智能變電站技改和擴(kuò)建二次系統(tǒng)工廠化測(cè)試技術(shù)

熊楠，楊蕓懿，饒赟

（貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴安供電局，貴州 貴安 550003）

0 引言

在當(dāng)今，智能變電站已逐漸進(jìn)入運(yùn)行維護(hù)高峰，前期投運(yùn)的變電站經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，設(shè)備及設(shè)計(jì)缺陷逐漸暴露出來，因此設(shè)備檢修及二次回路改造工作也逐漸增多。隨著智能變電站數(shù)量的增多及運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，設(shè)備檢修及二次回路改造工作會(huì)趨于常態(tài)化，因此，需要有一定的技術(shù)保障手段。

1 項(xiàng)目目標(biāo)

通過本項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)智能變電站改擴(kuò)建、更換二次智能設(shè)備等運(yùn)維檢修需求，開展智能變電站二次系統(tǒng)工廠化測(cè)試技術(shù)研究，研制智能變電站測(cè)試虛擬測(cè)試裝置，搭建智能變電站最小測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)技改、擴(kuò)建及檢修設(shè)備更換時(shí)智能變電站繼電保護(hù)工廠化測(cè)試。此項(xiàng)目在智能變電站技改、擴(kuò)建及檢修時(shí)變電站不停電或少停電情況下完成工作中具有重要意義。

2 項(xiàng)目技改和擴(kuò)建之后的突出特點(diǎn)

與現(xiàn)有的測(cè)試技術(shù)相比，本項(xiàng)目研究的技改、擴(kuò)建二次系統(tǒng)工廠化測(cè)試技術(shù)具有以下突出的特點(diǎn)：

第一，基于SCD文件關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建最小測(cè)試系統(tǒng)，模擬待測(cè)設(shè)備之外的關(guān)聯(lián)設(shè)備，并可以同時(shí)加載相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，再現(xiàn)智能變電站真實(shí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)技改、擴(kuò)建及檢修設(shè)備的工廠化測(cè)試。

第二，實(shí)現(xiàn)技改、擴(kuò)建及檢修等工況設(shè)備更換時(shí)智能變電站繼電保護(hù)一鍵式自動(dòng)測(cè)試，解決了智能變電站現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)間緊的問題。

第三，實(shí)現(xiàn)虛擬客戶端與被測(cè)IED的MMS報(bào)文交互，實(shí)現(xiàn)測(cè)試過程中的待測(cè)設(shè)備狀態(tài)可視化。

第四，支持智能變電站安措離線預(yù)演，為智能變電站現(xiàn)場(chǎng)將要進(jìn)行的安全措施提供防誤邏輯測(cè)試和安全操作依據(jù)。

第五，通過模擬測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)傳輸，可實(shí)現(xiàn)對(duì)技改、擴(kuò)建前后SCD文件虛回路中的差異性直觀的測(cè)試與驗(yàn)證。

由此可見，通過本次項(xiàng)目的改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)智能變電站改擴(kuò)建或檢修時(shí)現(xiàn)場(chǎng)停電時(shí)間及測(cè)試時(shí)間縮短的目標(biāo)，其測(cè)試簡(jiǎn)單方便，節(jié)約測(cè)試成本，減少設(shè)備投資，具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是能夠通過提前對(duì)變電站環(huán)境進(jìn)行模擬測(cè)試，從而促進(jìn)測(cè)試的完整性，提高電網(wǎng)的供電可靠性[1]。

3 二次系統(tǒng)工廠化測(cè)試主要技術(shù)的應(yīng)用研究

3.1 智能變電站二次虛回路校驗(yàn)技術(shù)

目前，“九統(tǒng)一”規(guī)范采用CCD文件取代各廠家私有的TXT、INI文件，統(tǒng)一了下裝至IED中過程層模型文件。CCD文件包含了過程層虛回路信息、通訊參數(shù)、對(duì)端IED信息及接收光口信息，因此，完全取代了TXT、INI文件，完成了IEC61850模型文件一致性與互通性的一項(xiàng)重要工程工作。相對(duì)于CID文件，CCD文件去掉了MMS層信息，CCD文件同SCD文件通過配置工具生成，應(yīng)此CCD文件與SCD文件模型應(yīng)一致[2]。項(xiàng)目研究CCD文件與SCD文件的一致性校驗(yàn)方法，應(yīng)注意如下的幾個(gè)方面：SCD文件中指定IED設(shè)備的參數(shù)是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED設(shè)備的GOOSE是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED設(shè)備的SV是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED的GOOSE的控制塊是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED的GOOSE的連接點(diǎn)信息是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED的GOOSE的數(shù)據(jù)集是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED的SV的控制塊是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED的SV的連接點(diǎn)信息是否與CCD文件中的定義相一致；SCD文件中指定IED的SV的數(shù)據(jù)集是否與CCD文件中的定義相一致。

