智能變電站繼電保護試驗方法的探討與研究

李立剛，李洪凱，陳祝新

（國網(wǎng)朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000）

智能變電站繼電保護試驗方法的探討與研究

李立剛，李洪凱，陳祝新

（國網(wǎng)朝陽供電公司，遼寧 朝陽 122000）

智能變電站應(yīng)用了智能終端、合并單元、交換機等大量新設(shè)備，傳統(tǒng)的電纜二次回路被光纖和交換機代替，使變電站的信息傳輸方式和表現(xiàn)形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，智能變電站繼電保護驗收也發(fā)生了變化，常規(guī)變電站的試驗方法已經(jīng)不再適應(yīng)智能變電站繼電保護驗收工作。以馬山、何家220 kV智能變電站的現(xiàn)場驗收為例，分析智能變電站繼電保護試驗方法存在的問題，提出了依據(jù)變電站相同結(jié)構(gòu)及繼電保護原理，將智能變電站繼電保護現(xiàn)場驗收與常規(guī)微機繼電保護驗收融合來解決智能變電站繼電保護試驗問題的觀點。

智能變電站；繼電保護；驗收方法

1 智能變電站與常規(guī)微機保護變電站的區(qū)別

智能變電站中，增加了光學(xué)電流互感器、電子式互感器、綜合智能單元、智能終端、合并單元、交換機等大量新設(shè)備，傳統(tǒng)變電站的電纜二次回路被光纖和網(wǎng)絡(luò)所代替，復(fù)雜的二次接線已不復(fù)存在，智能變電站中增加了SCD配置文件，真實的端子排被虛端子代替，使變電站的信息傳輸方式和表現(xiàn)形式發(fā)生了變化。交流電流、電壓信號以及直流控制、位置、告警信號被SV、GOOSE所取代；裝置的功能及各裝置間聯(lián)接關(guān)系體現(xiàn)在全站SCD配置文件及虛端子中。但是變電站的結(jié)構(gòu)及保護原理沒有發(fā)生變化。智能變電站的新增技術(shù)，將保護功能和保護所采集的交流模擬量、保護開入開出量分離，保護所采集的交流模擬量、保護開入開出量就地化，簡化二次回路，降低成本，提高保護功能的冗余度，從而達到智能化的目的，實現(xiàn)與智能電網(wǎng)的更好同步。

智能變電站的試驗?zāi)Ｊ健⒃囼瀮?nèi)容、試驗方法也將隨著新形式、新設(shè)備、新技術(shù)的發(fā)展而發(fā)生變化。從試驗工作的內(nèi)容而言，智能變電站比常規(guī)變電站增加了許多新內(nèi)容，試驗過程中必須對全站配置文件SCD進行校核并管理；設(shè)備間的互聯(lián)、互通測試成為了試驗的重點；而常規(guī)變電站的試驗項目，如保護性能、斷路器傳動、五防聯(lián)閉鎖、遙測、遙信、遙控等，在智能變電站試驗過程中并沒減少，只是試驗方法有所改變，常規(guī)的模擬量和開關(guān)量輸入、輸出被數(shù)字形式的SV和GOOSE所取代。對于整個SCD的驗證就如同對變電站整個二次回路的驗證。如母差保護接受與發(fā)出的數(shù)據(jù)與各個間隔的關(guān)聯(lián)，備自投充放電及動作需要的條件，動作后作用于的間隔。對于綜合智能單元機智能終端的驗收就類似于對微機保護的操作箱驗收。各種開入開出、閉鎖及操作回路仍然存在，而且與現(xiàn)有的保護驗收規(guī)范相同。將智能變電站繼電保護現(xiàn)場驗收與常規(guī)微機繼電保護驗收融合起來是論文討論的重點。

