一種簡(jiǎn)單的變電站改造聯(lián)鎖互通代理裝置實(shí)現(xiàn)方法

劉中澤 熊慕文 陳桂友 方佳維 鄧勁東

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一種簡(jiǎn)單的變電站改造聯(lián)鎖互通代理裝置實(shí)現(xiàn)方法

劉中澤 熊慕文 陳桂友 方佳維 鄧勁東

（南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 210002）

IEC 61850的日益普及及穩(wěn)定運(yùn)行促進(jìn)了傳統(tǒng)IEC 103站智能化升級(jí)改造的需求，改造過程中存在著較長(zhǎng)時(shí)期新、舊系統(tǒng)并行運(yùn)行的過渡過程，這期間新、舊系統(tǒng)的測(cè)控跨間隔聯(lián)鎖可能存在信號(hào)獲取不到而導(dǎo)致聯(lián)鎖失敗，同樣后臺(tái)監(jiān)控五防也存在類似跨間隔防誤邏輯失敗問題。本文在充分分析變電站改造需求的基礎(chǔ)上，借鑒已有方案，挖掘問題本質(zhì)，提出了聯(lián)鎖互通代理裝置及其接入方案。此方案與現(xiàn)有代理裝置相比，具有功能齊全、方案完備、配置簡(jiǎn)單、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。實(shí)踐證明本文的方法是有效的。

變電站改造；聯(lián)鎖；代理裝置；防誤

近十年來，智能變電站及IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)日益普及，并大面積應(yīng)用于各變電站中，其安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)一步推動(dòng)了傳統(tǒng)IEC 103變電站及早期不成熟IEC 61850變電站向最新智能變電站的升級(jí)改造。一方面改造升級(jí)需求日益迫切，另一方面供電可靠性、操作安全性需求也在提升，變電站的升級(jí)改造可能涉及的是全站所有間隔一二次設(shè)備的替換工作，越來越多的變電站改造并不能停掉舊變電站并重建新變電站，而需要按間隔逐個(gè)停電逐步替換。在替換的過程中勢(shì)必存在一定時(shí)期的新、舊系統(tǒng)共存的過渡階段，一般持續(xù)幾個(gè)月甚至幾年時(shí)間，對(duì)這特殊時(shí)段的變電站系統(tǒng)，檢修人員的日常倒閘維護(hù)操作安全性要求更高。另一方面，防誤閉鎖[1-3]是我國(guó)長(zhǎng)期電力運(yùn)行使用并不斷升級(jí)的安全操作保障，是變電站安全運(yùn)行的基本要求，截止目前電力防誤先后出現(xiàn)過一次設(shè)備機(jī)械閉鎖、一次設(shè)備電氣回路閉鎖、微機(jī)五防閉鎖（包含后臺(tái)五防）、間隔層測(cè)控聯(lián)鎖閉鎖，目前這4類閉鎖仍在廣泛并行使用。其中后兩種閉鎖主要涉及軟件程序操作，通常測(cè)控聯(lián)鎖邏輯同后臺(tái)五防邏輯一致，兩者都會(huì)涉及不同間隔位置信號(hào)參與同一個(gè)設(shè)備操作防誤的規(guī)則邏輯中。變電站改造替換過程中，不同間隔的先后改造時(shí)間不一致，就會(huì)出現(xiàn)跨間隔聯(lián)鎖部分位置信號(hào)獲取失敗，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)控聯(lián)鎖失效、后臺(tái)五防失效。有效的保證變電站改造過程中新、舊兩套系統(tǒng)的后臺(tái)五防和測(cè)控聯(lián)鎖防誤正常運(yùn)行是變電站升級(jí)改造中不得不解決的自動(dòng)化系統(tǒng)及運(yùn)維方面的核心問題。

鑒于此，部分學(xué)者也開始提出了代理裝置的思想，如文獻(xiàn)[4-6]。文獻(xiàn)[4]只考慮了舊系統(tǒng)信號(hào)共享至新系統(tǒng)，是單側(cè)的共享，而且其配置是導(dǎo)入全站的SCD文件，解析配置工作復(fù)雜化了。文獻(xiàn)[6]同樣存在文獻(xiàn)[1]的單向共享問題，而且其共享數(shù)據(jù)來源于通過網(wǎng)口鏡像解析遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)上的104報(bào)文，不僅存在破壞變電站網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范問題嫌疑，而且匹配信號(hào)點(diǎn)復(fù)雜、信號(hào)傳遞的實(shí)時(shí)性存在不足。文獻(xiàn)[5]提及了雙向橋接的思想，但并沒有給出具體的實(shí)現(xiàn)方案和配置方法，未明確代理裝置所需處理的核心信號(hào)，也未提及后臺(tái)五防的處理方法?？偠灾F(xiàn)有的代理裝置通用性欠缺，部分文獻(xiàn)并未解決實(shí)際需求，整體方案不夠完備。

