分布式備自投優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用探索

劉曉陽

摘? 要：在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，一般使用專門的備自投裝置來實(shí)現(xiàn)備自投的功能，應(yīng)用信息交換更簡單、快捷的備自投裝置對(duì)現(xiàn)代智能變電站的發(fā)展來說有著重要的意義。綜合各方面因素，提出一種基于間隔層的分布式備自投優(yōu)化設(shè)計(jì)及其在智能變電站中的應(yīng)用方案，采用 GOOSE傳輸機(jī)制來完來實(shí)現(xiàn)備自投功能，以供參考。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);智能變電站;分布式備自投;GOOSE信息

中圖分類號(hào)：TM762 ????????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? ????????????文章編號(hào)：2095-6835（2014）23-0002-02

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，變電站的建設(shè)越來越趨向于智能化和高效化，各類有關(guān)的設(shè)備也在不斷發(fā)展和完善。但許多變電站的備自投裝置仍處于較落后的狀態(tài)，功能的發(fā)揮受到了很大的限制。如何對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造，探索更為智能化的實(shí)現(xiàn)方式成為了人們需要解決的問題。

1? 分布式備自投的含義

智能變電站以IEC61850為通信準(zhǔn)則，在信息采集、傳輸、處理、輸出的過程實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化的變電站。IEC61850提出的GOOSE通用傳輸機(jī)制，可以實(shí)現(xiàn)快速、安全地?cái)?shù)據(jù)交換。GOOSE可以實(shí)現(xiàn)保護(hù)跳合閘、遙控跳合閘和遙信量的傳輸?shù)裙δ?。網(wǎng)絡(luò)的GOOSE機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)化采樣技術(shù)的成功應(yīng)用使得網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)逐步成為現(xiàn)實(shí)，分布式備自投就是網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)最成功的運(yùn)用。

2? 分布式備自投實(shí)現(xiàn)方式

分布式備自投在網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式上可分為兩種，分別是基于過程層采樣值（SMV）傳輸?shù)姆植际絺渫逗突陂g隔層GOOSE報(bào)文的分布式備自投。前者各間隔的采樣值是分布的，但邏輯判別功能是集中在固定的單一裝置中;后者的邏輯判別功能均分散于不同的裝置中。

2.1? 基于過程層采樣值（SMV）傳輸?shù)姆植际絺渥酝?/p>

此種方式需要2個(gè)及以上不同間隔的合并單元向其傳送采樣值，或者通過直連光纜向其傳送采樣值。該方式的網(wǎng)絡(luò)相對(duì)

復(fù)雜，且存在相對(duì)于兩條線路保護(hù)裝置而言的冗余邏輯節(jié)點(diǎn)。

110 kV備自投所需的模擬量均由現(xiàn)場(chǎng)采集單元采集后通過直連光纜至備自投合并單元送至備自投裝置。開關(guān)量和保護(hù)動(dòng)作信息通過過程層網(wǎng)絡(luò)向備自投裝置傳送。同時(shí)，110 kV備自投的分合閘命令通過網(wǎng)絡(luò)傳送給110 kV線路和分段智能操作箱，以跳合相應(yīng)的開關(guān)。

目前，智能變電站備自投裝置基本采用此種方案實(shí)現(xiàn)。保護(hù)配置方案如圖1所示。

圖1? 保護(hù)配置方案圖

基于過程層采樣值（SMV）傳輸?shù)姆植际絺渥酝杜c常規(guī)備自投具有極大的相似性，在開關(guān)量和模擬量的采樣方式上完全一致，僅在傳送介質(zhì)上有所不同，在分合閘出口上則采用了經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)輸出信號(hào)跳合開關(guān)的方式。某些變電站由于在設(shè)計(jì)上采用了“直采直跳”的方式，這與常規(guī)變電站完全相同，因此，此種方式仍然屬于常規(guī)保護(hù)功能定義范疇，在保護(hù)原理方面并沒有跨越式的升級(jí)發(fā)展。

2.2? 基于間隔層GOOSE報(bào)文的分布式備自投

基于間隔層GOOSE報(bào)文的分布式備自投功能是由不同保護(hù)對(duì)象的間隔層裝置共同完成的，由各進(jìn)線保護(hù)測(cè)控裝置完成進(jìn)線有無電壓和電流、母線有無電壓的判別。由分段智能接口單元完成分段開關(guān)位置的采集，由線路智能接口單元完成線路開關(guān)位置的采集，將獲得的信息通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給主邏輯單元，完成運(yùn)行方式識(shí)別和動(dòng)作邏輯判斷。

此方式開關(guān)量和邏輯信息采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)GOOSE信號(hào)，通過數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸給主邏輯單元，邏輯輸出結(jié)果也以GOOSE方式傳輸給分散執(zhí)行單元，完成開關(guān)的跳合。這樣能夠更加靈活地實(shí)現(xiàn)備自投功能。備自投可以存在于任意間隔的保護(hù)測(cè)控裝置中。

