基于IEC61850的智能變電站測試及故障處理研究

楊荊宜 彭芝萍

(1.哈爾濱工程大學自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.國網(wǎng)宜昌供電公司電力經(jīng)濟技術研究所，湖北 宜昌 443001)

基于IEC61850的智能變電站測試及故障處理研究

楊荊宜1彭芝萍2

(1.哈爾濱工程大學自動化學院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.國網(wǎng)宜昌供電公司電力經(jīng)濟技術研究所，湖北 宜昌 443001)

IEC 61850標準的應用就是使變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡化和數(shù)字化的過程。這一過程使智能變電站賦予了新的工作內(nèi)涵，也對智能電網(wǎng)檢測、現(xiàn)場調(diào)試與驗收工作提出了全新的要求和規(guī)范，這不僅需要根據(jù)IEC 61850標準測試和驗證系統(tǒng)中的硬件、軟件，還需對系統(tǒng)中使用設備的配置文件、系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息模型文件進行測試和驗證，但更重要的是必須測試這些設備在網(wǎng)絡中運行的性能，對整站進行系統(tǒng)級測試，并對故障進行處理。

IEC61850;智能變電站；現(xiàn)場測試

1 引言

智能變電站的特點是“一次設備智能化，二次設備網(wǎng)絡化，設備對象模型化”，這與常規(guī)變電站有著顯著的差別。這使得常規(guī)的變電站設備的調(diào)試方法在智能變電站中不再適用，同時智能變電站的現(xiàn)場調(diào)試和性能測試也有著新的特點。數(shù)字化技術的應用使單個設備與其他設備的關聯(lián)性日益緊密，對智能變電站設備的測試，僅停留在單裝置的單元測試是不夠的，不考慮變電站系統(tǒng)級測試就無法檢測裝置間以及整個變電站系統(tǒng)的功能和性能。隨著智能變電站的運行、維護的安全、穩(wěn)定要求被越來越重視，迫切需要從全站角度來探索對設備的系統(tǒng)級測試手段、相應的測試方法。

本文對基于IEC61850的一致性測試，出廠測試和現(xiàn)場測試進行了分析和總結，并以220kV夷陵智能變電站改造工程為依托對工程測試當中遇到的問題進行分析并提出相應的解決辦法。

2 智能變電站測試的方法

智能變電站測試分為集成測試以及現(xiàn)場測試。集成測試的概念最早由軟件系統(tǒng)開發(fā)引入，電力系統(tǒng)引入集成測試是從調(diào)度軟件開始的。集成測試之前先對系統(tǒng)進行組態(tài)配置，然后對所有設備進行單體調(diào)試，單體測試滿足要求后還要對相關設備組成的分系統(tǒng)進行調(diào)試，因為設備在進行單體測試時可能誤差滿足要求，但組成分系統(tǒng)后各個模塊誤差累計可能就會超出規(guī)范要求。

2.1 宜昌夷陵站組態(tài)配置過程

夷陵智能變電站SCD配置過程主要由以下幾部分：

(1)收集全站IED的ICD配置文件，確認準確無誤后，填寫廠站ICD信息表。

(2) 根據(jù)設計院提供的文件定義全站所有二次裝置的作用，填寫《變電站二次設備定義》表，自動生成IED名，并導入ICD文件。

(3) 分配IED裝置SV、GOOSE、MMS控制塊，配置站控層網(wǎng)絡，為IED裝置分配SV、GOOSE組播地址，為IED裝置分配IP地址，配置虛端子。

(4)配置SCD文件。

(5)SCD文件下裝到各個IED生成實例化CID文件。

2.2 夷陵站GOOSE組播地址

MAC地址：夷陵站GOOSE控制塊的MAC地址字段為01-0C-CD-01-XX-XX，如220kV遠雙線測控裝置GOOSE層MAC地址：01-0C-CD-01-00-01。

APPID：與MAC地址的末四位保持一致，如上例220kV遠雙線測控裝置的APPID為0001。

夷陵站SV組播地址

MAC地址：夷陵站SV控制塊的MAC地址字段為01-0C-CD-04-XX-XX，如220kV遠雙線測控裝置SV層MAC地址：01-0C-CD-04-00-01。

變電站測試是在實驗室用臨時光纖搭建的系統(tǒng)，很多與一次設備相關的部分都是用模擬設備取代，這也是集成測試不足的地方?，F(xiàn)場測試時盡量保證回路的完整性，從源頭施加信號，在終端接收信號，否則的話測試工作給集成測試造成重復，導致資源浪費，而且發(fā)現(xiàn)不了設備現(xiàn)場工作中存在的問題。