本文提出的聯(lián)鎖互通代理裝置，在充分理解改造需求的基礎(chǔ)上，抓住所需共享的核心數(shù)據(jù)信息，簡(jiǎn)化配置方法，能兼容絕大部分變電站的升級(jí)改造場(chǎng)景，具有開發(fā)周期短、配置工作少、改造過程中改動(dòng)小、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。為敘述方便，下文將聯(lián)鎖互通代理裝置簡(jiǎn)稱代理裝置。

1 改造需求

代理裝置的設(shè)計(jì)需要考慮以下需求。

1）改造過程中，新、舊系統(tǒng)后臺(tái)同時(shí)存在，非跨間隔聯(lián)鎖信號(hào)可以在新后臺(tái)或舊后臺(tái)各自監(jiān)視，但參與了測(cè)控聯(lián)鎖、后臺(tái)五防的跨間隔聯(lián)鎖信號(hào)需要共享，在改造過程中必須保證完整、實(shí)時(shí)的聯(lián)鎖信號(hào)共享，解決聯(lián)鎖信號(hào)的實(shí)時(shí)共享是代理裝置需要處理的核心問題。

2）新、舊兩套系統(tǒng)在改造過程中可能存在規(guī)約不同或者同為某規(guī)約，無論哪側(cè)系統(tǒng)哪種規(guī)約，為防止報(bào)文干擾、信號(hào)沖突，在改造過程中都要隔離兩套系統(tǒng)，始終保持兩套系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立運(yùn)行。

3）對(duì)未替換的舊系統(tǒng)裝置，為確保舊系統(tǒng)運(yùn)行安全，不允許更改裝置配置，并且對(duì)新系統(tǒng)側(cè)每投入運(yùn)行一個(gè)新裝置，也不允許更改其配置。

4）改造是臨時(shí)過渡過程，每替換一個(gè)間隔改動(dòng)要小，改造完成代理裝置要退出，為此要求代理裝置成本低，組網(wǎng)簡(jiǎn)單，投入/退出方便，運(yùn)行中要穩(wěn)定可靠。

2 工作原理

2.1 運(yùn)行原理圖

在實(shí)際變電站改造過程中主要存在的改造類型是103舊站向61850新站和61850舊站向61850新站兩種類型的工程改造模式。圖1為103→61850改造的代理裝置運(yùn)行原理圖，假設(shè)表示所有還未替換的裝置，表示所有已替換的裝置，與之間存在聯(lián)鎖信息共享，代理裝置運(yùn)行原理如下：①在舊系統(tǒng)103側(cè)代理裝置需要接收發(fā)出來的103聯(lián)鎖信號(hào)，在新系統(tǒng)61850側(cè)代理裝置需要接收發(fā)出來的GOOSE聯(lián)鎖信號(hào)；②代理裝置需要將收到103聯(lián)鎖信號(hào)（來源）轉(zhuǎn)換成GOOSE信號(hào)發(fā)送到新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，新裝置收取該GOOSE信號(hào)并進(jìn)行自身的聯(lián)鎖判斷；③代理裝置也需要將收到的GOOSE聯(lián)鎖信號(hào)（來源）轉(zhuǎn)換成103信號(hào)發(fā)送到舊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，舊裝置收取該103信號(hào)進(jìn)行自己的聯(lián)鎖判斷；④對(duì)某側(cè)不存在的裝置，代理裝置不接收其信號(hào)，對(duì)某側(cè)存在的裝置，代理裝置不能再模擬發(fā)送其聯(lián)鎖信號(hào)。整個(gè)過程，代理裝置扮演一個(gè)收取轉(zhuǎn)發(fā)的角色，對(duì)于裝置、來說所收取的信號(hào)完全等同于實(shí)際裝置發(fā)出來的。圖2為61850→61850改造的代理裝置運(yùn)行原理圖，原理類似，本文不再贅述。