3.2 基于SCD文件的技改、擴(kuò)建虛連接分界面確定

技改、擴(kuò)建中無論是安措的設(shè)置還是系統(tǒng)接入后測(cè)試項(xiàng)目的確定，最關(guān)鍵的是技改、擴(kuò)建所涉及IED設(shè)備的對(duì)外連接關(guān)系，新增IED內(nèi)部之間的虛連接在離線環(huán)境下都有充分的條件進(jìn)行測(cè)試，但系統(tǒng)接入時(shí)一是要進(jìn)行安全措施的設(shè)置，二是接入后的測(cè)試，往往時(shí)間都會(huì)比較緊張。

基于分界面的SCD文件比對(duì)，模型中IED應(yīng)該按間隔進(jìn)行排序，支持技改、擴(kuò)建時(shí)以線路保護(hù)、合并單元及智能終端組成一個(gè)分界面進(jìn)行技改、擴(kuò)建前后的可視化比對(duì)。

3.3 技改、擴(kuò)建間隔/設(shè)備的最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)虛連接分界面確定最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)，可保證被測(cè)IED外部特性與變電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境真實(shí)一致。依據(jù)SCD文件搜索技改、擴(kuò)建或檢修設(shè)備關(guān)聯(lián)IED，依據(jù)關(guān)聯(lián)IED構(gòu)建最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)，包括虛擬設(shè)備、被測(cè)IED及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境三部分[3]。具體技術(shù)路線如下：關(guān)聯(lián)IED的確定：利用圖形化SCD軟件，自動(dòng)搜索出與被測(cè)IED設(shè)備相關(guān)聯(lián)的其它IED設(shè)備；構(gòu)建最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)，包括虛擬設(shè)備、被測(cè)IED及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境三部分；設(shè)備及二次回路模擬，包括保護(hù)裝置、合并單元與智能終端的虛擬，保證關(guān)聯(lián)IED的外部特性與IED實(shí)際情況一致；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境模擬：由于最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)與變電站實(shí)際環(huán)境的差異僅在于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不一致，因此，利用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，通過導(dǎo)入SCD文件對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)SV、GOOSE負(fù)載進(jìn)行模擬，從而保證離線模擬測(cè)試系統(tǒng)與變電站真實(shí)環(huán)境的一致性；采用暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)仿真進(jìn)行全站IED模擬，需要真實(shí)IED設(shè)備參與，投資成本高，系統(tǒng)復(fù)雜，使用管理麻煩。而通過構(gòu)建最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)，可根據(jù)需要模擬不同的IED設(shè)備，具有測(cè)試成本低、效率高、不受現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試工期、時(shí)間的影響，測(cè)試更完備等特點(diǎn)。

3.4 IED交互報(bào)文的完備仿真

在業(yè)界率先做到基于單一設(shè)備可以靜態(tài)或動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)生，完全符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的SMV、GOOSE、和MMS等針對(duì)待調(diào)測(cè)對(duì)象的各類觸發(fā)信令報(bào)文。目前業(yè)界的一些調(diào)測(cè)裝置可以一定限度的模擬仿真SMV和GOOSE報(bào)文，但難以仿真復(fù)雜的MMS報(bào)文。本項(xiàng)目重點(diǎn)研究可以在終端的有限計(jì)算能力下支持包括MMS報(bào)文在內(nèi)的所有IEC 61850報(bào)文，從而可以逼真模擬仿真任何SCD模型中定義的IED節(jié)點(diǎn)。

3.5 變電站信息的智能索引及關(guān)聯(lián)分析技術(shù)