常規(guī)變電站建設(shè)過程中，一次系統(tǒng)和二次系統(tǒng)在現(xiàn)場安裝完成后需要進行試驗，以確保設(shè)備安裝的正確性以及二次系統(tǒng)功能符合設(shè)計需求。微機繼電保護裝置的現(xiàn)場驗收項目如下［1］。

測量絕緣；檢驗?zāi)孀冸娫?；檢驗固化程序是否正確；檢驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的精度和平衡度；檢驗開關(guān)量的輸入和輸出回路；檢驗定值單；整組檢驗；用一次電流及工作電壓檢驗。

而智能變電站的保護裝置現(xiàn)場驗收項目與常規(guī)站基本相同：外觀檢查；裝置通電檢查；采樣值輸入檢查；GOOSE開入開出檢查，配合壓板試驗；保護元件定值檢查；保護邏輯功能檢查；保護整組試驗；保護傳動試驗；保護信號檢查，測試保護動作報文正確性。

要將現(xiàn)有的成熟微機保護驗收方法和智能變電站保護驗收融合在一起，首先要了解智能變新增的技術(shù)、概念，理解微機保護系統(tǒng)。下面對微機保護與智能變電站的區(qū)別進行討論。

由于常規(guī)綜合自動化變電站設(shè)備功能和性能相對成熟，試驗技術(shù)相對規(guī)范，試驗重點為裝置單體功能調(diào)試、二次電纜核對、斷路器聯(lián)動、遙測和遙信量檢查以及一次通流／通壓等。而智能變電站中，電子式互感器的應(yīng)用改變了常規(guī)分散采樣的模式，由其提供統(tǒng)一的電流、電壓采樣值給保護、測量、計量等應(yīng)用，實現(xiàn)了采樣的數(shù)字化和共享化，其本身的性能直接影響到終端應(yīng)用；智能終端的應(yīng)用使二次系統(tǒng)與一次設(shè)備之間的聯(lián)系實現(xiàn)了數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，其功能和性能直接關(guān)系到對一次設(shè)備信息采集和控制的正確性和可靠性；以太網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用改變了信號的常規(guī)電纜傳輸模式，實現(xiàn)了信息的共享，網(wǎng)絡(luò)的實時性和可靠性決定了全站二次系統(tǒng)的功能和性能；采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模方式，裝置原有的輸入輸出端子轉(zhuǎn)變成了配置文件中數(shù)據(jù)集形式的虛端子，原有的裝置間電纜連線也隨之轉(zhuǎn)變成了虛端子聯(lián)系，裝置間的聯(lián)系體現(xiàn)在配置文件中，變得非常抽象，但依然是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)和關(guān)鍵；配置文件中的虛端子聯(lián)系和數(shù)據(jù)集輸出相當(dāng)于常規(guī)變電站的二次電纜端子排圖，決定了系統(tǒng)中裝置的輸入、輸出以及相互之間的聯(lián)系，其正確性直接關(guān)系到保護、監(jiān)控等二次系統(tǒng)安全、可靠運行；配置文件中IED的GOOSE、SV、MMS等參數(shù)是系統(tǒng)正常可靠運行的基礎(chǔ)，因此試驗工作必須首先對配置文件中的虛端子以及裝置相關(guān)配置參數(shù)的正確性進行檢查、驗證。網(wǎng)絡(luò)通信成為智能變電站中設(shè)備之間信息交互的主要方式，過程層設(shè)備與間隔層設(shè)備間的SV、GOOSE互聯(lián)、互通以及間隔層設(shè)備與站控層設(shè)備間的MMS互聯(lián)、互通都基于網(wǎng)絡(luò)通信，網(wǎng)絡(luò)通信方式的互聯(lián)、互通成為了智能變電站系統(tǒng)功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)和正常運行的關(guān)鍵，因此是試驗工作的重點，必須對設(shè)備信號收發(fā)的正確性、設(shè)備間信號傳遞的正確性和可靠性以及VLAN等網(wǎng)絡(luò)配置的正確性和安全性進行驗證。

