基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站檢修機(jī)制設(shè)計與分析

黃少瑞，朱婷婷

(國網(wǎng)吳忠供電公司，寧夏回族自治區(qū) 吳忠 751100)

0 引言

在常規(guī)變電站中檢修一次或二次設(shè)備時，為了不影響后臺及調(diào)度正常的信息采集，在保護(hù)裝置中專門設(shè)置了檢修連接片。這樣在保護(hù)傳動調(diào)試過程中，裝置就不會向后臺發(fā)送任何因檢修時發(fā)送的保護(hù)信號，這就不會影響本站后臺或者各級調(diào)度正常的監(jiān)視工作，但是這樣的檢修功能比較單一。隨著智能化變電站的日益發(fā)展，具有邏輯判斷能力的設(shè)備數(shù)量越來越多，設(shè)備之間的配合關(guān)系越來越復(fù)雜。為了避免在檢修過程中由于人為原因造成保護(hù)裝置誤動作，需要一種新的檢修機(jī)制來適應(yīng)變電站的發(fā)展和維護(hù)需求。

1 檢修機(jī)制的概念及應(yīng)用

因IEC61850規(guī)范的出現(xiàn)，在智能變電站中具有邏輯判斷能力的設(shè)備越來越多，這為新的檢修機(jī)制的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件。設(shè)備檢修調(diào)試過程中的配合關(guān)系，即同一個間隔不同設(shè)備之間或者公用系統(tǒng)與某個間隔或者某一個設(shè)備之間置檢修后的相互配合。這種配合關(guān)系，目的是為了在檢修過程中避免設(shè)備發(fā)生誤動作而造成事故。檢修機(jī)制就是在保證任何保護(hù)裝置不會誤動作、測控裝置不會誤發(fā)信、開關(guān)不會誤跳的前提下，保證調(diào)試、檢修可以順利進(jìn)行［1］。

1.1 品質(zhì)

智能化變電站中各智能電子設(shè)備是通過數(shù)字信號相互聯(lián)系的，數(shù)字信號在傳輸?shù)倪^程中不可避免的會出現(xiàn)丟幀、時間不準(zhǔn)、信號衰耗嚴(yán)重、信號源弱等問題。發(fā)送方發(fā)送數(shù)字信號給接收方，接收方必須判定其發(fā)送過來的數(shù)據(jù)是否有效、完整。品質(zhì)屬性帶有不同的品質(zhì)標(biāo)示符，其中包括:1.validity(有效性);2.detailquality(細(xì)化 品質(zhì));3.source(源);4.test(測試);5.blocked by operator操作員閉鎖。其中test測試標(biāo)示符可以為檢修機(jī)制所用。測試就是檢修，即運(yùn)行時不能投入檢修壓板。

1.2 檢修機(jī)制的應(yīng)用

智能變電站中，GOOSE的檢修品質(zhì)位標(biāo)注為 test，具體為870100，當(dāng)投入檢修連接片后，GOOSE報文中 test由0變?yōu)?。SV的檢修品質(zhì)位為0800，在報文中看不到test的具體標(biāo)注。根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)對檢修的定義以及運(yùn)行維護(hù)的要求，把檢修機(jī)制分為兩個部分:第一個部分是保護(hù)裝置與合并單元的檢修機(jī)制。第二個部分是保護(hù)裝置與智能終端的檢修機(jī)制。

2 保護(hù)裝置與合并單元、智能終端之間的檢修機(jī)制

2.1 保護(hù)裝置與合并單元的檢修機(jī)制

當(dāng)某條線路間隔互感器檢修或合并單元檢修，或者兩者同時檢修時，為了不影響保護(hù)裝置邏輯判斷，避免出現(xiàn)誤動作等問題，應(yīng)進(jìn)行如下操作。

