預(yù)制艙式二次組合設(shè)備工廠聯(lián)調(diào)技術(shù)研究

倪賽賽， 劉科， 崔力心， 郭文科

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730050)

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備工廠聯(lián)調(diào)技術(shù)研究

倪賽賽1， 劉科2， 崔力心1， 郭文科1

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730050；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730050)

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備是新一代智能變電站建設(shè)亮點(diǎn)之一，實(shí)現(xiàn)了工廠內(nèi)的集中安裝和驗(yàn)收，也給工廠聯(lián)調(diào)提出了更高要求。同時(shí)，艙內(nèi)新設(shè)備新技術(shù)的應(yīng)用也給調(diào)試測(cè)試提出了新的難題。針對(duì)面臨的挑戰(zhàn)，探索工廠聯(lián)調(diào)模式、站域保護(hù)調(diào)試技術(shù)以及共網(wǎng)共口裝置傳動(dòng)方法。通過(guò)對(duì)比先進(jìn)艙后聯(lián)調(diào)和先聯(lián)調(diào)后進(jìn)艙兩種聯(lián)調(diào)模式，得到先進(jìn)艙后聯(lián)調(diào)的方式更適合預(yù)制艙設(shè)備。艙內(nèi)站域保護(hù)功能復(fù)雜，需要分模塊調(diào)試各保護(hù)功能，并帶模擬開(kāi)關(guān)一一傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證。光纖交互器能夠?qū)崿F(xiàn)單根光纖SV、GOOSE數(shù)據(jù)的重組和分離，可有效解決共網(wǎng)共口保護(hù)裝置傳動(dòng)試驗(yàn)的難題。

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備；工廠聯(lián)調(diào)；站域保護(hù)；共網(wǎng)共口設(shè)備；傳動(dòng)試驗(yàn)

0 引 言

新一代智能變電站是現(xiàn)有智能變電站的繼承和突破，是為適應(yīng)電網(wǎng)靈活互動(dòng)、節(jié)能環(huán)保、安全可靠新要求，研究設(shè)計(jì)建設(shè)的下一代變電站。在一次設(shè)備方面采用電子式互感器、隔離式斷路器、智能變壓器和集合式電容器組等新設(shè)備，在二次設(shè)備方面采用層次化保護(hù)系統(tǒng)、預(yù)制艙式二次組合設(shè)備和多功能測(cè)控裝置等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了變電站系統(tǒng)高度集成、結(jié)構(gòu)優(yōu)化合理、裝備先進(jìn)適用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能環(huán)保、支撐調(diào)控一體的建設(shè)理念[1-2]。

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備是新一代智能變電站建設(shè)的重要建設(shè)成果之一，實(shí)現(xiàn)了最大化工廠預(yù)制、最小化現(xiàn)場(chǎng)安裝。預(yù)制艙式二次組合設(shè)備由預(yù)制艙體、二次設(shè)備屏柜或機(jī)架、艙體輔助設(shè)施等組成，在工廠內(nèi)完成制作、組裝、配線、調(diào)試等工作，以箱房形式整體運(yùn)輸至工程現(xiàn)場(chǎng)，就位安裝于基礎(chǔ)上。采用預(yù)制艙式二次組合設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)全站二次設(shè)備的模塊化組合、標(biāo)準(zhǔn)配送、集約化施工，具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[3-5]。

與傳統(tǒng)繼電保護(hù)小室相比，預(yù)制艙式二次組合設(shè)備內(nèi)部空間布局更為緊湊。艙內(nèi)應(yīng)用了層次化保護(hù)、共網(wǎng)共口設(shè)備等新技術(shù)，為工廠化聯(lián)調(diào)測(cè)試帶來(lái)挑戰(zhàn)[6]。本文根據(jù)預(yù)制艙式二次組合設(shè)備特點(diǎn)，總結(jié)工廠化聯(lián)調(diào)測(cè)試實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為預(yù)制艙式設(shè)備建設(shè)應(yīng)用提供參考。

1 工廠聯(lián)調(diào)新挑戰(zhàn)

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備實(shí)現(xiàn)了二次系統(tǒng)工廠內(nèi)集成安裝和調(diào)試驗(yàn)收，代替常規(guī)變電站繼電保護(hù)小室構(gòu)架，大量應(yīng)用二次新設(shè)備新技術(shù)給調(diào)試測(cè)試帶來(lái)挑戰(zhàn)。

