智能變電站保護(hù)與控制在線安全運(yùn)行分析與研究

馬慧芳 李延?xùn)| 張亮 張蓓蕾

摘要：在現(xiàn)代電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展中，智能變電站作為電力系統(tǒng)重要的核心樞紐，智能變電站保護(hù)和安全控制是我國智能電網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略中重要內(nèi)容。智能變電站保護(hù)和控制在線安全分析的數(shù)據(jù)源，都是基于變電站內(nèi)的數(shù)據(jù)信息?；诖?，分析了智能變電站的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息特點(diǎn)，結(jié)合智能變電站保護(hù)和安全控制實(shí)際情況，提出了智能變電站保護(hù)和控制在線安全運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，并研究了智能變電站保護(hù)和控制在線安全運(yùn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng);智能變電站;安全控制;在線運(yùn)行

1智能變電站網(wǎng)絡(luò)信息特點(diǎn)分析

智能變電站信息的最大特點(diǎn)就是信息數(shù)字化，變電站內(nèi)數(shù)據(jù)信息主要是通過光纖或者網(wǎng)線進(jìn)行傳輸。智能變電站的信息量非常大，在海量數(shù)據(jù)信息中，MMS報(bào)文信號用于實(shí)現(xiàn)站控層數(shù)據(jù)通信，監(jiān)測控制網(wǎng)絡(luò)通信。MMS信號在實(shí)際智能變電站運(yùn)行中可以作為虛端子，網(wǎng)絡(luò)通信是依靠虛端子和實(shí)際設(shè)備進(jìn)行信號傳遞，傳遞的信號需要由系統(tǒng)文件配置完成。智能變電站網(wǎng)絡(luò)通信包括站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)，其中，站控層網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對操作控制命令進(jìn)行分配和下發(fā)，將變電站設(shè)備運(yùn)行情況數(shù)據(jù)上傳到管理中心，即MMS報(bào)文網(wǎng)絡(luò)。過程層網(wǎng)絡(luò)主要是采集各個(gè)單元的數(shù)字信息，并把執(zhí)行的命令下發(fā)到相應(yīng)單元。

2智能變電站安全措施特點(diǎn)

常規(guī)微機(jī)保護(hù)二次回路一直遵循“明顯斷開點(diǎn)”的原則，在直流跳合閘回路、保護(hù)聯(lián)閉鎖回路中串入硬壓板，設(shè)備檢修時(shí)打開這些壓板，再挑開待檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備間的二次回路，實(shí)現(xiàn)可靠的安全措施。智能變電站二次回路與常規(guī)變電站有很大的不同，繼電保護(hù)設(shè)備本身也發(fā)生了很大的變化，光纖通信代替了交流采樣和直流二次回路，所以安全隔離措施也有了很大的不同。智能電子設(shè)備內(nèi)置數(shù)據(jù)鏈路的發(fā)送和接收軟壓板，可通過投退這些軟壓板，控制虛擬數(shù)據(jù)鏈路的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對待檢修設(shè)備的隔離。智能變電站中采用“直采”、“直跳”的保護(hù)裝置，可采用物理斷開連接光纖，實(shí)現(xiàn)“明顯斷開點(diǎn)”，這種方法具有較高的可靠性，但多次插拔光纖接口易造成接頭污損，增加通道延遲，進(jìn)而影響保護(hù)裝置運(yùn)行可靠性。此外，在退出對應(yīng)通道壓板前，斷開物理光纖（或投檢修壓板）會(huì)導(dǎo)致通道接收數(shù)據(jù)異常，造成數(shù)據(jù)接收端閉鎖相關(guān)保護(hù)功能，所以安全措施間的配合順序非常重要。智能變電站的主要隔離措施有：投退保護(hù)裝置的SV接收軟壓板;投退保護(hù)等智能電子設(shè)備的GOOSE接收和發(fā)送軟壓板;投退保護(hù)等智能電子設(shè)備的檢修壓板;插拔智能電子設(shè)備間的連接光纖;投退智能終端的出口硬壓板。繼電保護(hù)設(shè)備安全隔離措施應(yīng)在保證工作安全的前提下按雙重化和最小化的原則配置，在未驗(yàn)證軟壓板及檢修策略正確性前，應(yīng)采用物理斷開和數(shù)字?jǐn)嚅_相結(jié)合的方式，在定期校驗(yàn)中可采用雙重?cái)?shù)字?jǐn)嚅_方式隔離待檢修與運(yùn)行設(shè)備。

