(shù)雜志，2001(4):20-22.

［3］宋卓.淺談電子式互感器的原理及比較［J］.廣西輕工業(yè)，2009，2(2):60-61.

［4］吳在軍，胡敏強(qiáng).基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站自動(dòng)化系統(tǒng)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2003，27(10):61-65.

［5］趙麗君，席向東.數(shù)字化變電站技術(shù)應(yīng)用［J］.電力自動(dòng)化設(shè)備，2008，28(5):118-121.

［6］陳樹(shù)勇，宋書(shū)芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(8):1-7.