圖1 103→61850改造

圖2 61850→61850改造

2.2 共享聯(lián)鎖信息

代理裝置需要來回轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)是各間隔測(cè)控裝置需要向外發(fā)送的聯(lián)鎖信息，而對(duì)于僅參與某測(cè)控裝置自身聯(lián)鎖的位置信號(hào)（未參與其他裝置的聯(lián)鎖），是不需要轉(zhuǎn)發(fā)的，所以代理裝置需要代理的裝置僅僅是需要外發(fā)聯(lián)鎖信息的測(cè)控裝置，無需考慮保護(hù)裝置和其他未參與聯(lián)鎖的測(cè)控裝置。

2.3 特殊問題處理

代理裝置在收取、轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)鎖信號(hào)時(shí)，需要知曉兩側(cè)聯(lián)鎖信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特殊的是：①存在舊系統(tǒng)103單點(diǎn)信號(hào)與新系統(tǒng)側(cè)GOOSE單點(diǎn)或GOOSE雙點(diǎn)遙信兩種情形兼容對(duì)應(yīng)的問題，代理裝置知道映射關(guān)系后結(jié)合單點(diǎn)、雙點(diǎn)標(biāo)志，對(duì)單點(diǎn)直接對(duì)應(yīng)，對(duì)雙點(diǎn)需在程序內(nèi)部實(shí)時(shí)組合成GOOSE雙點(diǎn)或拆成103單點(diǎn)；②在運(yùn)行過程中還存在裝置檢修、信號(hào)接收斷鏈等品質(zhì)問題，甚至代理裝置本身也可以配置一個(gè)檢修壓板，策略為代理裝置收到帶有檢修品質(zhì)、斷鏈品質(zhì)的聯(lián)鎖信號(hào)，則不轉(zhuǎn)發(fā)該信號(hào)到對(duì)側(cè)系統(tǒng)；代理裝置本身置檢修，正常接收兩側(cè)聯(lián)鎖信號(hào)，轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)統(tǒng)一置上檢修品質(zhì)。

2.4 對(duì)上通信問題

以新系統(tǒng)為例，改造過程中，新系統(tǒng)后臺(tái)五防正常運(yùn)行需要獲取來自新系統(tǒng)已投入的測(cè)控裝置位置信號(hào)以及舊系統(tǒng)有關(guān)聯(lián)的部分測(cè)控裝置位置信號(hào)，以構(gòu)成完整的五防邏輯，顯然在新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，舊系統(tǒng)的這些信號(hào)只有代理裝置有接收，故代理裝置需要具備對(duì)后臺(tái)通信能力。調(diào)度方面，可參考文獻(xiàn)[4]，改造過程中新系統(tǒng)與舊系統(tǒng)的遠(yuǎn)動(dòng)裝置共同存在，信號(hào)在調(diào)度處合并，新、舊遠(yuǎn)動(dòng)裝置的運(yùn)行與代理裝置的存在與否無關(guān)，代理裝置不需要對(duì)上接入遠(yuǎn)動(dòng)。

3 具體實(shí)現(xiàn)

3.1 組網(wǎng)方法

代理裝置同時(shí)接入新、舊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，為保證網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，代理裝置使用不同網(wǎng)口接入新舊網(wǎng)絡(luò)，甚至更嚴(yán)格一點(diǎn)可使用不同板卡的網(wǎng)口或光口分別接入。圖3為本文提出的一個(gè)組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方案，代理裝置的B03（DSP板）接入新系統(tǒng)的站控層網(wǎng)絡(luò)，收集新系統(tǒng)裝置需要外送的聯(lián)鎖信號(hào)；同時(shí)B05（DSP板）接入舊系統(tǒng)的站控層網(wǎng)絡(luò)，收集舊系統(tǒng)裝置需要外送的聯(lián)鎖信號(hào)；經(jīng)過B01（CPU板）處理，根據(jù)裝置、信號(hào)的映射關(guān)系，控制B03、B05分別轉(zhuǎn)發(fā)來自B05、B03并轉(zhuǎn)換過的103或GOOSE塊信號(hào)，與此同時(shí)，CPU實(shí)時(shí)存儲(chǔ)了收集到的新舊系統(tǒng)信號(hào)，通過CPU板卡不同網(wǎng)口接入新、舊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，上送新、舊系統(tǒng)后臺(tái)。綜上：B03（B05）負(fù)責(zé)分別以新（舊）系統(tǒng)側(cè)報(bào)文規(guī)約形式接收、發(fā)送新（舊）系統(tǒng)聯(lián)鎖信號(hào)；B01負(fù)責(zé)處理B03、B05接收的信號(hào)，進(jìn)行處理后再控制B03、B05發(fā)送哪些信號(hào)以及發(fā)送什么值，并負(fù)責(zé)對(duì)后臺(tái)通信。