結(jié)合上述概念，并根據(jù)圖1所示變電站的現(xiàn)場(chǎng)情況，筆者將110 kV備自投功能按照所提出的理論進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)。具體備自投邏輯功能實(shí)現(xiàn)為：①采樣值（SMV）的獲取。110 kV兩段母線電壓輸出數(shù)字信號(hào)通過光纖到110 kV電壓合并單元，再通過電壓擴(kuò)展單元輸出到兩條線路的合并單元，實(shí)現(xiàn)采樣值的合并處理。110 kV線路保護(hù)測(cè)控裝置從110 kV線路保護(hù)合并單元取到所需用到的電壓電流量。②備自投邏輯功能的實(shí)現(xiàn)。備自投邏輯功能由分段保護(hù)測(cè)控裝置和線路保護(hù)測(cè)控裝置共同完成。線路保護(hù)測(cè)控裝置完成備自投功能的分散執(zhí)行，同時(shí)，分段保護(hù)測(cè)控裝置結(jié)合由智能接口單元通過GOOSE信號(hào)傳輸?shù)木€路斷路器位置，完成110 kV備自投功能的集中處理。

保護(hù)測(cè)控的配置具體為：①進(jìn)線Ⅰ測(cè)控裝置中配置備自投功能模塊，包括當(dāng)進(jìn)線Ⅰ無流時(shí)，發(fā)出進(jìn)線Ⅰ無流GOOSE信息;檢測(cè)Ⅰ母線電壓狀態(tài)，發(fā)送Ⅰ母線有壓或無壓GOOSE信息;完成Ⅰ母線PT斷線告警判別;將DL1開關(guān)量信息以GOOSE信號(hào)形式傳輸給主邏輯單元;接收主邏輯單元下發(fā)的GOOSE命令，驅(qū)動(dòng)DL1動(dòng)作。②進(jìn)線Ⅱ測(cè)控裝置中配置備自投功能模塊，包括當(dāng)進(jìn)線Ⅱ無流時(shí)，發(fā)出進(jìn)線Ⅱ無流GOOSE信息;檢測(cè)Ⅱ母線電壓狀態(tài)，發(fā)Ⅱ母線有壓或者無壓GOOSE信息;完成Ⅱ母線PT斷線告警判別;將DL2開關(guān)量信息以GOOSE信號(hào)形式傳輸給主邏輯單元;接收主邏輯單元下發(fā)的GOOSE命令，驅(qū)動(dòng)DL2動(dòng)作。③分段保護(hù)測(cè)控裝置中配置備自投主邏輯單元，包括檢測(cè)DL3開關(guān)量信息;接收各分散功能模塊發(fā)送的GOOSE信息，經(jīng)運(yùn)行方式識(shí)別和邏輯判斷，以GOOSE信息形式給各分散功能模塊發(fā)送邏輯判別結(jié)果。

如果備自投主邏輯單元單獨(dú)設(shè)立裝置或集成在其他保護(hù)裝置內(nèi)時(shí)，只需要將上述分段開關(guān)DL3的狀態(tài)位置以GOOSE信號(hào)方式上送即可。

線路備自投功能的動(dòng)作執(zhí)行由分段保護(hù)測(cè)控裝置通過GOOSE信息實(shí)時(shí)傳送到110 kV線路斷路器的智能接口單元完成。備自投的動(dòng)作邏輯和常規(guī)備自投相同，在此不再贅述。此外，裝置所需的閉鎖備自投信號(hào)可通過GOOSE信息得到。

3? 本設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

在常規(guī)變電站和基于過程層采樣值傳輸?shù)姆植际絺渥酝吨?，已有相?yīng)的測(cè)控裝置完成備自投功能所需的所有模擬量和開關(guān)量的采集，單獨(dú)設(shè)立的備自投裝置又對(duì)這些量進(jìn)行重復(fù)采集，造成設(shè)置的二次電纜或光纜較多，投運(yùn)檢修不方便。特別是當(dāng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)改變時(shí)，除了需要對(duì)邏輯處理軟件進(jìn)行修改外，還需要修改部分二次電纜，增加了再次投入運(yùn)行的工作量和施工風(fēng)險(xiǎn)。