3 現(xiàn)場調(diào)試階段故障及處理

3.1 GOOSE通信中斷分析

(1)現(xiàn)象：夷陵變電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡采用雙以太網(wǎng)星型結構，間隔層與站控層間MMS通信，間隔層各測控裝置之間實現(xiàn)聯(lián)閉鎖通信，測試過程中，后臺監(jiān)控經(jīng)常報1號變壓器220kV側與1號變壓器10kV側GOOSE的A網(wǎng)、B網(wǎng)通信中斷與自動恢復故障。

(2)測試：為確定故障原因，采用移動記錄分析儀在變電站進行測試。首先將后臺1的A網(wǎng)、后臺2的A網(wǎng)、遠動1的A網(wǎng)和遠動2的A網(wǎng)鏡像到交換機端口，并將移動記錄分析儀網(wǎng)絡監(jiān)聽口連接到交換機端口。利用移動式報文分析儀在線監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)1號變壓器10kV測控裝置發(fā)送的報文stNum與sqNum變化錯誤，上一幀報文為(1,222397)，下一幀報文為(1,222399)，丟了一幀心跳報文。接收端判斷通信中斷的標準為在兩倍的Time Allowed to Live時間內(nèi)沒有收到任何報文，就判斷為通信中斷。由于1號變壓器220kV側測控裝置設置的Time Allowed to Live時間為10s。

(3)分析：利用移動報文分析儀檢測220kV側測控裝置上送的MMS報文發(fā)現(xiàn)40、41信息發(fā)生變位，2s后復歸。通過SCD配置工具檢查220kV側測控裝置接收GOOSE數(shù)據(jù)集，檢查報告控制塊中40、41信息描述為“40∶1號變壓器220kV與1號變壓器10kV側GOOSE通信中斷，41：1號變壓器220kV與1號變壓器10kV側GOOSE通信恢復”。至此，可初步斷定誤報通信中斷的原因是1號變壓器10kV側測控裝置發(fā)送丟失一幀報文后，1號變壓器220kV側測控裝置GOOSE通信中斷判斷程序存在錯誤?？紤]到母差調(diào)試過程中，廠家修改過220kV側測控裝置配置文件，檢查220kV側測控裝置發(fā)送的報文，發(fā)現(xiàn)GOOSE報文中Time Allowed to Live時間均為4s。這就是說在8s內(nèi)接收不到一幀報文，就會判斷為GOOSE通信中斷，當10kV側測控裝置丟一幀報文時，相鄰兩幀報文間隔10s就超出了這個范圍，1號變壓器220kV側測控裝置就會誤報通信中斷。

(4)故障原因：由于廠家就地工程人員臨時修改了ICD中GOOSE報文Time Allowed to Live時間，而沒有及時修改回來，導致1號變壓器220kV側測控裝置GOOSE通信中斷判斷程序存在錯誤。

3.2 MMS通信異常分析

(1)現(xiàn)象：夷陵變電站調(diào)試過程中，后臺監(jiān)控在聯(lián)調(diào)中發(fā)現(xiàn)部分間隔的遙信變位錯誤，但上送調(diào)度遙信變位正常。

(2)測試：采用移動記錄分析儀分析變電站故障原因，由于MMS通信基于TCP/IP，需要將后臺接口和遠動機接口接入交換機進行監(jiān)聽。

(3)分析：由于MMS客戶端對服務端報告控制塊信息上送方式采用定值方式，后臺監(jiān)控與測控裝置通信前，會有一個MMS初始化過程，在這個初始化過程中由后臺監(jiān)控對測控裝置的遙信觸發(fā)方式進行設置，若初始化失敗，測控裝置的遙信變位就不能正常反映。分析后發(fā)現(xiàn)后臺監(jiān)控系統(tǒng)對測控裝置MMS初始化與遠動對測控裝置的MMS初始化采用相同的實例號，由于后臺監(jiān)控系統(tǒng)滯后遠動系統(tǒng)，實例被遠動系統(tǒng)鎖定倒是后臺監(jiān)控測控裝置初始化出錯。

(4)處理：修改后臺監(jiān)控對測控裝置報告控制塊的實例號，重新后臺監(jiān)控，檢測后臺監(jiān)控與測控裝置MMS通信初始化正常，進行遙信變位試驗，后臺監(jiān)控和調(diào)度主站都反映正常，故障消除。

