基于智能變電站的繼電保護檢測和調(diào)試分析

唐民

摘 要：智能變電站是以全站信息數(shù)字化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實時自動控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動等高級功能的變電站。本文主要就智能變電站的繼電保護檢測和調(diào)試進行分析討論。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護;檢測調(diào)試

一、智能變電站的二次回路架構(gòu)和可視化技術(shù)分析

智能變電站的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為“三層兩網(wǎng)”，其中“三層”是指站控層、間隔層和過程層，“兩網(wǎng)”是指站控層網(wǎng)絡(luò)和過程層網(wǎng)絡(luò)。站控層主要包括后臺監(jiān)控系統(tǒng)、遠動系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、保信子站等，間隔層主要包括保護裝置、測控裝置、計量裝置、在線監(jiān)測裝置、網(wǎng)絡(luò)分析裝置等，過程層主要包括智能終端和合并單元。站控層網(wǎng)絡(luò)由站控層交換機組網(wǎng)，并負責(zé)站控層系統(tǒng)與間隔層裝置的數(shù)據(jù)傳輸和通信，過程層網(wǎng)絡(luò)由過程層交換機組網(wǎng)，并負責(zé)間隔層裝置與過程層設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸和通信。智能變電站的數(shù)據(jù)類型大致有MMS、GOOSE和SV三種，其中MMS用于站控層網(wǎng)絡(luò)的通信，GOOSE和SV用于過程層的數(shù)據(jù)傳輸。智能變電站典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能變電站中，SCD文件可視化管理系統(tǒng)需要通過典型的SCD文件或運行設(shè)備的配置文件提高系統(tǒng)的可讀性，檢查系統(tǒng)并進行對比，合理評估檢修的策略，并將其作為文件的處理結(jié)果，從文件中獲取編輯、存儲功能并檢查檢修圖紙以及生成的報告，這些都被稱為可視化操作功能。此外，SCL是智能變電站中的標準語言，SCD文件符合SCL規(guī)范，是一種唯一配置的文件。SCD文件主要描述了變電站的一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及IED的配置信息，對訪問點的位置進行通信訪問以及所有IED信號之間的聯(lián)系，SCD文件中，信息頭主要用于識別SCD文件的配置版本以及有關(guān)信號之間的映射;變電站描述主要是對變電站的功能以及拓撲結(jié)構(gòu)進行描述;IED描述是對IED的配置以及功能進行描述，包含了訪問點、設(shè)備以及節(jié)點等信息;通信系統(tǒng)描述主要是通過邏輯總線描述網(wǎng)絡(luò)通信之間的連接，分析邏輯總線以及IED訪問點之間的關(guān)系;數(shù)據(jù)類型模板主要描述了SCD文件中的類型以及屬性。

二、智能變電站IEC61850標準的機制

IEC61850標準的核心主要體現(xiàn)在自我描述的功能，利用變電站配合文件實現(xiàn)描述，定義抽象通信的服務(wù)接口，在通信技術(shù)方面能夠達到獨立的功能，并根據(jù)功能劃分不同的節(jié)點，用邏輯設(shè)備表示抽象物理設(shè)備。IEC61850標準主要采用采樣值（SV）描述電流與電壓，SV支持的傳輸方式是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，因為在每一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀之前都有前導(dǎo)字節(jié)，并且在以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀之間還會插入其他字節(jié)，用IEC61850進行數(shù)據(jù)的分析，如果IED輸出的采集數(shù)據(jù)采樣率為256點/周波，頻率為50Hz，則數(shù)據(jù)的流量為12.4Mbit/s，如果不是256點/周波，則報文中只含有1個采樣點數(shù)據(jù)。采用IEC61850標準格式最大的優(yōu)點就是能夠自由配置通道的個數(shù)，但是數(shù)據(jù)幀的長度會在每個通道中增加兩個字節(jié)，SV是一種時間驅(qū)動的通信方式，因為通信的原因容易造成報文的丟失或者是發(fā)送失敗。另外，GOOSE指的是面向通用對象的變電站事件機制， 具有優(yōu)先級控制功能， 提供高效率實現(xiàn)IEC之間的直接通信， 當事件發(fā)生后， GOOSE的間隔時間會連續(xù)發(fā)送2次信息， 按照T=2N×s（N=0，1，2，3，…，s=1 ms） 的方式發(fā)送N遍并一直重復(fù)。

三、基于IEC61850標準的智能變電站繼電保護檢測

1、通過合并單元進行檢測。根據(jù)目前智能變電站交流采樣的模式分為電子式互感器以及常規(guī)互感器兩種，因為電子式互感器的技術(shù)還不成熟，因此在智能變電站中普遍采取的是模擬式合并單元。合并單元的主要功能就是對電子式互感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行解碼，并發(fā)送給監(jiān)控保護裝置，如圖2所示。合并單元自動檢測功能能夠?qū)ρb置中的硬件以及錯誤通訊自行判斷，當發(fā)生電源的中斷、異常時能夠發(fā)出報警信號，并在采樣異常的情況下將參數(shù)設(shè)置成00000001，當保護裝置收到合并單元的數(shù)據(jù)后發(fā)出報警信號，按照合并單元提供的數(shù)據(jù)進行運算，避免A/D采樣環(huán)節(jié)的過程中出現(xiàn)異常，結(jié)合實際情況進行分析，合并單元本身的自動檢測功能還不太完善，存在數(shù)據(jù)同時出現(xiàn)異常，自動檢測仍然能夠通過的現(xiàn)象，出現(xiàn)這種情況后就需要判斷數(shù)據(jù)的有效性。