(1)當(dāng)保護(hù)裝置檢修投入、合并單元檢修投入時，此時裝置能進(jìn)行采樣計算，保護(hù)裝置能正確執(zhí)行邏輯功能。此種檢修機(jī)制為:當(dāng)保護(hù)裝置和合并單元都需要檢修時，不能影響公用設(shè)備的運(yùn)行。如母差保護(hù)裝置接收到檢修間隔的檢修品質(zhì)位后，自動將該間隔剔出不進(jìn)行邏輯判斷，母差保護(hù)其它設(shè)備能正常運(yùn)行。

(2)當(dāng)保護(hù)裝置檢修不投、合并單元檢修不投時，此時裝置進(jìn)行采樣計算，保護(hù)裝置能正確進(jìn)行邏輯判斷功能，屬于正常運(yùn)行狀態(tài)。

(3)當(dāng)保護(hù)裝置檢修投入、合并單元檢修不投時;此時裝置只進(jìn)行采樣，不進(jìn)行邏輯判斷。此種檢修機(jī)制為:當(dāng)對保護(hù)裝置進(jìn)行檢修時，是不會影響其對互感器進(jìn)行采樣的，并將檢修品質(zhì)位發(fā)送給公用設(shè)備。

(4)當(dāng)保護(hù)裝置檢修不投、合并單元檢修投入時，裝置只進(jìn)行采樣，不進(jìn)行邏輯判斷。此種檢修機(jī)制為:當(dāng)對互感器進(jìn)行檢修時且檢修完畢對其進(jìn)行升流，為了確保采樣回路的正確性而同時又不造成保護(hù)誤動作而設(shè)計的，并將檢修品質(zhì)位發(fā)送給公用設(shè)備。

2.2 保護(hù)裝置與智能終端的檢修機(jī)制

當(dāng)某條線路間隔斷路器檢修或者保護(hù)裝置檢修，或兩者同時檢修而不影響保護(hù)邏輯功能，避免出現(xiàn)誤動作、誤出口等問題，應(yīng)進(jìn)行如下操作。

(1)當(dāng)保護(hù)裝置檢修投入、智能終端檢修投入。此時裝置保護(hù)邏輯正常執(zhí)行，保護(hù)正確動作。此種檢修機(jī)制為:當(dāng)保護(hù)裝置和斷路器同時檢修時，能夠隨意模擬故障并使其出口跳閘。另外會發(fā)送檢修品質(zhì)位與公用設(shè)備。

(2)當(dāng)保護(hù)裝置檢修不投、智能終端檢修不投;屬于正常運(yùn)行狀態(tài)。

(3)當(dāng)保護(hù)裝置檢修投入、智能終端檢修不投;保護(hù)裝置邏輯正確，但不出口跳閘。此種檢修機(jī)制為:當(dāng)保護(hù)裝置檢修，斷路器運(yùn)行時，比如220 kV出線間隔，第一套裝置檢修，第二套裝置運(yùn)行時，可以對第一套保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)邏輯功能驗證，而不影響第二套保護(hù)裝置及公用設(shè)備。

(4)當(dāng)保護(hù)裝置檢修不投、智能終端檢修投入時，保護(hù)裝置邏輯正確，但不出口跳閘。此種檢修機(jī)制為:為了避免運(yùn)行人員誤操作而專門設(shè)定的。保護(hù)裝置與智能終端的檢修機(jī)制校驗，仍然需要通過帶測試位的采樣來實現(xiàn)，即便不通過合并單元直接對保護(hù)裝置加采樣模擬故障，測試儀也必須將采樣量打上測試標(biāo)志，否則裝置會因為沒有接收到測試位的采樣量而閉鎖相應(yīng)的功能。

3 智能變電站中典型間隔的檢修機(jī)制

以下討論的邏輯主要是從保護(hù)動作到出口和遙信、遙測到各級遠(yuǎn)方操作到智能終端執(zhí)行兩個方向出發(fā):(1)涉及合并單元、保護(hù)裝置、智能終端;(2)涉及合并單元和智能終端、測控裝置、后臺及遠(yuǎn)動機(jī)。

