繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)方修改定值模式研究

李德文，劉 進(jìn)，劉 偉，侯先棟，周 進(jìn)

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；2.南方電網(wǎng)超高壓輸電公司安寧局，云南昆明 650217)

繼電保護(hù)裝置定值的正確性和適應(yīng)性對(duì)其正確動(dòng)作及電網(wǎng)的安全運(yùn)行有著非常重要的作用。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大。與此同時(shí)新能源發(fā)電、直流輸電等新技術(shù)的廣泛應(yīng)用也使實(shí)際電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜。一般情況下，系統(tǒng)供電方式的改變、設(shè)備檢修、新設(shè)備的投運(yùn)等常常會(huì)引起保護(hù)配置和定值的相應(yīng)改變。若仍依靠傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)手工更改定值的方式，必然大量增加運(yùn)行維護(hù)人員工作量，降低工作效率。

隨著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)，遠(yuǎn)方調(diào)控一體化的條件已經(jīng)逐步成熟[1，2]。作為調(diào)控一體化最基礎(chǔ)的部分，繼電保護(hù)裝置亟需支持遠(yuǎn)方修改定值、切換定值區(qū)、投退軟壓板、復(fù)歸信號(hào)等遠(yuǎn)方操作的通信接口。目前繼電保護(hù)裝置已經(jīng)基本支持這些遠(yuǎn)方操作功能。其中由于裝置定值內(nèi)容的牽涉面較廣，遠(yuǎn)方修改定值操作所需的交互信息比切換定值區(qū)、投退軟壓板要復(fù)雜得多，且存在著各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)[3-7]。因此，本文從繼電保護(hù)裝置的角度，研究歸納了遠(yuǎn)方修改定值的2 種工作模式，并在此基礎(chǔ)上提出了基于預(yù)備定值區(qū)的快速、可靠的遠(yuǎn)方修改定值新模式。

1 繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)方修改定值模式分析

隨著變電站通信規(guī)約IEC 60870-5-103 規(guī)約（以下簡(jiǎn)稱IEC 103）的成熟應(yīng)用，目前現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的繼電保護(hù)裝置大都支持遠(yuǎn)方直接修改當(dāng)前運(yùn)行區(qū)定值功能。即在繼電保護(hù)保護(hù)裝置不停電的情況下，可支持遠(yuǎn)方調(diào)度自動(dòng)化主站或者故障信息主站經(jīng)由站內(nèi)遠(yuǎn)動(dòng)裝置或者故障信息子站修改裝置運(yùn)行區(qū)的定值內(nèi)容。最近幾年，智能變電站大量投運(yùn)，站內(nèi)采用IEC 61850通信規(guī)約的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也在逐漸積累。IEC 61850 規(guī)約定值服務(wù)的編輯區(qū)概念使繼電保護(hù)裝置能夠支持遠(yuǎn)方修改任意區(qū)定值功能。為描述方便，本文中繼電保護(hù)裝置簡(jiǎn)稱為裝置或者保護(hù)裝置；遠(yuǎn)方調(diào)度自動(dòng)化主站、故障信息主站或者遠(yuǎn)動(dòng)裝置、故障信息子站等通過(guò)通信規(guī)約方式修改繼電保護(hù)裝置定值的客戶端，統(tǒng)稱為遠(yuǎn)方或者遠(yuǎn)方自動(dòng)化系統(tǒng)。

1.1 基于運(yùn)行區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式

遠(yuǎn)方直接修改當(dāng)前運(yùn)行區(qū)定值，稱為基于運(yùn)行區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式。一般情況下，僅傳統(tǒng)IEC 103 通信會(huì)采用本模式。IEC 103 規(guī)約的通用分類服務(wù)可實(shí)現(xiàn)當(dāng)前區(qū)定值的讀寫(xiě)[8]，詳細(xì)流程如圖1 所示。

圖1 基于運(yùn)行區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式流程圖

（1）遠(yuǎn)方通過(guò)通用分類服務(wù)寫(xiě)命令將待寫(xiě)的定值條目的值下發(fā)給裝置，裝置收到遠(yuǎn)方通用分類服務(wù)寫(xiě)命令后，將定值條目暫存到內(nèi)部通訊緩存區(qū)；

（2）遠(yuǎn)方通過(guò)通用分類服務(wù)帶執(zhí)行的寫(xiě)命令，向裝置確認(rèn)定值寫(xiě)入操作，裝置收到帶執(zhí)行的寫(xiě)命令后，將內(nèi)部通信緩存定值條目回寫(xiě)到當(dāng)前運(yùn)行定值固化區(qū)中，在此過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置以及保護(hù)功能短暫閉鎖。

運(yùn)行區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式具有操作簡(jiǎn)單、裝置閉鎖時(shí)間短的特點(diǎn)，且不需要更換定值區(qū)號(hào)。但是由于直接修改當(dāng)前區(qū)定值，不具備回讀校核功能，如果中間通信環(huán)節(jié)出錯(cuò)或者保護(hù)裝置內(nèi)部通信緩存區(qū)域定值出錯(cuò)，都不能及時(shí)反饋給遠(yuǎn)方，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤定值投入，從而使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)或者拒動(dòng)。

