智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化研究與應(yīng)用

王國海 宋源淵

摘?要：智能化變電站自提出以來，經(jīng)歷了多種技術(shù)的革新與融合，逐漸走向成熟，但是面對日益增多的業(yè)務(wù)需求和安全性考慮，對作為信息傳輸與分享樞紐的繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。文章立足于通過研究智能繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化技術(shù)，利用SCD文件實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自動區(qū)分以及設(shè)備自動識別，結(jié)合傳統(tǒng)的電纜電氣回路點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)，做到虛擬連接點(diǎn)對點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化功能，使得繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)透明化、智能化，從而解決目前傳統(tǒng)交換機(jī)帶來的“黑匣子”難題，提高智能站的建設(shè)、運(yùn)行、檢修智能化水平，進(jìn)一步為智能站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)智能化做貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：繼電保護(hù);SCD;網(wǎng)絡(luò);智能變電站;可視化

隨著變電站綜合技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的自動化變電站逐步被智能化變電站所取代，與傳統(tǒng)變電站由確定的電纜組成的電氣回路所不同，智能變電站由光纖組成了虛擬的二次回路，由虛端子取代了實(shí)體二次端子排，這些變化帶來了諸多問題，比如繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息不透明，物理鏈路與報(bào)文聯(lián)系不確定，智能電子設(shè)備（IED）通信鏈路不清楚等，由此增加了智能站運(yùn)行、檢修工作的難度。為了解決這些問題，需要將智能站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化，基于變電站配置描述文件（SCD）可以獲取IED之間的通信邏輯關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化提供了基礎(chǔ)。

1 智能站網(wǎng)絡(luò)特征分析

智能變電站中數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖兏?，帶來了很多相對于傳統(tǒng)變電站的變化，智能變電站中二次連線變?yōu)樘摂M連線，虛擬連線的兩端連接的是虛端子，虛端子是IED設(shè)備對外輸出的信息端子，用于不同IED設(shè)備間數(shù)據(jù)的交互。每一個(gè)IED設(shè)備都有虛端子，有些虛端子定義用于接收其他IED設(shè)備的輸出信息;有些虛端子定義用于發(fā)送信息，供其他的IED設(shè)備接收使用。比如保護(hù)設(shè)備，需要接收對應(yīng)的合并單元給出的輸出信息，對于保護(hù)設(shè)備，這些虛端子是接收信息，對于合并單元，這些虛端子是輸出信息。

2 應(yīng)用基礎(chǔ)

2.1 SCD文件是基礎(chǔ)

SCD文件描述了變電站內(nèi)所有繼電保護(hù)相關(guān)對象（合并單元，智能單元，保護(hù)元件）重要的外特征，其中包括開入和開出信息，以及這些對象間開入/開出信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，即虛擬二次回路（見圖1）。SCD

文件是智能變電站基本信息描述的載體，覆蓋一次系統(tǒng)接線、二次系統(tǒng)裝置信息（功能節(jié)點(diǎn)）、報(bào)文屬性（類型、長度、發(fā)送規(guī)律、訂閱關(guān)系、地址等），未來還擴(kuò)展到二次網(wǎng)絡(luò)接線（即交換機(jī)連接關(guān)系）。因此，智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化應(yīng)以SCD文件為根本依據(jù)，以面向通用對象的變電站事件（GOOSE）、采樣值（SMV）報(bào)文為對象，以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為基本規(guī)則，以獲取報(bào)文屬性為目標(biāo)。

2.2 IED設(shè)備投入監(jiān)控技術(shù)

通過解析SCD文件可以獲取智能變電站全站IED設(shè)備信息和智能變電站全站繼電保護(hù)業(yè)務(wù)信息，而業(yè)務(wù)信息的發(fā)送和IED邏輯是嚴(yán)格關(guān)聯(lián)的。交換機(jī)通過解析繼電保護(hù)業(yè)務(wù)報(bào)文的頭部得知所傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)的類型和應(yīng)用標(biāo)識（APPID），通過業(yè)務(wù)信息的交互，可以感知智能變電站全站IED設(shè)備是否正常投用（見圖2），并將IED設(shè)備上線投用消息報(bào)告到相關(guān)管理和決策單元。

采用基于繼電保護(hù)業(yè)務(wù)（GOOSE或SV）APPID實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和交互的信息傳輸方案，通過檢測傳輸業(yè)務(wù)的

APPID信息，和SCD文件解析到的IED裝置信息與繼電保護(hù)業(yè)務(wù)的邏輯關(guān)系表進(jìn)行比對，即可確定IED裝置上線。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