3安全措施的執(zhí)行原則

3.1總的原則

智能變電站執(zhí)行安全措施的主要目的是將故障或待檢修設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備可靠隔離，同時(shí)保證相關(guān)的一次設(shè)備帶保護(hù)運(yùn)行，否則應(yīng)將一次設(shè)備停運(yùn)后再做處理。單套配置的繼電保護(hù)裝置、合并單元、智能終端等校驗(yàn)消缺時(shí)應(yīng)停運(yùn)一次設(shè)備;網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)一般不單獨(dú)投退，必要時(shí)可根據(jù)影響范圍退出相關(guān)保護(hù)功能。

3.2二次虛回路的安全措施

二次虛回路的安全隔離應(yīng)采取至少雙重安全措施，即在檢修設(shè)備上和運(yùn)行設(shè)備上分別執(zhí)行安全措施，如退出待檢修裝置發(fā)送軟壓板、退出相關(guān)運(yùn)行保護(hù)裝置相應(yīng)的接收軟壓板并投入待檢修設(shè)備檢修壓板等。

3.3物理斷開的安全措施

通過打開智能終端出口硬壓板，斷開智能電子設(shè)備光纖接口，可實(shí)現(xiàn)具有“明顯斷開點(diǎn)”的安全措施。本類措施當(dāng)且僅當(dāng)確有必要時(shí)執(zhí)行，以避免頻繁插拔光纖導(dǎo)致光接口損壞，原則上可執(zhí)行單重安全措施;執(zhí)行措施時(shí)，應(yīng)將斷開的光纖做好標(biāo)記并套好保護(hù)罩。

3.4交流回路安全措施

合并單元一般不單獨(dú)檢修，故障或檢修時(shí)應(yīng)首先退出受影響的繼電保護(hù)裝置。保護(hù)裝置SV接收軟壓板退出前，應(yīng)確認(rèn)相關(guān)的保護(hù)處于退出狀態(tài)或跳閘改信號或?qū)?yīng)的一次設(shè)備已停運(yùn)。

3.5檢修壓板投退順序

操作繼電保護(hù)裝置檢修壓板前，應(yīng)確認(rèn)保護(hù)裝置處于退出或跳閘改信號狀態(tài)，且與其相關(guān)的運(yùn)行保護(hù)裝置相應(yīng)接收軟壓板已退出。需要特別注意的是操作合并單元的檢修壓板前，應(yīng)確認(rèn)相關(guān)保護(hù)已退出或相應(yīng)SV接收軟壓板已退出。

3.6安全措施執(zhí)行順序及確認(rèn)

涉及多間隔的保護(hù)（如母差、主變等）裝置操作，退出保護(hù)時(shí)，建議按“退出口軟壓板—退功能軟壓板—退間隔SV接收壓板—投檢修壓板”的順序執(zhí)行;投入保護(hù)時(shí)操作順序與此相反。每項(xiàng)安全措施執(zhí)行后，都應(yīng)在待檢修保護(hù)裝置、相關(guān)運(yùn)行保護(hù)裝置、一體化監(jiān)控系統(tǒng)、保信子站等核對相關(guān)信息，確認(rèn)安全措施已執(zhí)行到位，無異常告警信息。