圖3 代理裝置組網(wǎng)方法

3.2 代理裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)上節(jié)分析，代理裝置的最低板卡配置只需要電源板、CPU管理板、DSP板（也可以配置開入板），這和普通測(cè)控相比，板卡配置是普通測(cè)控的子集，而普通測(cè)控CPU板本身具備對(duì)上通信（103或61850），故所設(shè)計(jì)的代理裝置僅需要在普通測(cè)控的基礎(chǔ)上重新開發(fā)CPU和DSP板的部分應(yīng)用程序。

代理裝置采集到新、舊系統(tǒng)的聯(lián)鎖信號(hào)并根據(jù)映射關(guān)系，控制向?qū)?cè)系統(tǒng)發(fā)送采集到的并轉(zhuǎn)換過的有效聯(lián)鎖信號(hào)，其中控制某裝置或某GOOSE塊聯(lián)鎖信號(hào)的接收與本側(cè)該裝置是否退出運(yùn)行有關(guān)；控制報(bào)文的發(fā)送與對(duì)側(cè)該裝置是否退出有關(guān)，還與對(duì)側(cè)報(bào)文接收品質(zhì)合理是否有關(guān)。其中聯(lián)鎖信號(hào)品質(zhì)是在運(yùn)行中實(shí)時(shí)接收判斷的，而裝置是否投退可通過投退定值或者開入壓板實(shí)現(xiàn)，本文采用一組新裝置投入定值和一組舊裝置退出定值來標(biāo)記新、舊系統(tǒng)裝置投退狀態(tài)

3.3 配置工具設(shè)計(jì)

代理裝置能夠正確接收聯(lián)鎖信號(hào)并模擬發(fā)送聯(lián)鎖信號(hào)，需要知曉新、舊系統(tǒng)參與聯(lián)鎖轉(zhuǎn)發(fā)裝置的裝置信息、信號(hào)信息，同時(shí)為了調(diào)試、監(jiān)視方便，還需要知曉各裝置IEDName、信號(hào)名稱等，代理裝置還需要準(zhǔn)確知道新系統(tǒng)和舊系統(tǒng)信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。為提高裝置運(yùn)行效率也為降低出錯(cuò)概率，在投入代理裝置前，將復(fù)雜的匹配工作放到工具上，通過配置工具生成最簡(jiǎn)配置表并導(dǎo)入代理裝置，減少裝置處理耗時(shí)。

對(duì)103網(wǎng)絡(luò)報(bào)文來說，識(shí)別一個(gè)開入信號(hào)，需要知道裝置地址、組號(hào)、條目號(hào)；對(duì)61850 GOOSE信號(hào)需要知道所屬GOOSE塊、FCDA（GOOSE信號(hào)引用全名）。所以工具的工作：①導(dǎo)入：對(duì)61850側(cè)，導(dǎo)入需要外發(fā)聯(lián)鎖GOOSE塊的所有測(cè)控裝置的GOOSE聯(lián)鎖文本（測(cè)控需要外發(fā)的聯(lián)鎖GOOSE塊也即為代理裝置需要接收和發(fā)送的GOOSE塊）；對(duì)103側(cè)，導(dǎo)入需要外發(fā)103聯(lián)鎖信號(hào)的所有測(cè)控裝置的103文本；②配置工作：新、舊兩側(cè)裝置按順序排列好，填好103地址、IEDName，進(jìn)行各信號(hào)匹配拉線操作；③導(dǎo)出：裝置及信號(hào)映射表，GOOSE收發(fā)塊文本。

代理裝置投入運(yùn)行時(shí)，將映射表導(dǎo)入CPU板，代理裝置啟動(dòng)后通過解析配置文本知曉所有各裝置基本信息，如裝置地址、某裝置所屬的所有GOOSE塊、兩側(cè)所有信號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系等。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