3.1 應(yīng)用目的

在變電站的發(fā)展過程中，電力運(yùn)維人員更習(xí)慣于可視化的管理方式，無論是對于采集的實(shí)時(shí)量還是管理信息都可以依靠各種工具實(shí)現(xiàn)可視化，由此運(yùn)維人員可以明白直觀的了解真實(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。但是進(jìn)入到智能變電站階段，由于光纖網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)的應(yīng)用，作為智能變電站最重要的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)變成了不透明的過程，由此給電力運(yùn)維人員帶來了更為復(fù)雜的難題，而常規(guī)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)的應(yīng)用只是解決了智能變電站數(shù)據(jù)如何傳輸?shù)膯栴}，并沒有在運(yùn)維管理可視化等方面有任何的進(jìn)展，甚至由于專業(yè)技術(shù)的區(qū)別給電力運(yùn)維人員帶來了更加復(fù)雜的認(rèn)識過程。運(yùn)維人員可以通過可視化的管理界面實(shí)時(shí)查看交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及每臺交換機(jī)每個(gè)端口接入IED設(shè)備的基本運(yùn)行情況，對設(shè)備進(jìn)行管理維護(hù)。

3.2 應(yīng)用案例

該系統(tǒng)應(yīng)用于南網(wǎng)云南電網(wǎng)公司昆明供電局變電管理一所繼保自動化實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室擁有一個(gè)模擬的變電站系統(tǒng)，包括后臺綜合自動化系統(tǒng)，測控裝置，通信管理機(jī)，多種元件的繼電保護(hù)裝置等，具備一個(gè)完善且典型的應(yīng)用環(huán)境。

1）站內(nèi)業(yè)務(wù)解析功能，通過解析SCD文件，得到站內(nèi)GOOSE、SV報(bào)文的發(fā)送和訂閱關(guān)系，同時(shí)會列出站內(nèi)所有IED設(shè)備的名稱、型號、廠家信息等（見圖3），相當(dāng)于自帶SCD解析工具，方便運(yùn)維人員查看SCD文件。

2）IED識別定位功能，當(dāng)有IED設(shè)備接入交換機(jī)某個(gè)端口后，會在交換機(jī)該端口上顯示接入設(shè)備的名稱及型號，IED設(shè)備接入前交換機(jī)的端口是空的（見圖4），IED設(shè)備接入交換機(jī)之后，交換機(jī)各個(gè)端口會顯示接入的是哪一臺IED設(shè)備，這樣就減輕了光纖打標(biāo)簽的工作復(fù)雜程度，可以作為紙質(zhì)標(biāo)簽的一個(gè)電子化補(bǔ)充。

3）動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湔故竟δ?，?dāng)通信路徑建立起來之后，可以通過查看網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D來掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)，一旦網(wǎng)絡(luò)通信節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問題，方便溯源查缺，提高運(yùn)維效率，由于現(xiàn)場實(shí)際只應(yīng)用了一臺交換機(jī)，沒有與其級聯(lián)的交換機(jī)，所以交換機(jī)鄰居節(jié)點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系此處沒有展示出來，如果有級聯(lián)交換機(jī)的話，會將所有級聯(lián)的交換機(jī)全部展示出來，同時(shí)這個(gè)拓?fù)鋱D會隨著IED設(shè)備的實(shí)際接入情況而動態(tài)更新。

4）虛擬二次回路展示功能，通過將業(yè)務(wù)傳輸路徑可視化，與實(shí)際物理光纖鏈路進(jìn)行對比，可以實(shí)現(xiàn)報(bào)文全路徑監(jiān)控，打破原有網(wǎng)絡(luò)“黑匣子”的狀況，將報(bào)文傳輸過程變得“透明化”，幫助運(yùn)維人員更好的理解繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，提升工作效率。

4 結(jié)語

結(jié)合目前的繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維現(xiàn)狀，本文立足于繼電保護(hù)網(wǎng)絡(luò)可視化，利用智能站固有信息流的特征，實(shí)現(xiàn)了虛擬二次回路的實(shí)時(shí)在線監(jiān)視與管理，解決了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維不能及時(shí)定位問題點(diǎn)，定位之后不能有效的排除問題，恢復(fù)通信路徑的正常傳輸耗時(shí)、耗力難題，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有傳統(tǒng)以太網(wǎng)交換機(jī)在智能變電站中存在的智能化不足的短板，簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高了運(yùn)行效率，降低了運(yùn)維難度，為智能電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行做一份有力的保障。

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