1.1 工廠化聯(lián)調(diào)新模式

傳統(tǒng)智能變電站集成聯(lián)調(diào)主要解決裝置存在的問(wèn)題，二次設(shè)備聯(lián)調(diào)后運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)重新接線，需要再次測(cè)試來(lái)驗(yàn)證裝置間的互聯(lián)互通，不能真正發(fā)揮聯(lián)調(diào)的作用。預(yù)制艙式二次組合設(shè)備將現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試前移，放到了工廠生產(chǎn)階段，為二次系統(tǒng)工廠化聯(lián)調(diào)提供了條件。由于預(yù)制艙結(jié)構(gòu)的特殊性，一旦艙體運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，艙內(nèi)設(shè)備變更將十分困難，無(wú)形中給集成聯(lián)調(diào)提出了更高要求。因此為充分發(fā)揮聯(lián)調(diào)的作用，需要研究適應(yīng)預(yù)制艙式二次組合設(shè)備的工廠化聯(lián)調(diào)新模式。

1.2 站域保護(hù)調(diào)試

新一代智能變電站采用層次化保護(hù)體系，由就地保護(hù)、站域保護(hù)和廣域保護(hù)三個(gè)層次組成。站域保護(hù)利用站內(nèi)多個(gè)對(duì)象的電流、電壓、開(kāi)關(guān)和就地級(jí)保護(hù)設(shè)備狀態(tài)等信息，集中決策，實(shí)現(xiàn)全站備自投、主變過(guò)載聯(lián)切、低周減載、35 kV/10 kV簡(jiǎn)易母差保護(hù)等功能，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)110 kV單套保護(hù)的冗余配置和優(yōu)化主變低壓后備保護(hù)策略[7-8]。作為變電站保護(hù)體系承上啟下的中間層，站域保護(hù)裝置功能復(fù)雜，涉及范圍廣，需要針對(duì)性分析其調(diào)試測(cè)試技術(shù)。

1.3 通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

新一代智能變電站普遍采用“三層共網(wǎng)”“共網(wǎng)共口”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減小網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)數(shù)量。即站控層、間隔層和過(guò)程層設(shè)備接入全站統(tǒng)一的物理網(wǎng)絡(luò)，全站MMS、GOOSE、SV等報(bào)文共網(wǎng)傳輸，過(guò)程層設(shè)備GOOSE和SV報(bào)文采用同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)接口傳輸[9]。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用IEC61850建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)管理和自動(dòng)化系統(tǒng)管理的一體化，提高通信網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和運(yùn)維效率。共網(wǎng)共口設(shè)備為保護(hù)裝置帶開(kāi)關(guān)傳動(dòng)整組測(cè)試帶來(lái)新的難題。

2 工廠化聯(lián)調(diào)模式的探索

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備工廠聯(lián)調(diào)不僅需要在整體方案的統(tǒng)領(lǐng)之下，遵循以往的經(jīng)驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展工作， 還要根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)開(kāi)

展新模式的探索。某省新建兩座110 kV新一代智能變電站，在開(kāi)展工廠聯(lián)調(diào)工作前，根據(jù)兩座變電站預(yù)制艙內(nèi)二次設(shè)備到貨情況制定了兩種聯(lián)調(diào)方案。對(duì)于艙內(nèi)設(shè)備基本到貨的A變電站，采用先進(jìn)艙后聯(lián)調(diào)的模式，調(diào)試流程見(jiàn)圖1(a)；對(duì)于設(shè)備到貨情況較差的B變電站，暫不具備進(jìn)艙條件，制定了先聯(lián)調(diào)后進(jìn)艙的聯(lián)調(diào)模式，調(diào)試流程見(jiàn)圖1(b)。

圖1 兩種工廠調(diào)試模式

兩種聯(lián)調(diào)模式均較好完成了預(yù)制艙式二次組合設(shè)備的聯(lián)調(diào)測(cè)試任務(wù)，完成了SCD配置文件集成，艙內(nèi)二次設(shè)備的單體調(diào)試、設(shè)備互聯(lián)互通以及系統(tǒng)傳動(dòng)試驗(yàn)等項(xiàng)目。預(yù)制艙式二次組合設(shè)備具備整體出廠的條件，達(dá)到了集成聯(lián)調(diào)的目的。兩座變電站預(yù)制艙聯(lián)調(diào)模式對(duì)比如表1所示。