保護、測控等裝置的單體功能試驗以及少部分的二次電纜核對在智能變電站試驗過程中仍然是不可缺少的部分，但由于保護、測控等裝置的功能算法并未改變，對其試驗方法也未改變，這些試驗的工作量、所占比重以及所需時間相比常規(guī)變電站要少很多。因此，智能變電站與常規(guī)變電站相比，試驗工作有虛端子和配置檢查、互通試驗、電子式互感器性能測試、網(wǎng)絡(luò)性能測試、采樣同步性能測試等。這部分工作是智能變電站現(xiàn)場試驗的重點和關(guān)鍵，也是后續(xù)試驗工作的基礎(chǔ)和前提。而常規(guī)微機保護性能試驗、傳動試驗等工作也是智能變電站試驗中的內(nèi)容。SCD文件類似于微機保護的二次圖紙，把SCD文件下裝到保護和試驗儀，相當(dāng)于完成了微機保護二次回路電纜敷設(shè)、二次接線，這樣各保護及元器件之間的聯(lián)絡(luò)已經(jīng)完成。1個GOOSE、SV就是1個數(shù)據(jù)集，1個數(shù)據(jù)集相當(dāng)于1根電纜，1個數(shù)據(jù)集里有幾個傳輸數(shù)據(jù)就如同電纜里的電纜芯，每根電纜線所接的開關(guān)量就是數(shù)據(jù)集里傳輸?shù)拈_關(guān)量。GOOSE多用于傳輸直流開關(guān)量，SV用于傳輸交流采樣值。如GOOSE1接收A套保護裝置發(fā)送的動作信號：跳A、B、C出口動作，永跳出口動作，重合出口動作。當(dāng)GOOSE1斷鏈時，就說明跳A、B、C出口動作，永跳出口動作，重合出口動作數(shù)據(jù)無法傳輸，相當(dāng)于微機保護中的跳A、B、C動作，永跳動作，重合動作的二次回路“斷線”。如SV1是保護用電流：A、B、C三相電流。當(dāng)SV1斷鏈時，說明保護接收不到保護電流互感器傳來的電流采樣值。

了解變電站繼電保護各相關(guān)元件的聯(lián)系及繼電保護驗收的相應(yīng)規(guī)程、反事故措施，才能更好地對智能變電站進行現(xiàn)場驗收。如220 kV線路保護裝置的出口軟壓板設(shè)置有GOOSE跳閘出口軟壓板、GOOSE重合閘出口軟壓板、GOOSE啟動失靈軟壓板，軟壓板不分相；220 kV線路間隔智能終端出口硬壓板設(shè)置有A相、B相、C相跳閘出口硬壓板和重合閘出口硬壓板，跳閘出口分相、重合閘出口不分相。因此，220 kV線路保護在整組聯(lián)動測試過程中需要驗證上述3個軟壓板和4個硬壓板的正確性以及與回路一一對應(yīng)關(guān)系，同時考慮檢修機制，保護需驗證保護裝置和智能終端的檢修壓板對應(yīng)關(guān)系的正確性。

壓板測試（投檢修：1，退檢修：0。這里的試驗儀可以看作合并單元），如表1所示。

表1 壓板測試動作情況統(tǒng)計

2 裝置單體及帶開關(guān)試驗

2.1 直采直跳結(jié)構(gòu)模式

直采直跳模式的保護，可以用數(shù)字式試驗儀進行現(xiàn)場試驗，如圖1所示（馬山220 kV智能變電站）。首先，將全站SCD文件下裝到數(shù)字式試驗儀，相當(dāng)于把試驗儀輸出和輸入的交流電流、交流電壓及開關(guān)量用數(shù)字形式與保護端子排連接在一起。然后，將試驗儀的SV及GOOSE光纖分別接到保護裝置，在試驗儀中進行該裝置的SV輸入、GOOSE輸入輸出配置后，在試驗儀中進行各種模式的試驗，包括精度、整組、定值校驗［4］。此時的試驗儀可以當(dāng)數(shù)字模擬開關(guān)用，可以看到保護動作時間、保護動作邏輯及開出量，以及與其他保護相關(guān)聯(lián)的開出量、壓板的投退、出口動作情況都可以在試驗儀中得以驗證。最后，拔掉試驗儀GOOSE光纖，并將過程層設(shè)備光纖接回保護裝置后，進行開關(guān)傳動試驗。