2、通過等比差的方式進行檢測。通過冗余通道對比檢測，合并單元輸送保護裝置電氣量，通過互相比較可以判斷出部分的異常，比如三相電流和零序電流之間的聯(lián)系。如果對每一個電流和電壓的回路都設(shè)置一個通道，則所有的量都能夠在同一時間進行采樣，每一次的采樣為k，需要滿足以下條件：

公式（1）提供了判斷采樣值是否滿足條件的依據(jù)，如果發(fā)現(xiàn)多次不符合該公式，需要判斷數(shù)據(jù)采樣環(huán)節(jié)是否存在異常，及時進行修復(fù)。智能變電站繼電保護裝置需要依賴合并單元判斷采樣的數(shù)據(jù)是否有效，但是合并單元本身并不具備完全的自檢功能，繼電保護裝置需要對合并單元進行進一步的判斷，針對電子式電流互感器的特點提出一種能夠比較采樣值檢測異常的方法，但是數(shù)據(jù)處理的時間比較長，無法滿足快速保護的要求，為了滿足相關(guān)的要求，提出了一種基于采樣值等比差的數(shù)據(jù)判斷方式。設(shè)x為區(qū)間內(nèi)的一點，x+Δx為區(qū)間上的另一點，Δx>0，得出公式（2）：

3、模型匹配自動檢測。傳統(tǒng)的變電站繼電保護裝置采用的安全方式是短接電流的回路，斷開交流電壓與回路壓板，并采用專用繼電保護測試儀器進行測試，通過人工的方式進行測試。而智能變電站繼電保護測試分為合并單元、保護裝置以及智能終端，前兩項主要采用測試儀加報文組成，保護裝置的測試主要通過傳統(tǒng)的模擬量輸出儀器進行。相比傳統(tǒng)的繼電保護測試，智能變電站繼電保護在測試的過程中也會出現(xiàn)一些問題，比如測試的設(shè)備對人員的要求較高，很多與運行有關(guān)的參數(shù)需要通過人工完成;工作量較大，保護裝置的不同邏輯測試需要重新設(shè)置時，測試的工作量大，容易出現(xiàn)漏測的問題，在沒有智能終端測試的情況下需要人工判斷GOOSE報文的正確性。

四、智能變電站繼電保護調(diào)試技術(shù)

1、定值檢驗。首先檢查壓板的配置信息，除了檢查遠方操作的壓板以及硬壓板外，其他的壓板需要采用軟壓板，投入檢修壓板后，需要監(jiān)視GOOSE報文以及裝置面板的顯示，通過裝置參數(shù)以及文件，保護上送帶的位置信息，當面板指示燈或者界面有明顯的數(shù)據(jù)顯示時，在檢修壓板時下裝并采用閉鎖保護，然后退出檢修壓板，監(jiān)視GOOSE報文以及裝置面板的提示信息，進行裝置參數(shù)以及其他相關(guān)的操作，如果面板的指示燈以及界面恢復(fù)正常，參數(shù)和配置文件不能進行安裝。對GOOSE出口軟壓板進行檢驗，需要投入出口軟壓板，并保護元件配置和動作，監(jiān)視正確的GOOSE報文;退出出口軟壓板，保護元件，監(jiān)視GOOSE報文，當監(jiān)視到正確的沒有跳閘的GOOSE報文時，需要監(jiān)視壓板的狀態(tài)是否正確。投入SV接收軟壓板，并加入SV的模擬量，當對應(yīng)的模擬量顯示為正確時，需要斷開對應(yīng)的通信接口，保護裝置并發(fā)出告警信息;退出SV接收軟壓板加入SV模擬量，保護沒有對應(yīng)的模擬量，斷開間隔的通信接口，保護裝置并發(fā)出告警信息。當開入GOOSE軟壓板時，投入和退出軟壓板，并監(jiān)視軟壓板的狀態(tài)。

2、精度檢驗。對裝置SV報文接收的性能進行檢測，模擬SV報文的SVID、APPID等參數(shù)的變化，對保護裝置的功能進行正確顯示，根據(jù)接受到的報文以及采樣值的配置信息判斷報文配置的一致性，并發(fā)出相應(yīng)的報警信號;模擬SV報文的時間變化，保護裝置并監(jiān)視采樣值，當超出保護裝置的范圍或，報警并關(guān)閉保護功能;模擬SV報文對應(yīng)中Validity字段的變化，接收的一方需要爭取識別并做出正確的反應(yīng)。模擬合并信號與裝置之間的信號，當通信中斷后，保護裝置需要根據(jù)相應(yīng)的信號做出反應(yīng)，并發(fā)出警告信號，當通信恢復(fù)之后，對裝置信號進行保護并自動返回，使保護功能能夠恢復(fù)正常。

五、小結(jié)

總之，智能變電站的自動化運行符合IEC 61850通用標準，具有一定的規(guī)范化智能系統(tǒng)，其中繼電保護的反事故特點確保了變電站智能化的自動運行處于正常狀態(tài)，而繼電保護調(diào)試的有效性在智能變電站運行中起到了不可替代的故障提示及變電站設(shè)備保護等作用，實現(xiàn)了繼電保護的靈敏性、可靠性及實效性，最終通過繼電保護的調(diào)試保障了智能變電站的正常運行，確保了人們生產(chǎn)、生活用電的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 周健，高曉軍，劉大偉.智能變電站繼電保護調(diào)試方法及其應(yīng)用探析[J].中國電業(yè)（技術(shù)版），2017（4）.

[2] 陳彩鳳.智能變電站繼電保護調(diào)試方法及其應(yīng)用探析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2014（23）.

[3] 黃志成.智能化變電站繼電保護調(diào)試研究及應(yīng)用[J].機電工程技術(shù)，2016（12）.