1.2 基于編輯區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式

遠(yuǎn)方首先修改非運(yùn)行區(qū)定值，核對(duì)成功后，然后再通過(guò)切換定值區(qū)號(hào)把非運(yùn)行區(qū)定值投入運(yùn)行，稱為基于編輯區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式。采用IEC 61850 通信規(guī)約定值服務(wù)實(shí)現(xiàn)[9]。詳細(xì)流程如圖2 所示。

圖2 基于編輯區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式流程圖

（1）遠(yuǎn)方下發(fā)SelectEditSG 服務(wù)將IEC 61850 編輯定值區(qū)寫(xiě)為待整定目標(biāo)區(qū)區(qū)號(hào)；（2）保護(hù)裝置將待整定定值區(qū)內(nèi)容從定值固化區(qū)拷貝至通信緩存的編輯定值區(qū)；（3）遠(yuǎn)方通過(guò)SetEditSGValues 服務(wù)下發(fā)修改定值命令、通過(guò)ConfirmEditSGValues 確認(rèn)寫(xiě)命令；（4）保護(hù)裝置接收到ConfirmEditSGValues 確認(rèn)寫(xiě)命令后將通信緩存的編輯定值區(qū)定值回寫(xiě)到定值固化區(qū)，整定過(guò)程不閉鎖裝置；（5）遠(yuǎn)方通過(guò)GetSGValues 服務(wù)讀取編輯定值區(qū)的定值，核對(duì)定值正確性；（6）核對(duì)無(wú)誤后，遠(yuǎn)方通過(guò)SelectActiveSG 將運(yùn)行定值區(qū)號(hào)寫(xiě)為上述整定目標(biāo)區(qū)區(qū)號(hào)，則保護(hù)裝置切換到新的目標(biāo)定值區(qū)運(yùn)行，在此過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置以及保護(hù)功能短暫閉鎖。

編輯區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式裝置閉鎖時(shí)間短，相較于運(yùn)行區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式，還具有定值核對(duì)無(wú)誤后才投入運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)，可減少定值整定出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。但是該模式的缺點(diǎn)也很明顯，就是運(yùn)行定值區(qū)號(hào)發(fā)生了改變，在電網(wǎng)運(yùn)行方式變化頻繁的情況下，需要不停地切換定值區(qū)號(hào)，會(huì)給運(yùn)行維護(hù)人員帶來(lái)很大困擾。

2 基于預(yù)備定值區(qū)遠(yuǎn)方修改新模式

“預(yù)備定值區(qū)”是裝置在定值固化區(qū)中專門辟出的一段區(qū)域，用于存放即將投入運(yùn)行的定值，此區(qū)不能直接投入運(yùn)行，但可以用專門的命令將此區(qū)拷貝到運(yùn)行區(qū)投入運(yùn)行，此時(shí)裝置的運(yùn)行區(qū)號(hào)不變。預(yù)備定值區(qū)號(hào)可約定為裝置沒(méi)有使用的區(qū)號(hào)，如254。遠(yuǎn)方可以通過(guò)訪問(wèn)定值區(qū)號(hào)254 來(lái)讀寫(xiě)預(yù)備定值區(qū)。

2.1 遠(yuǎn)方通過(guò)IEC 61850 修改定值

通過(guò)IEC 61850 修改具備預(yù)備定值區(qū)的保護(hù)裝置在上述的第二種模式基礎(chǔ)上做出改進(jìn)，主要是把編輯定值區(qū)號(hào)設(shè)為預(yù)備定值區(qū)號(hào)。流程如圖3 所示。

圖3 基于預(yù)備定值區(qū)遠(yuǎn)方修改模式流程圖

（1）遠(yuǎn)方下發(fā)SelectEditSG 服務(wù)將IEC61850 編輯定值區(qū)改為預(yù)備定值區(qū)區(qū)號(hào)；（2）保護(hù)裝置將當(dāng)前預(yù)備定值區(qū)內(nèi)容拷貝至通信緩存的編輯定值區(qū)；（3）遠(yuǎn)方通過(guò)SetEditSGValues 服務(wù)下發(fā)修改定值命令、通過(guò)ConfirmEditSGValues 確認(rèn)寫(xiě)命令；（4）保護(hù)裝置接收到ConfirmEditSGValues 確認(rèn)寫(xiě)命令后將通信緩存的編輯定值區(qū)定值回寫(xiě)到預(yù)備定值區(qū)固化，整定過(guò)程不閉鎖裝置；（5）遠(yuǎn)方通過(guò)GetSGValues 服務(wù)讀取預(yù)備定值區(qū)的定值，核對(duì)定值正確性；（6）核對(duì)無(wú)誤后，遠(yuǎn)方通過(guò)SelectActiveSG 將運(yùn)行定值區(qū)寫(xiě)為預(yù)備定值區(qū)區(qū)號(hào)；（7）保護(hù)裝置將預(yù)備定值區(qū)內(nèi)容拷貝到當(dāng)前運(yùn)行定值區(qū)，在拷貝過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置以及保護(hù)功能短暫閉鎖。