表1 兩種聯(lián)調(diào)模式的對(duì)比

為進(jìn)一步研究?jī)煞N聯(lián)調(diào)模式的優(yōu)缺點(diǎn)，從變電站規(guī)模、工作過(guò)程及聯(lián)調(diào)效果來(lái)分析。從變電站規(guī)模來(lái)看，B變電站IED設(shè)備為A變電站的67.44%，預(yù)制艙內(nèi)二次屏柜數(shù)量為A變電站的86.21%，B變電站聯(lián)調(diào)任務(wù)小于A變電站。從工作過(guò)程來(lái)看，兩個(gè)變電站聯(lián)調(diào)參加人數(shù)基本一致，但B變電站聯(lián)調(diào)時(shí)間為A變電站的1.5倍。從效果來(lái)看，A變電站驗(yàn)證了艙內(nèi)設(shè)備的全部功能，遺留1項(xiàng)缺陷，B變電站由于入艙后僅進(jìn)行了傳動(dòng)試驗(yàn)導(dǎo)致部分功能未能全面驗(yàn)證，遺留缺陷也較多。綜合比較兩種模式得到，A變電站集成聯(lián)調(diào)效果優(yōu)于B變電站，采用先進(jìn)艙后聯(lián)調(diào)的方式更能充分驗(yàn)證二次系統(tǒng)性能，發(fā)揮集成聯(lián)調(diào)的效果。

3 站域保護(hù)調(diào)試

站域保護(hù)數(shù)據(jù)采集、跳閘出口均采用組網(wǎng)方式，相對(duì)于常規(guī)的保護(hù)裝置而言，一套站域保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了以往的多套獨(dú)立式保護(hù)裝置的功能。圖2給出了站域保護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)圖。站域保護(hù)調(diào)試包括單體調(diào)試、裝置互聯(lián)測(cè)試和整組傳動(dòng)測(cè)試。

圖2 站域保護(hù)網(wǎng)絡(luò)連接簡(jiǎn)圖

3.1 單體調(diào)試

單體調(diào)試除開(kāi)展常規(guī)外觀、光口功率、開(kāi)入開(kāi)出等測(cè)試外，主要開(kāi)展各模塊保護(hù)的試驗(yàn)驗(yàn)證。

(1)站域母線保護(hù)功能模塊包含母線差動(dòng)保護(hù)、母聯(lián)失靈保護(hù)、母聯(lián)過(guò)流保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)等功能。線路保護(hù)功能模塊包含差動(dòng)保護(hù)、距離保護(hù)、零序保護(hù)、PT斷線過(guò)流、重合閘等功能。單模塊調(diào)試測(cè)試方法與常規(guī)母線保護(hù)、線路保護(hù)一致。

(2)站域變壓器后備保護(hù)包括低壓簡(jiǎn)易母線保護(hù)和充電保護(hù)。簡(jiǎn)易母線保護(hù)是一種基于主變低壓側(cè)過(guò)流元件和來(lái)自于饋線、母聯(lián)以及小電源的閉鎖元件的保護(hù)方式。母線區(qū)外故障時(shí)，相關(guān)保護(hù)發(fā)出閉鎖信號(hào)閉鎖簡(jiǎn)易母線保護(hù)；母線區(qū)內(nèi)故障時(shí)，相關(guān)保護(hù)不發(fā)閉鎖信號(hào)，簡(jiǎn)易母線保護(hù)快速動(dòng)作切除變壓器低壓側(cè)開(kāi)關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)母線的保護(hù)。分段驗(yàn)證低壓側(cè)各段簡(jiǎn)易母線保護(hù)定值和功能，開(kāi)入量設(shè)置為饋線閉鎖簡(jiǎn)易母線開(kāi)入，驗(yàn)證閉鎖母線簡(jiǎn)易母線保護(hù)邏輯。充電保護(hù)是當(dāng)變壓器低開(kāi)關(guān)由跳位變?yōu)楹衔粫r(shí)，加速過(guò)流保護(hù)投入10 s，過(guò)流元件滿足后經(jīng)延時(shí)跳閘，驗(yàn)證加速過(guò)流保護(hù)定值校驗(yàn)及邏輯。

(3)站域備自投功能模塊包括高壓側(cè)分段備投，高壓側(cè)進(jìn)線備投，低壓側(cè)分段備投等，備投定值和邏輯驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方法同常規(guī)備投試驗(yàn)。低壓解列模塊需要驗(yàn)證低壓解列定值校驗(yàn)及邏輯，低頻減載模塊需要驗(yàn)證低頻減載定值校驗(yàn)及邏輯。站域過(guò)負(fù)荷聯(lián)切模塊設(shè)置2個(gè)元件(線路或變壓器)，每個(gè)元件設(shè)置告警及4輪聯(lián)切，需要驗(yàn)證過(guò)負(fù)荷聯(lián)切定值校驗(yàn)及邏輯。