圖1 直采直跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

直采直跳模式的保護試驗與微機保護試驗方法一樣，如圖2所示，與在端子排處接入交流試驗儀和模擬開關(guān)相同。按照微機保護標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書可實現(xiàn)數(shù)字保護裝置的單體及帶開關(guān)傳動試驗。

圖2 直采直跳模式保護試驗接線

2.2 網(wǎng)采網(wǎng)跳結(jié)構(gòu)模式

網(wǎng)采網(wǎng)跳結(jié)構(gòu)模式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與直采直跳結(jié)構(gòu)模式的區(qū)別在于：直采直跳結(jié)構(gòu)模式不經(jīng)過交換機（1根光纖把2臺設(shè)備聯(lián)系起來），而網(wǎng)采網(wǎng)跳結(jié)構(gòu)模式是把所有的數(shù)據(jù)通過光纜傳輸?shù)浇粨Q機，然后交換機通過VLAN［2］劃分傳輸?shù)礁餮b置，每個裝置有自己的IP地址和MAC地址，信息的傳輸依靠裝置的地址來接收和發(fā)送自己的數(shù)據(jù)到所關(guān)聯(lián)的設(shè)備上去。如圖3所示（何家220 kV智能變電站）。

圖3 網(wǎng)采網(wǎng)跳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)采網(wǎng)跳結(jié)構(gòu)模式的保護也可以用數(shù)字式試驗儀進行現(xiàn)場試驗，試驗方法如圖4所示，只是在光纖接線上略有不同。

圖4 網(wǎng)采網(wǎng)跳模式的保護試驗接線

首先，將全站SCD文件下裝到數(shù)字式試驗儀。然后，將試驗儀的光纖接至交換機備用光口，關(guān)掉該間隔綜合智能單元電源（雙源輸入時保護閉鎖），在試驗儀中進行該裝置的SV輸入、GOOSE輸入輸出配置后，可以在試驗儀中進行各種模式的試驗，包括精度、整組、定值校驗［3］。此時的試驗儀可以當(dāng)數(shù)字模擬開關(guān)用，可以看到保護動作時間，保護動作邏輯及開出量，以及與其他保護相關(guān)聯(lián)的開出量、壓板的投退、出口動作情況都可以在試驗儀中得以驗證。

何家智能變電站三網(wǎng)合一的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、綜合智能單元的應(yīng)用，使得開關(guān)傳動試驗方法不同，需要使用DF5000數(shù)字式互感器模擬試驗儀，在綜合智能單元處加入交流量進行保護傳動試驗，此時保護相關(guān)信息均能在保護裝置上正確體現(xiàn)。此模式如圖5所示，相當(dāng)于微機保護在戶外TV、TA的二次側(cè)給保護裝置加交流量。重要說明，過程層的A、B網(wǎng)完全獨立，對于需要在2個網(wǎng)絡(luò)里交叉?zhèn)鬏數(shù)拈_關(guān)量須在綜合智能單元處用硬接點開入，經(jīng)2套綜合智能單元變成數(shù)字量后進入過程層A、B網(wǎng)。