2.2 遠(yuǎn)方通過(guò)IEC 103 修改定值

借鑒IEC 61850 編輯定值區(qū)概念，通過(guò)IEC 103修改具備預(yù)備定值區(qū)的保護(hù)裝置，需要在定值區(qū)號(hào)通用分類服務(wù)組里來(lái)擴(kuò)展定義編輯定值區(qū)號(hào)條目，用于指定當(dāng)前編輯定值區(qū)指向的定值存儲(chǔ)區(qū)。擴(kuò)展后的定值區(qū)號(hào)組包括運(yùn)行定值區(qū)號(hào)和編輯定值區(qū)號(hào)，如表1所示。

表1 IEC 103 擴(kuò)展定義的定值區(qū)號(hào)組

遠(yuǎn)方通過(guò)IEC 103 對(duì)具備編輯定值區(qū)號(hào)組的裝置進(jìn)行定值的讀寫(xiě)，是對(duì)編輯區(qū)定值進(jìn)行的操作。當(dāng)編輯定值區(qū)號(hào)設(shè)定為預(yù)備定值區(qū)號(hào)時(shí)，接下來(lái)的定值讀寫(xiě)均是對(duì)預(yù)備定值區(qū)的操作。通過(guò)IEC 103 修改定值和通過(guò)IEC 61850 修改定值流程類似，可參考圖3。其具體過(guò)程：（1）遠(yuǎn)方通過(guò)通用分類服務(wù)寫(xiě)命令將裝置的編輯定值區(qū)號(hào)設(shè)定為預(yù)備定值區(qū)號(hào)；（2）保護(hù)裝置將預(yù)備定值區(qū)內(nèi)容拷貝至通信緩存的編輯定值區(qū)；（3）遠(yuǎn)方通過(guò)通用分類服務(wù)寫(xiě)命令將待寫(xiě)的定值條目的值下發(fā)給裝置，通過(guò)通用分類服務(wù)帶執(zhí)行的寫(xiě)命令向裝置確認(rèn)定值寫(xiě)入；（4）保護(hù)裝置接收到帶執(zhí)行的確認(rèn)寫(xiě)命令后將通信緩存的編輯定值區(qū)定值回寫(xiě)到預(yù)備定值區(qū)固化，整定過(guò)程不閉鎖裝置；（5）遠(yuǎn)方通過(guò)通用分類服務(wù)讀取預(yù)備定值區(qū)的定值，核對(duì)定值正確性；（6）遠(yuǎn)方通過(guò)通用分類數(shù)據(jù)寫(xiě)命令將運(yùn)行定值區(qū)號(hào)寫(xiě)為預(yù)備定值區(qū)區(qū)號(hào)；（7）保護(hù)裝置將預(yù)備定值區(qū)內(nèi)容拷貝到當(dāng)前定值區(qū)運(yùn)行，區(qū)號(hào)不變，在拷貝過(guò)程中，繼電保護(hù)裝置以及保護(hù)功能短暫閉鎖。

2.3 優(yōu)缺點(diǎn)比較

通過(guò)上面的分析可知，基于預(yù)備定值區(qū)遠(yuǎn)方修改新模式在編輯區(qū)定值修改模式基礎(chǔ)上，擴(kuò)展一個(gè)預(yù)備定值區(qū)，在裝置不閉鎖的情況下，用于定值的預(yù)先整定和校核，校核通過(guò)后，再把預(yù)備定值區(qū)內(nèi)容拷貝至當(dāng)前運(yùn)行區(qū)。新模式能夠同時(shí)適應(yīng)IEC 103 和IEC 618502種通信方式，具有裝置閉鎖時(shí)間短、定值核對(duì)無(wú)誤后才投入運(yùn)行的特點(diǎn)。相較于編輯區(qū)定值遠(yuǎn)方修改模式，具有不改變運(yùn)行定值區(qū)號(hào)的優(yōu)點(diǎn)，既能夠適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行方式頻繁變化的定值調(diào)整要求，也有利于系統(tǒng)運(yùn)行人員的常規(guī)管理。該模式和前2 種模式的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2 所示。

表2 繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)方修改定值模式優(yōu)缺點(diǎn)比較

3 結(jié)束語(yǔ)

基于預(yù)備定值區(qū)的繼電保護(hù)裝置遠(yuǎn)方修改定值模式能夠在不切換裝置運(yùn)行定值區(qū)號(hào)的情況下，快速、安全、可靠地修改定值，對(duì)于調(diào)控一體化的推廣具有重要研究意義。該模式在不影響現(xiàn)有裝置保護(hù)邏輯的前提下，對(duì)管理程序進(jìn)行升級(jí)即可實(shí)現(xiàn)，配合遠(yuǎn)方切換定值區(qū)號(hào)、遠(yuǎn)方投退軟壓板等功能，具有較強(qiáng)的操作性。目前已經(jīng)在廣東地區(qū)部分變電站試點(diǎn)實(shí)施，實(shí)踐表明，該模式可大大減少運(yùn)行操作人員維護(hù)工作量，提高供電經(jīng)濟(jì)效益。

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