3.2 裝置間互聯(lián)測(cè)試

測(cè)試包括采樣SV數(shù)據(jù)測(cè)試、GOOSE訂閱和發(fā)布測(cè)試、裝置壓板測(cè)試、檢修功能驗(yàn)證和SV斷鏈/無(wú)效功能驗(yàn)證等項(xiàng)目。

分別給相關(guān)各個(gè)間隔加量，在站域保護(hù)裝置菜單中查看遙測(cè)數(shù)值，驗(yàn)證與站域保護(hù)配合的各個(gè)間隔SV虛端子正確性。開(kāi)出各個(gè)間隔GOOSE信息，在站域保護(hù)裝置菜單里面查看GOOSE狀態(tài)，開(kāi)出站域保護(hù)裝置里面的GOOSE信號(hào)，查看各個(gè)間隔合智一體裝置、保護(hù)裝置的信息是否有效，驗(yàn)證與站域保護(hù)配合的各個(gè)間隔GOOSE虛端子正確性。手動(dòng)或遙控投退保護(hù)裝置壓板，檢測(cè)裝置顯示是否正確，驗(yàn)證與站域保護(hù)壓板的正確性。投退線路、主變、母聯(lián)等間隔的保護(hù)和合智一體裝置檢修壓板，統(tǒng)計(jì)各個(gè)狀態(tài)的數(shù)據(jù)及保護(hù)動(dòng)作行為，測(cè)試SV/GOOSE數(shù)據(jù)品質(zhì)異常對(duì)各類合智一體裝置、站域保護(hù)的影響。拔掉SV光纖，測(cè)試SV品質(zhì)異常對(duì)站域保護(hù)動(dòng)作行為的影響。

3.3 保護(hù)整組傳動(dòng)

根據(jù)站域保護(hù)裝置內(nèi)各保護(hù)模塊動(dòng)作邏輯，模擬典型故障，一一進(jìn)行傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證保護(hù)功能。在工廠聯(lián)調(diào)階段為全面檢驗(yàn)傳動(dòng)效果，進(jìn)行站域保護(hù)傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，各相關(guān)智能終端直接跳合模擬斷路器。傳動(dòng)試驗(yàn)時(shí)重點(diǎn)檢查各保護(hù)功能是否正確可靠動(dòng)作，相關(guān)聯(lián)保護(hù)功能間聯(lián)閉鎖信息是否正確，合智一體裝置是否正確接收并執(zhí)行動(dòng)作。在整組傳動(dòng)過(guò)程中，特別注意檢查保護(hù)和合智一體裝置檢修壓板狀態(tài)對(duì)保護(hù)動(dòng)作的影響。同時(shí)需要核對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀、故障錄波器、監(jiān)控后臺(tái)的保護(hù)相關(guān)信息是否正確。

4 基于數(shù)據(jù)分離重組技術(shù)的保護(hù)傳動(dòng)

共網(wǎng)共口二次設(shè)備采用單根光纖傳輸SV采樣和GOOSE信號(hào)，調(diào)試測(cè)試的困難在于單根光纖SV、GOOSE數(shù)據(jù)的分離和重組。

SV是采樣值數(shù)字化傳輸信息，一般采樣頻率為4 kHz，每250 μs發(fā)送一次數(shù)據(jù)包，對(duì)時(shí)間精度要求極高，產(chǎn)生較大數(shù)據(jù)流量。GOOSE主要用于實(shí)現(xiàn)在多IED之間的信息傳遞，正常情況下流量很小，在開(kāi)關(guān)變位或故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)流量包。