圖5 網(wǎng)采網(wǎng)跳模式的保護開關(guān)傳動試驗接線

網(wǎng)采網(wǎng)跳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，還要對綜合智能單元及電子式互感器、光學(xué)互感器的同步性和一致性加以驗證。同步要求全站各間隔的交流采樣傳輸延時一致，包括與縱差保護對側(cè)電磁型互感器的傳輸延時比較。原理是將電磁型電流互感器與光學(xué)互感器（或電子式互感器）串接在一起，分別將兩側(cè)保護的交流采樣接入對應(yīng)的微機保護與數(shù)字保護中，檢驗兩側(cè)差流的大小及相位在合格范圍內(nèi)。一致性的驗證可以在對變壓器通電試驗過程中完成。原理將主變高（低）壓側(cè)按正相序接入380 V電壓，主變低（高）壓側(cè)A、B、C三相短接。查看主變差動保護電流相位及差流在合格范圍內(nèi)。

在以上試驗過程中，智能變電站試驗重點內(nèi)容更多側(cè)重于虛端子檢查、互通性試驗和保護GOOSE／SV中斷告警及信號處理功能檢查。智能終端、合并單元檢修［4］時保護裝置處理功能檢查，GOOSE、SV斷鏈時保護裝置告警信息檢查的測試等，可充分利用廠內(nèi)環(huán)境，按照實際工程配置，將所有保護、測控、合并單元、智能終端、交換機、監(jiān)控后臺等試驗項目完成。

系統(tǒng)集成測試是智能變電站試驗的重要特點［5］，在試驗室或廠內(nèi)，利用一次升流技術(shù)有利于開展采樣值同步性能測試，特別是線路兩側(cè)光纖差動保護采樣同步性測試；利用網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境有利于開展網(wǎng)絡(luò)性能測試，特別是過程層網(wǎng)絡(luò)性能的測試。智能變電站中新設(shè)備、新技術(shù)應(yīng)用成熟以后，系統(tǒng)集成測試也可在現(xiàn)場進行。

3 結(jié)束語

隨著智能變電站的全面快速發(fā)展，智能變電站的保護驗收工作也在逐年增加。常規(guī)的微機保護試驗方法已不能滿足智能變電站的發(fā)展，根據(jù)相同變電站的結(jié)構(gòu)及繼電保護原理提出的智能變電站繼電保護試驗方法在2012年投運的馬山、何家220 kV智能變電站繼電保護驗收中首次應(yīng)用，目前2座智能變電站系統(tǒng)運行良好，保護動作正確。該試驗方法是未來智能變電站繼電保護驗收的重要依據(jù)。

［1］繼電保護和電網(wǎng)安全自動裝置檢驗規(guī)程：DL／T 995—2006［S］.

［2］智能變電站網(wǎng)絡(luò)交換機技術(shù)規(guī)范：Q／GDW 429—2010［S］.

［3］智能變電站繼電保護檢驗規(guī)程：Q／GDW 1809—2013［S］.

［4］黃 未，周家旭，張武洋.智能變電站合并單元現(xiàn)場測試技術(shù)研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（1）：11－12.

［5］王學(xué)超，李文鵬.智能變電站二次系統(tǒng)集成測試工作淺析［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（10）：33－35.

Study on Acceptance Method of Relay Protection in Intelligent Substation

LI Li?gang，LI Hong?kai，CHEN Zhu?xin
（State Grid Chaoyang Power Electric Supply Company，Chaoyang，Liaoning 122000，China）

A large number of new equipments such as intelligent terminal，merging unit and switch are applied in intelligent substa?tion.Traditional secondary circuit of cable is replaced by fiber and switch.The mode of information transmission and the form of expres?sion in substations have been changed.Field acceptance of Mashan and Hejia 220 kV intelligent substation is taken as the research ob?ject in this study，by analyzing existing problems of relay protection，according to the structure of the substation and the principle of re?lay protection，the point how to integrate the field acceptance of relay protection into traditional one is further proposed.

Intelligent substation；Relay protection；Acceptance method

TM63；TM77

A

1004－7913（2016）03－0048－04

李立剛（1976—），男，高級技師，從事繼電保護、智能變電站關(guān)鍵技術(shù)研究。

2015－11－27）