而本設(shè)計(jì)方案是在各間隔測(cè)控裝置中完成電壓、電流的判別，利用智能變電站中已有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以GOOSE信息方式傳輸給主邏輯單元，邏輯處理結(jié)果再以GOOSE信息形式發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)備自投功能。該過程的特點(diǎn)是：①接線簡單。由于各間隔通過直接采樣相應(yīng)的模擬量、開關(guān)量和保護(hù)動(dòng)作信息來完成各自備自投功能模塊的判別邏輯，并通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸GOOSE信息至邏輯主單元，因此，省去了室外設(shè)備區(qū)至備自投、線路保護(hù)測(cè)控裝置至備自投之間的大量直聯(lián)光纜和備自投裝置，避免了不同設(shè)備的重復(fù)采樣。②傳輸信息量少。各間隔采樣SMV數(shù)據(jù)不再傳輸給主單元，而是各自采樣判別后發(fā)送GOOSE信號(hào)給邏輯主單元，從而大大減輕了合并單元或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的傳輸負(fù)擔(dān)，避免可能因此造成裝置死機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致信息中斷。③擴(kuò)展方便。變電站需要擴(kuò)建線路間隔時(shí)，只需將新增設(shè)備配置的備自投功能模塊并接入GOOSE網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)110 kV進(jìn)線備自投邏輯主單元軟件作相應(yīng)修改即可，無需改造或更換原有的備自投裝置。④兼容性強(qiáng)。新增線路間隔或更換保護(hù)測(cè)控裝置時(shí)，任何支持IEC61850通信協(xié)議的設(shè)備均可接入備自投網(wǎng)絡(luò)，無需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文給出了一種在智能變電站中基于間隔層的分布式備自投的設(shè)計(jì)方案，采取了通過GOOSE信號(hào)來給處理單元輸送判別結(jié)果的方式，又以GOOSE信號(hào)的形式把輸出結(jié)果傳送給保護(hù)測(cè)控裝置驅(qū)動(dòng)智能接口單元來完成整個(gè)操作功能，是一種更有效率和保證的方案，可在智能變電站中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫鳴，許航.含分布式電源接入的變電站備自投應(yīng)用問題[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010（04）.

[2]高研，高研斌，強(qiáng)勇樂.分布式電源對(duì)重合閘和備自投裝置的影響及解決方案[J].電工電氣，2012（09）.

〔編輯：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message

如果備自投主邏輯單元單獨(dú)設(shè)立裝置或集成在其他保護(hù)裝置內(nèi)時(shí)，只需要將上述分段開關(guān)DL3的狀態(tài)位置以GOOSE信號(hào)方式上送即可。

線路備自投功能的動(dòng)作執(zhí)行由分段保護(hù)測(cè)控裝置通過GOOSE信息實(shí)時(shí)傳送到110 kV線路斷路器的智能接口單元完成。備自投的動(dòng)作邏輯和常規(guī)備自投相同，在此不再贅述。此外，裝置所需的閉鎖備自投信號(hào)可通過GOOSE信息得到。

3? 本設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

在常規(guī)變電站和基于過程層采樣值傳輸?shù)姆植际絺渥酝吨?，已有相?yīng)的測(cè)控裝置完成備自投功能所需的所有模擬量和開關(guān)量的采集，單獨(dú)設(shè)立的備自投裝置又對(duì)這些量進(jìn)行重復(fù)采集，造成設(shè)置的二次電纜或光纜較多，投運(yùn)檢修不方便。特別是當(dāng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)改變時(shí)，除了需要對(duì)邏輯處理軟件進(jìn)行修改外，還需要修改部分二次電纜，增加了再次投入運(yùn)行的工作量和施工風(fēng)險(xiǎn)。

而本設(shè)計(jì)方案是在各間隔測(cè)控裝置中完成電壓、電流的判別，利用智能變電站中已有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以GOOSE信息方式傳輸給主邏輯單元，邏輯處理結(jié)果再以GOOSE信息形式發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)備自投功能。該過程的特點(diǎn)是：①接線簡單。由于各間隔通過直接采樣相應(yīng)的模擬量、開關(guān)量和保護(hù)動(dòng)作信息來完成各自備自投功能模塊的判別邏輯，并通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸GOOSE信息至邏輯主單元，因此，省去了室外設(shè)備區(qū)至備自投、線路保護(hù)測(cè)控裝置至備自投之間的大量直聯(lián)光纜和備自投裝置，避免了不同設(shè)備的重復(fù)采樣。②傳輸信息量少。各間隔采樣SMV數(shù)據(jù)不再傳輸給主單元，而是各自采樣判別后發(fā)送GOOSE信號(hào)給邏輯主單元，從而大大減輕了合并單元或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的傳輸負(fù)擔(dān)，避免可能因此造成裝置死機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致信息中斷。③擴(kuò)展方便。變電站需要擴(kuò)建線路間隔時(shí)，只需將新增設(shè)備配置的備自投功能模塊并接入GOOSE網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)110 kV進(jìn)線備自投邏輯主單元軟件作相應(yīng)修改即可，無需改造或更換原有的備自投裝置。④兼容性強(qiáng)。新增線路間隔或更換保護(hù)測(cè)控裝置時(shí)，任何支持IEC61850通信協(xié)議的設(shè)備均可接入備自投網(wǎng)絡(luò)，無需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文給出了一種在智能變電站中基于間隔層的分布式備自投的設(shè)計(jì)方案，采取了通過GOOSE信號(hào)來給處理單元輸送判別結(jié)果的方式，又以GOOSE信號(hào)的形式把輸出結(jié)果傳送給保護(hù)測(cè)控裝置驅(qū)動(dòng)智能接口單元來完成整個(gè)操作功能，是一種更有效率和保證的方案，可在智能變電站中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫鳴，許航.含分布式電源接入的變電站備自投應(yīng)用問題[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010（04）.