SV報(bào)文和GOOSE報(bào)文采用同一端口傳輸，可將光纖看作一個(gè)時(shí)分復(fù)用的全雙工高速串行通道，在優(yōu)先保證SV傳輸準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上合理安排GOOSE信號(hào)的傳輸。數(shù)據(jù)合并重組時(shí)將SV報(bào)文作為基本報(bào)文序列，GOOSE報(bào)文作為特殊報(bào)文進(jìn)行插隊(duì)排列?？紤]SV、GOOSE報(bào)文類型和長(zhǎng)度，在相鄰SV幀報(bào)文間最多加2幀GOOSE報(bào)文。多組GOOSE報(bào)文按優(yōu)先級(jí)發(fā)送，整體不會(huì)影響GOOSE的傳輸。SV和GOOSE報(bào)文的分離主要是采用APPID進(jìn)行數(shù)據(jù)交互路徑規(guī)劃，解決數(shù)據(jù)信號(hào)的分離與過(guò)濾。光纖傳輸?shù)臄?shù)據(jù)按照控制塊APPID進(jìn)行分離，同時(shí)SV報(bào)文根據(jù)等時(shí)間間隔進(jìn)行校驗(yàn)，GOOSE報(bào)文按照GOOSE重發(fā)機(jī)制進(jìn)行校驗(yàn)。SV、GOOSE分離重組原理如圖3所示?；谝陨蠑?shù)據(jù)分離重組原理開(kāi)發(fā)的單光纖交互設(shè)備解決單光纖傳輸SV、GOOSE信號(hào)傳動(dòng)難題。

圖3 數(shù)據(jù)分離重組技術(shù)原理

合智一體裝置通過(guò)單根光纖與保護(hù)裝置相連傳輸SV與GOOSE信號(hào)。采用單光纖交互器將光纖數(shù)據(jù)進(jìn)行分離和重組，

圖4 單光纖傳動(dòng)試驗(yàn)圖

傳動(dòng)試驗(yàn)原理框圖如圖4所示。合智一體裝置上傳SV采樣和開(kāi)關(guān)位置GOOSE信號(hào)。單光纖交互器分離GOOSE信號(hào)后與保護(hù)測(cè)試儀的SV信號(hào)進(jìn)行重組，發(fā)送給保護(hù)裝置。同時(shí)，單光纖交互器將保護(hù)裝置發(fā)送的跳合閘命令轉(zhuǎn)發(fā)給合智一體裝置。單光纖交互器解決了光纖數(shù)據(jù)的合并和解耦，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)功能的傳動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證。

5 結(jié)束語(yǔ)

預(yù)制艙式二次組合設(shè)備工廠化加工安裝的特點(diǎn)對(duì)工廠聯(lián)調(diào)提出了更高要求。本文分析了預(yù)制艙式二次組合設(shè)備以及新設(shè)備新技術(shù)給工廠聯(lián)調(diào)帶來(lái)的測(cè)試難題。針對(duì)面臨的挑戰(zhàn)，探討了兩種工廠聯(lián)調(diào)模式、站域保護(hù)調(diào)試測(cè)試方法和基于數(shù)據(jù)分離重組技術(shù)的保護(hù)傳動(dòng)技術(shù)。預(yù)制艙式二次組合設(shè)備作為變電站新設(shè)備，缺乏現(xiàn)有的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和方法，投運(yùn)后需要重點(diǎn)加強(qiáng)巡視和維護(hù)。

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AStudy on Factory Joint Commissioning Technology for Secondary Combination Units of Prefabricated Cabin Type

Ni Saisai1, Liu Ke2, Cui Lixin1, Guo Wenke1

(1.State Grid Gansu Electric PowerCo. Electric Power Research Institute, Lanzhou Gansu 730050, China;2. China Energy Construction Group Gansu Electric Power Design Institute, Lanzhou Gansu 750050, China)

The secondary combination unit of the prefabricated cabin type, one of the highlights of the new generation of smart substation construction, realizes centralized installation and acceptance inspection within the plant and puts forwards even higher requirement on factory joint commissioning. Moreover, application of new equipment and technology in the cabin brings new problems to the debugging and testing. In the face of challenges, this paper explores the factory joint commissioning mode, substation area protection debugging technology as well as transmission method for the common network/port device. Through comparison of the two modes of installation before commissioning and commissioning before installation, it is concluded that the former is more suitable for prefabricated cabin equipment. In the cabin, substation area protection functions are so complicated that these protection functions have to be debugged for each module, and drive tests using simulation switch is needed for verification purpose. Optical interactors can realize SV and GOOSE data reconstitution and separation for single optical fiber, thus solving the problems with the drive test on the common network/port protection device.

secondary combination unit of prefabricated cabin type; factory joint commissioning; substation area protection;common network/port device;drive test

國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司科技項(xiàng)目(522722140043)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.019

TM76

A

1000-3886(2016)06-0062-03

倪賽賽(1984-)，男，江蘇啟東人，碩士，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)故障分析與繼電保護(hù)技術(shù)研究。

定稿日期: 2016-06-30