采用先進(jìn)的信息智能索引、信息挖掘及信息關(guān)聯(lián)技術(shù)，從變電站配置以及海量原始報(bào)文中智能提取具有真正業(yè)務(wù)意義的關(guān)鍵信息?？梢园凑諘r(shí)序展示本系統(tǒng)檢測(cè)到的各關(guān)聯(lián)IED之間的各類通信報(bào)文（GOOSE、MMS和SMV）、事件及告警，顯示事件告警在設(shè)備之間的交互以及時(shí)序關(guān)系[4-7]。展示方式有報(bào)文列表模式、對(duì)話模式以及可視化圖形模式，更加直觀、便捷的展示各個(gè)設(shè)備之間的交互信息，同時(shí)支持實(shí)時(shí)分析以及歷史分析，支持索引對(duì)單個(gè)IED裝置的實(shí)時(shí)及歷史事件進(jìn)行查詢[8]。

3.6 技改、擴(kuò)建及檢修工廠化測(cè)試模式

3.6.1 物理設(shè)備一般測(cè)試模式

設(shè)置一臺(tái)或多臺(tái)設(shè)備為物理設(shè)備，增加線路間隔時(shí)，可設(shè)置新增的線路保護(hù)、合并單元、智能終端為物理設(shè)備；依據(jù)SCD文件自動(dòng)構(gòu)建最小離線模擬測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)配置虛擬IED，自動(dòng)分配虛擬光口；可實(shí)現(xiàn)對(duì)物理設(shè)備的SV、GOOSE外特性模擬測(cè)試；可通過客戶端改變保護(hù)裝置SV、GOOSE輸入、輸出壓板，實(shí)現(xiàn)不同壓板狀態(tài)下保護(hù)裝置的外特性測(cè)試；可自動(dòng)生成SOE列表，SOE列表包括過程層及站控層信息；SV、GOOSE外特性測(cè)試支持手動(dòng)及自動(dòng)模式[9-10]。

3.6.2 技改、擴(kuò)建工廠化測(cè)試模式

可采樣兩臺(tái)虛擬測(cè)試設(shè)備，一臺(tái)虛擬技改、擴(kuò)建中的物理設(shè)備，一臺(tái)虛擬物理設(shè)備關(guān)聯(lián)的設(shè)備；兩臺(tái)虛擬測(cè)試設(shè)備可采用同樣或不同樣的SCD文件。一臺(tái)虛擬測(cè)試設(shè)備可采用改擴(kuò)建前后不同的SCD文件對(duì)另一臺(tái)模擬測(cè)試設(shè)備進(jìn)行測(cè)試；可通過工廠化測(cè)試模式，實(shí)現(xiàn)新增線路間隔后，母差保護(hù)對(duì)原有線路間隔虛回路的變化測(cè)試。

3.6.3 技改、擴(kuò)建繼電保護(hù)一鍵式自動(dòng)測(cè)試

聯(lián)機(jī)定值比對(duì)與下裝，在線聯(lián)機(jī)修改定值；針對(duì)智能變電站技改、擴(kuò)建及設(shè)備更換時(shí)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)間緊的問題，研究技改、擴(kuò)建設(shè)備更換時(shí)智能變電站繼電保護(hù)一鍵式自動(dòng)測(cè)試?；贛MS模型，研究一鍵式繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)功能的自動(dòng)測(cè)試，減少測(cè)試過程的人工干預(yù)，提高測(cè)試效率和智能化程度。

4 結(jié)語

綜上所述，本文將實(shí)際工程案例作為依據(jù)，對(duì)智能變電站的技改以及二次系統(tǒng)工廠化測(cè)試的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。通過分析可知，通過對(duì)智能變電站的合理技改以及二次擴(kuò)建，可以有效解決智能變電站之中的諸多問題，進(jìn)一步提升智能變電站的應(yīng)用效果。因此，在具體的技改和二次擴(kuò)建過程中，相關(guān)單位一定要對(duì)相應(yīng)的技術(shù)加以合理應(yīng)用，讓智能變電站二次虛回路校驗(yàn)技術(shù)、基于SCD文件的技改、擴(kuò)建虛連接分界面技術(shù)、技改、擴(kuò)建間隔/設(shè)備的最小離線模擬測(cè)試技術(shù)、IED交互報(bào)文的完備仿真技術(shù)、變電站信息的智能索引及關(guān)聯(lián)分析技術(shù)以及技改、擴(kuò)建及檢修工廠化測(cè)試模式發(fā)揮出充分的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)與價(jià)值。