根據(jù)本文設(shè)計(jì)的代理裝置及組網(wǎng)方法，在杭州某500kV變電站進(jìn)行應(yīng)用，該站需將附近另外一個(gè)220kV變電站切割至本500kV變電站。具體改造過程：①220kV變電站看作舊系統(tǒng)側(cè)，拿到其全站SCD文件，導(dǎo)出需要外送聯(lián)鎖信號(hào)的測(cè)控裝置聯(lián)鎖GOOSE文本；②500kV變電站看作新系統(tǒng)側(cè)，制作完成切割后的最終新系統(tǒng)的SCD文件，導(dǎo)出需要外送聯(lián)鎖信號(hào)的測(cè)控裝置聯(lián)鎖GOOSE文本；③將兩部分聯(lián)鎖GOOSE文本導(dǎo)入配置工具，按既定順序排列裝置，然后進(jìn)行信號(hào)匹配拉線，生成映射文本、GOOSE收發(fā)塊文本，分別下載到代理裝置B01板、B03/B05板；④切割前，代理裝置所有舊裝置退出定值置0，所有新裝置投入定值置0，代理裝置按圖3組網(wǎng)接入后，此時(shí)舊系統(tǒng)側(cè)只接收所有測(cè)控聯(lián)鎖信息，新系統(tǒng)只發(fā)送所有測(cè)控聯(lián)鎖信息；⑤每替換一個(gè)間隔，需要修改一對(duì)投退定值，即該間隔對(duì)應(yīng)的舊系統(tǒng)裝置退出定值由0改為1，該間隔對(duì)應(yīng)的新系統(tǒng)裝置投入定值也由0改為1，同時(shí)在后臺(tái)修改與該間隔相關(guān)的五防信號(hào)來源并進(jìn)行畫面關(guān)聯(lián)修改（位置信號(hào)來源于新/舊系統(tǒng)裝置還是來源于代理裝置）；⑥每替換一個(gè)間隔并修改后，簡(jiǎn)單測(cè)試測(cè)控聯(lián)鎖、后臺(tái)五防是否正常；⑦替換完所有間隔測(cè)控，直接退出代理裝置。實(shí)際該工程在改造期間，代理裝置、測(cè)控聯(lián)鎖、后臺(tái)五防均運(yùn)行正常，未發(fā)生任何問題，這驗(yàn)證了本文方法的有效性。

5 結(jié)論

本文通過分析變電站改造過程聯(lián)鎖互通代理裝置需要處理的核心問題，即聯(lián)鎖信號(hào)的實(shí)時(shí)共享是解決測(cè)控聯(lián)鎖和后臺(tái)五防正常工作的前提，設(shè)計(jì)了代理裝置的配置功能及組網(wǎng)方案，顯然本文的方法簡(jiǎn)單、效率高，僅僅用一個(gè)裝置并以最簡(jiǎn)配置實(shí)現(xiàn)了改造過程中新、舊系統(tǒng)測(cè)控聯(lián)鎖和后臺(tái)防誤的穩(wěn)定運(yùn)行，而且本文的方法可以通過開發(fā)不同廠家的103規(guī)約模塊，能兼容103→61850、103→103、 61850→61850各種類型的改造工程。對(duì)于很大規(guī)模的變電站改造升級(jí)場(chǎng)景，如單個(gè)代理裝置處理能力有限，可以將全站劃分成沒有聯(lián)鎖耦合的兩個(gè)部分，將問題轉(zhuǎn)化為投入兩個(gè)代理裝置分別處理“兩個(gè)”獨(dú)立系統(tǒng)的改造問題。此外按本文的方案，間隔升級(jí)，測(cè)控裝置并不一定非要一對(duì)一替換，可以實(shí)現(xiàn)一對(duì)多替換（如舊系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)控裝置替換為新系統(tǒng)的兩個(gè)測(cè)控裝置）?？梢灶A(yù)見本文的方法能兼容絕大部分變電站系統(tǒng)的升級(jí)改造工作。美中不足的是，代理裝置需要導(dǎo)入的文本是需要外送聯(lián)鎖信號(hào)的測(cè)控裝置文本，對(duì)61850側(cè)來說，GOOSE文本并沒有差異，需要人為判斷哪些裝置需要外送聯(lián)鎖信號(hào)。

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The simple implementation method of substation transformation interflowing interlock agent device

Liu Zhongze Xiong Muwen Chen Guiyou Fang Jiawei Deng Jindong

(NR Electric Co., Ltd, Nanjing 210002)

The increasing popularization and stable operation of IEC 61850 promote the demand ofintelligent upgrading traditional IEC 103 stations. There will be a long period of new and old systems running in parallel after starting substation transformation. During this period, there may be interlock information of BCU loss both in the new and old system. Also，monitoring five defense exists the same problem. On the basis of fully analyzing the needs of substation transformation, this paper draws on the existing schemes and excavate the essence of the problem, and puts forward the complete scheme of interlock agent and its accessing method. Compared with the existing agent, it has good characteristics of complete functions, complete scheme, simple configuration, stable and reliable and so on. The actual substation application proves the method is effective.

substation transformation; interlock; agent device; anti error

2018-06-19

劉中澤（1989-），男，安徽銅陵人，碩士研究生，工程師，從事變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的研發(fā)工作。