4 現(xiàn)場調(diào)試階段需要注意的問題

受目前測試方案、測試工具的限制，以及測試人員對智能變電站的理解程度有限，夷陵智能變電站測試過程中還存在一些不足之處，認真總結分析夷陵智能變電站自動化系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問題，可以為今后智能變電站的調(diào)試工作提供一些借鑒和幫助。

(1)現(xiàn)場安裝與土建同時進行時會對設備尤其是光纖造成污染甚至損壞，光纖的作用如常規(guī)變電站中電纜一樣，其重要性不言而喻。

(2)設計方、廠家和調(diào)試人員應加強溝通，在對夷陵站1#主變中壓側間隔調(diào)試時，智能終端跳閘出口動作，但是斷路器并沒有可靠跳閘。多次調(diào)試，并無結果，最后結合阿爾斯通廠家和設計方才找出問題，原因是在操作回路中串入五防鎖位置不合理導致斷路器跳閘回路失效。

(3)夷陵變電站出于可靠性考慮，采用“常規(guī)互感器+合并單元”的采樣模式，使集成測試和現(xiàn)場調(diào)試都少了很大工作量。

(4)合理的測試方案、測試順序有待進一步優(yōu)化，比如在夷陵變電站220kV線路間隔保護測試時，由于智能組件和保護裝置都是雙套配置，一開始先驗證單套智能組件的正確性，帶上開關后也是逐套驗證保護功能是否正常，同一個信號要進行兩次驗證，可以改進為先統(tǒng)一對兩套智能組件進行驗證，正確后帶一次設備同一信號只用操作一次，在后臺可以同時觀察兩套設備明顯節(jié)省時間。

5 總結

國家電網(wǎng)公司提出建設“堅強智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略，智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要支撐，其安全可靠運行非常重要，對智能變電站自動化系統(tǒng)進行全面調(diào)試是其安全投入運行的必要前提。

本文對夷陵變電站情測試況進行了介紹，現(xiàn)場測試階段列舉了幾項與常規(guī)變電站測試有明顯區(qū)別的測試項目，并對現(xiàn)場測試時應用非常多的實時報文進行分析，以夷陵變電站對現(xiàn)場測試為例，對遇到的問題和需要注意的地方進行重點說明。此外，結合集成測試和現(xiàn)場測試遇到問題和存在的不足，提出了適合智能變電站的保護IED測試平臺，并給出了測試平臺的功能模塊和測試流程。

[1] 劉穎.基于GOOSE的智能變電站通信網(wǎng)絡研究與應用[D].西南交通大學,2012.

[2] 侯曉鳳.基于IEC61850標準的智能變電站繼電保護技術研究[D].上海交通大學,2011.

[3] 劉海濤.新型變電站集控系統(tǒng)的研究與應用[D].華北電力大學(河北),2010.

[4] 凌平,沈冰,周健.全數(shù)字化變電站系統(tǒng)的檢測手段研究[J].華東電力,2009,(6).

《電氣開關》雜志投稿簡則

《電氣開關》雜志是國內(nèi)外公開發(fā)行的科技期刊，本刊刊登主要內(nèi)容：電氣元件、電氣控制裝置、低壓電器、防爆電器等方面的科研成果論文、設計制造經(jīng)驗、介紹新材料、新工藝的研究和應用以及上述產(chǎn)品的改進措施和實際運行經(jīng)驗。

來稿要求：文字簡煉，量的符號和單位必須符合國家標準、國際標準，文中的各種符號、單位、腳標及大小寫均要書寫清楚，容易混淆的外文字母、符號、特殊注明。

凡向本刊投搞作者，請注明本人的詳細地址、單位、電話、職務和目前所從事的工作，以便我們能隨時與作者聯(lián)系。

我刊審搞結果將在一個月內(nèi)通過電子信箱予以回復，請投稿者注意查收。

E-mail:sydqkg@163.com

Research on Test and Fault Treatment Based on the Intelligant Substation of IEC 61850

YANGJing-yi1,PENGZhi-ping2

(1.Automatin College of Haerbin Engineering University,Haerbin 150000,China;2.Electric Power Economic and Technical Institute of state Grid Yichang Power Supply Company,Yichang 443001,China)

The applicatin of IEC61850 is to make the substation system network and digitization.This process makes the intelligent substation give new work connotation and also propose all the new requirements and standards for the test field debagging and acceptance of the intelligent network.This not only needs the hardware and software according to the test and verification systems but also carry out the test and verification that the configuration docaments,system data and informatin model documents are used in the system.But it is more important to test the device performance in the network pperation and carry out system level test for all the substation and handle the faults.

IEC 61850;infelligent substation;field test

1004-289X(2015)03-0060-03

TM63

B

2015-03-10