3.1 線路或母聯(lián)間隔的檢修機(jī)制

對于220 kV以下的線路或母聯(lián)間隔:它所包含的智能電子設(shè)備都是一套合并單元、保護(hù)裝置和智能終端。其局部系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖1所示，箭頭表示數(shù)據(jù)流向。當(dāng)線路及測控裝置相關(guān)檢修連接片投入，它們送上后臺的信號、報文、遙測量都會帶上檢修位，而且后臺及各級調(diào)度也將會失去對本間隔的遙控功能，這樣就避免因誤操作所引發(fā)的事故。此外，合并單元投檢修后，母差保護(hù)裝置只能收到此線路或母聯(lián)間隔不正常或者感應(yīng)的電壓、電流量，但也只是進(jìn)行采集，不會進(jìn)行邏輯判斷。同樣故障錄波及報文分析裝置接收到此間隔的采樣量也都是帶檢修品質(zhì)位的量。此時線路或母聯(lián)保護(hù)開入母差的啟動失靈跳閘也是帶檢修品質(zhì)位的，因此不會使母差保護(hù)誤動作。

圖1 220 kV以下的線路或母聯(lián)間隔

本典型間隔配置保護(hù)的所有檢修態(tài)的配合，見表1。

表1 線路或母聯(lián)間隔中保護(hù)裝置與智能裝置之間的檢修配合示意圖

因為220 kV以上的線路或母聯(lián)間隔所使用的二次設(shè)備都是雙套保護(hù)配置，在這種情況下斷路器不能因為一套保護(hù)檢修調(diào)試而誤動作。為了最大程度的驗證整個間隔數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，可以選擇表1中序號3的檢修方式來進(jìn)行調(diào)試［3］。因為此檢修機(jī)制下線路保護(hù)及合并單元給其他公用設(shè)備都可以發(fā)檢修位，而智能終端通過GOOSE網(wǎng)發(fā)給線路或母聯(lián)保護(hù)的狀態(tài)位置是不帶檢修品質(zhì)位的，可以通過在智能終端處抓取報文來確認(rèn)保護(hù)裝置出口的量是帶檢修品質(zhì)位的。通過GOOSE網(wǎng)上測控裝置發(fā)送給后臺或各級調(diào)度的所有信號都可以通過此間測控裝置的檢修而帶上檢修品質(zhì)位。

3.2 主變間隔的檢修機(jī)制

圖2為220 kV主變壓器間隔的典型局部系統(tǒng)配置圖。

如果在不考慮電源點的情況下，主變壓器三側(cè)任意一側(cè)都可能檢修調(diào)試。在這種情況下，其檢修機(jī)制的要求任意一側(cè)檢修調(diào)試都不能影響主變保護(hù)邏輯的判斷和正確出口，當(dāng)然主變保護(hù)更不能誤動。所以任意一側(cè)合并單元投檢修后，主變只對該側(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集而不參與邏輯判斷。主變?nèi)齻?cè)測控裝置對應(yīng)上傳各側(cè)所對應(yīng)的狀態(tài)量。對各側(cè)母差公用裝置來說，當(dāng)主變一側(cè)檢修，其他側(cè)運(yùn)行的主變保護(hù)裝置還可以向母差開入正常態(tài)的啟動失靈跳閘，不過此保護(hù)需要加電流判據(jù)。檢修側(cè)的電流量已帶檢修品質(zhì)位，母線保護(hù)裝置對檢修側(cè)不進(jìn)行邏輯判斷。檢修側(cè)測控裝置會將帶有檢修品質(zhì)位的量傳送給故障錄波及報文分析裝置，此時無論智能終端是否檢修都不可遠(yuǎn)方遙控。

圖2 220 kV主變壓器間隔局部系統(tǒng)配置圖

3.3 公用設(shè)備的檢修機(jī)制

圖3 為母線間隔的系統(tǒng)配置圖。

圖3 母線間隔的系統(tǒng)配置圖

公用設(shè)備檢修調(diào)試時通常采用表1中序號7的檢修方式，因為此種檢修方式下合并單元、保護(hù)裝置、智能終端都可以進(jìn)行單裝置檢修調(diào)試。如果必須對保護(hù)邏輯和跳閘出口進(jìn)行調(diào)試，就可以采用表1中序號3的調(diào)試方式，需要對其出口報文進(jìn)行抓取分析，保證其能正確出口。對于有電壓互感器切換的配置來說，當(dāng)一條母線的電壓互感器檢修時，可以強(qiáng)制檢修母線的電壓切換到正常母線的電壓［4］。