[2]高研，高研斌，強(qiáng)勇樂.分布式電源對(duì)重合閘和備自投裝置的影響及解決方案[J].電工電氣，2012（09）.

〔編輯：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message

如果備自投主邏輯單元單獨(dú)設(shè)立裝置或集成在其他保護(hù)裝置內(nèi)時(shí)，只需要將上述分段開關(guān)DL3的狀態(tài)位置以GOOSE信號(hào)方式上送即可。

線路備自投功能的動(dòng)作執(zhí)行由分段保護(hù)測(cè)控裝置通過GOOSE信息實(shí)時(shí)傳送到110 kV線路斷路器的智能接口單元完成。備自投的動(dòng)作邏輯和常規(guī)備自投相同，在此不再贅述。此外，裝置所需的閉鎖備自投信號(hào)可通過GOOSE信息得到。

3? 本設(shè)計(jì)方案的優(yōu)點(diǎn)

在常規(guī)變電站和基于過程層采樣值傳輸?shù)姆植际絺渥酝吨校延邢鄳?yīng)的測(cè)控裝置完成備自投功能所需的所有模擬量和開關(guān)量的采集，單獨(dú)設(shè)立的備自投裝置又對(duì)這些量進(jìn)行重復(fù)采集，造成設(shè)置的二次電纜或光纜較多，投運(yùn)檢修不方便。特別是當(dāng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)改變時(shí)，除了需要對(duì)邏輯處理軟件進(jìn)行修改外，還需要修改部分二次電纜，增加了再次投入運(yùn)行的工作量和施工風(fēng)險(xiǎn)。

而本設(shè)計(jì)方案是在各間隔測(cè)控裝置中完成電壓、電流的判別，利用智能變電站中已有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以GOOSE信息方式傳輸給主邏輯單元，邏輯處理結(jié)果再以GOOSE信息形式發(fā)出，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)備自投功能。該過程的特點(diǎn)是：①接線簡單。由于各間隔通過直接采樣相應(yīng)的模擬量、開關(guān)量和保護(hù)動(dòng)作信息來完成各自備自投功能模塊的判別邏輯，并通過網(wǎng)絡(luò)來傳輸GOOSE信息至邏輯主單元，因此，省去了室外設(shè)備區(qū)至備自投、線路保護(hù)測(cè)控裝置至備自投之間的大量直聯(lián)光纜和備自投裝置，避免了不同設(shè)備的重復(fù)采樣。②傳輸信息量少。各間隔采樣SMV數(shù)據(jù)不再傳輸給主單元，而是各自采樣判別后發(fā)送GOOSE信號(hào)給邏輯主單元，從而大大減輕了合并單元或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的傳輸負(fù)擔(dān)，避免可能因此造成裝置死機(jī)，進(jìn)而導(dǎo)致信息中斷。③擴(kuò)展方便。變電站需要擴(kuò)建線路間隔時(shí)，只需將新增設(shè)備配置的備自投功能模塊并接入GOOSE網(wǎng)絡(luò)，并對(duì)110 kV進(jìn)線備自投邏輯主單元軟件作相應(yīng)修改即可，無需改造或更換原有的備自投裝置。④兼容性強(qiáng)。新增線路間隔或更換保護(hù)測(cè)控裝置時(shí)，任何支持IEC61850通信協(xié)議的設(shè)備均可接入備自投網(wǎng)絡(luò)，無需進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。

4? 結(jié)束語

綜上所述，本文給出了一種在智能變電站中基于間隔層的分布式備自投的設(shè)計(jì)方案，采取了通過GOOSE信號(hào)來給處理單元輸送判別結(jié)果的方式，又以GOOSE信號(hào)的形式把輸出結(jié)果傳送給保護(hù)測(cè)控裝置驅(qū)動(dòng)智能接口單元來完成整個(gè)操作功能，是一種更有效率和保證的方案，可在智能變電站中推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫鳴，許航.含分布式電源接入的變電站備自投應(yīng)用問題[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2010（04）.

[2]高研，高研斌，強(qiáng)勇樂.分布式電源對(duì)重合閘和備自投裝置的影響及解決方案[J].電工電氣，2012（09）.

〔編輯：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message