4智能變電站保護(hù)與控制在線安全運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

4.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求分析

智能變電站保護(hù)與控制在線安全運(yùn)行系統(tǒng)主要根據(jù)SCD配置文件和網(wǎng)絡(luò)信息報(bào)文進(jìn)行設(shè)計(jì)。對SCD配置文件進(jìn)行解析，可以獲取智能變電站的整個(gè)信息模型，可以掌握整個(gè)智能變電站的圖紙結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)報(bào)文可真實(shí)地反映出智能變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，并根據(jù)數(shù)據(jù)信息對設(shè)備進(jìn)行自我診斷。設(shè)計(jì)的主要要求是實(shí)現(xiàn)對智能變電站網(wǎng)絡(luò)報(bào)文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)偵聽和分析，為智能變電站的遠(yuǎn)程控制管理人員提供控制管理功能，通過自身的過濾功能完成事件關(guān)聯(lián)信息的自動(dòng)獲取。如果二次系統(tǒng)發(fā)生功能故障，本系統(tǒng)可以及時(shí)自動(dòng)分析造成故障的原因，提高了故障處理的能力，減少了處理故障的時(shí)間，為在線安全運(yùn)行分析提供了重要的技術(shù)支持，保證了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)要能通過在線偵聽分析采集的信息，并自動(dòng)完成事件功能關(guān)聯(lián)，提高智能變電站的信息處理能力。在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，要滿足監(jiān)測過程中針對性較強(qiáng)的要求，并降低系統(tǒng)的冗余計(jì)算，提高智能變電站的運(yùn)行能力。

4.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

在智能變電站保護(hù)與控制在線安全運(yùn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)的底層模塊負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，主要是對智能變電站的SCD配置文件進(jìn)行解析，并且完成通信模塊的建立和數(shù)據(jù)的更新功能。GOOSE解析模塊和SV解析模塊功能是從過程層的中心交換機(jī)采集和獲取FPGA報(bào)文，并通過解析功能對報(bào)文進(jìn)行解析，然后通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芾矸?wù)器。主要通過MMS解析模塊從站控層交換機(jī)獲取MMS報(bào)文，并將獲取的報(bào)文進(jìn)行解析，進(jìn)而得到事件類型，采用不同的標(biāo)記類型對不同事件分類標(biāo)記。在系統(tǒng)的主界面中顯示經(jīng)過標(biāo)記的事件，方便系統(tǒng)管理人員查看事件信息。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)，通過功能事件作為接口，對動(dòng)作事件進(jìn)行保護(hù)控制，對保護(hù)控制行為分析進(jìn)行關(guān)聯(lián)，使系統(tǒng)可以進(jìn)行行為在線安全運(yùn)行分析。智能變電站保護(hù)與控制在線安全運(yùn)行分析系統(tǒng)的應(yīng)用程序在運(yùn)行時(shí)相互獨(dú)立，并且系統(tǒng)可為每個(gè)應(yīng)用程序分配獨(dú)立的內(nèi)存空間。應(yīng)用程序的基本單元是線程，一個(gè)應(yīng)用程序里面有多個(gè)線程組成。線程處理任務(wù)的方式是以串行方式為主，多線程是在應(yīng)用程序中同時(shí)執(zhí)行多個(gè)線程，每個(gè)線程完成不同的任務(wù)，可提高系統(tǒng)的執(zhí)行效率。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師以網(wǎng)絡(luò)信息的實(shí)時(shí)獲取和解析等為平臺(tái)基礎(chǔ)，同時(shí)對功能擴(kuò)展進(jìn)行支持。系統(tǒng)平臺(tái)處理的信息量大，單線程不能滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)處理功能的需要。因此，設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)采用多線程的數(shù)據(jù)處理架構(gòu)，提高了智能變電站在線安全運(yùn)行分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的能力。

結(jié)語

智能變電站在線安全運(yùn)行分析系統(tǒng)研究，促進(jìn)了智能變電站安全運(yùn)行方面的發(fā)展。通過對智能變電站保護(hù)與控制在線安全運(yùn)行分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，可對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且可對保護(hù)控制行為的執(zhí)行情況進(jìn)行分析和判斷，真正實(shí)現(xiàn)了在線安全運(yùn)行的智能化。

參考文獻(xiàn)

侯偉宏，裘愉濤，吳振杰，等.智能變電站繼電保護(hù)GOOSE回路安全措施研究[J].中國電力，2014，49（9）：143-148.