3.4 線路在聯(lián)調(diào)過程中的檢修機(jī)制

線路在聯(lián)調(diào)過程中的檢修機(jī)制就是要在特定的檢修狀態(tài)下進(jìn)行兩側(cè)線路聯(lián)調(diào)而不影響站內(nèi)其它正常運(yùn)行的間隔。圖4為線路聯(lián)調(diào)過程中的系統(tǒng)配置圖。如圖4所示，當(dāng)線路對側(cè)合并單元置檢修時，本側(cè)線路保護(hù)裝置通過光纖接收到對側(cè)線路帶檢修品質(zhì)位的保護(hù)電流量，此時本側(cè)的差動保護(hù)功能應(yīng)該退出［5］。兩側(cè)線路保護(hù)的差動保護(hù)計算與兩側(cè)合并單元的檢修狀態(tài)都有關(guān)系，當(dāng)有一側(cè)檢修時，差動邏輯就只是采集量而不能保護(hù)邏輯出口。在光纖傳輸中還有一個開關(guān)量輸出的遠(yuǎn)跳保護(hù)，該開關(guān)量的品質(zhì)位是由保護(hù)裝置的檢修來決定的。當(dāng)對側(cè)開出一個遠(yuǎn)跳量的時候，如果加就地判據(jù)，就會同時受本側(cè)合并單元所輸出的電流品質(zhì)位的影響。但是當(dāng)兩側(cè)檢修品質(zhì)位不一致時，本側(cè)收到對側(cè)的遠(yuǎn)跳保護(hù)信號才能出口。如果不加就地判據(jù)，只需要遠(yuǎn)跳開關(guān)量檢修與本側(cè)保護(hù)一致，本側(cè)收到對側(cè)的遠(yuǎn)跳保護(hù)信號就能出口。

圖4 線路聯(lián)調(diào)過程中的系統(tǒng)配置圖

表2為線路聯(lián)調(diào)中智能裝置之間的檢修配合所產(chǎn)生的現(xiàn)象。

表2 線路聯(lián)調(diào)中各保護(hù)動作邏輯現(xiàn)象

由表2所示，線路縱差保護(hù)相關(guān)的設(shè)備有本(對)側(cè)合并單元、本(對)側(cè)保護(hù)裝置，只有這四個相關(guān)設(shè)備檢修一致時線路縱差保護(hù)才出口;檢修不一致時，線路縱差保護(hù)不出口［6］。

4 結(jié)束語

本文闡述了IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中檢修品質(zhì)位在智能變電站檢修機(jī)制中的實現(xiàn)，以工程實際應(yīng)用為重，針對智能變電站中典型間隔的檢修機(jī)制狀態(tài)組合，進(jìn)行了詳細(xì)的分析說明和實驗論證，為本地區(qū)的智能變電站聯(lián)調(diào)及設(shè)備檢修維護(hù)工作提供參考依據(jù)。

［1］馮軍.智能變電站原理及測試技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2011.

［2］何彥昊，劉志遠(yuǎn).基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的變電站調(diào)試指導(dǎo)手冊［M］.北京:中國電力出版社，2013.

［3］李鋒，謝俊，蘭金波，等.智能變電站繼電保護(hù)配置的展望和探討［J］.電力自動化設(shè)備，2012，32(2):122-125.

［4］夏佳.論數(shù)字化變電站二次系統(tǒng)的狀態(tài)檢修［J］.科技資訊，2012，10(21):105.

［5］李斌，薄志謙.面向智能電網(wǎng)的保護(hù)控制系統(tǒng)［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009，33(20):7-12.

［6］高翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2008.