1 項目背景

隨著數(shù)字化變電站的關(guān)鍵技術(shù)的不斷完善和飛速發(fā)展，相對于傳統(tǒng)變電站，數(shù)字化變電站擁有著質(zhì)變的優(yōu)點和更加可靠的穩(wěn)定性。數(shù)字化變電站的技術(shù)和特性會讓數(shù)字化變電站成為將來發(fā)展的趨勢，所以研究數(shù)字變電站的主要技術(shù)和理論特征也顯得意義非凡。

2 數(shù)字化變電站二次網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)

2. 1 數(shù)字化變電站的定義

數(shù)字化變電站是以變電站一、二次設(shè)備為數(shù)字化對象，以高速網(wǎng)絡(luò)通信平臺為基礎(chǔ)，通過數(shù)字化信息進行標(biāo)準(zhǔn)化，實現(xiàn)信息共享和互操作，并以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用智能化策略實現(xiàn)測量監(jiān)視、保護控制、信息管理等自動化功能的新型變電站［1］。數(shù)字化的功能就是將傳統(tǒng)變電站的遙測、遙信、遙控等

信號，由過去的模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并建立與之相適應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)。具體是指數(shù)字化變電站的一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備按過程層、間隔層、站控層三層結(jié)構(gòu)體系分層構(gòu)建［2］。

2. 2 數(shù)字化變電站的結(jié)構(gòu)與組成

從結(jié)構(gòu)上來說，數(shù)字化變電站可以分為站控層、間隔層和過程層，站控層內(nèi)部以及間隔層與站控層之間通過網(wǎng)線通信來交換事件和狀態(tài)數(shù)據(jù)。站控層包括主機、操作員站、五防主機、遠動裝置等。間隔層內(nèi)部的保護、測控裝置以及間隔層與過程層( 一次設(shè)備) 之間通過GOOSE 信號交換控制和狀態(tài)數(shù)據(jù); 過程層與間隔層之間交換采樣值數(shù)據(jù)SMV。間隔、過程層中的GOOSE信號相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站系統(tǒng)中的遙信和遙控信號，過程層向間隔層傳送的采樣值SMV則相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站的遙測信號，這兩部分合起來就相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站中二次回路部分［3］。

2. 3 主要原件簡介

2. 3. 1 合并單元(MU)

合并單元是數(shù)字化變電站中一個新的電子裝置，同時也是保證整個電站可靠運行的核心部件之一。合并單元是過程層的關(guān)鍵設(shè)備，它是專門針對輸出的二次電流、電壓而引進的新原件，其主要功能是數(shù)據(jù)(SMV) 合并與分發(fā)，同步后的電流、電壓和固定延時被組合到一個數(shù)據(jù)組上按標(biāo)準(zhǔn)( IEC61850) 要求輸出，可以點對點，也可以上交換機［4］。

SMV 是Sampled Measured Value 的縮寫，實際為采樣測量值，也稱為SV( Sampled Value) ，是一種用于實時傳輸數(shù)字采樣信息的通信服務(wù)?？梢岳斫鉃閭鹘y(tǒng)二次電流、電壓測量采集模擬量的替代，是傳統(tǒng)遙測的升級。SMV 被合并單元( MU) 采集，合并后輸出。

2. 3. 2 智能終端

智能終端實現(xiàn)信息采集、傳輸、處理和控制的智能化電子裝置，作為數(shù)字化變電站的主要設(shè)備，主要完成間隔內(nèi)設(shè)備的位置信號、告警信息和遠程控制。并通過GOOSE將數(shù)字信息上傳上間隔層，同時接受間隔層設(shè)備和過程層設(shè)備的GOOSE命令［5］。GOOSE 即 Generic Object Oriented Substation Event

( 通用面向?qū)ο蟮淖冸娬臼录?，GOOSE是傳統(tǒng)遙信和遙控的數(shù)字化替代品，智能終端采集GOOSE信息合并后輸出。

2. 4 數(shù)字化變電站二次網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架

數(shù)字化變電站二次網(wǎng)絡(luò)有著顯著變化，傳統(tǒng)遙信、遙測和遙控所需采集的模擬數(shù)據(jù)量不再采用常規(guī)電纜作為傳輸媒介，而是用光纖作為代替。其信號源為電子式互感器將一次信號采集后直接轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，通過光纖被合并單元和智能終端采集［6］。

3 某集團110kV中心站的調(diào)試的關(guān)鍵技術(shù)分析

110 kV 中心站簡介:110kV中心站于2012年8 月建成并投運成功。各類數(shù)據(jù)從源頭實現(xiàn)數(shù)字化，真正實現(xiàn)信息集成、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)共享;智能化變電站的一、二次設(shè)備進行高度的整合與集成。

3. 1 IEC61850

IEC61850 是國際標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布的*新的變電站自動化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，目的為統(tǒng)一變電站自動化通信系統(tǒng)，提高通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性、集成性和擴展性。對整個電力系統(tǒng)統(tǒng)一建模，定義了變電站配置描述語言(SCL)，使得IED能夠進行自我描述，而且這個描述信息能夠被系統(tǒng)和其它IED提取和解析［7－8］。SCD 全稱為變電站配置描述，SCD文件是用來說明一個數(shù)字化變電站內(nèi)各個孤立的IED(智能電子設(shè)備)是整合成為功能完善的變電站白動化系統(tǒng)的文件。

3. 2 數(shù)字化變電站繼電保護調(diào)試流程

智能變電站中的核心文件SCD是整個變電站的**數(shù)據(jù)源，為保證數(shù)據(jù)的同源性，所有信號描述修改都是在SCD中進行的。

此次試驗使用的是昂立F66D測試儀，一般步驟為

( 1) 接線:由于南瑞集團裝置一般采用的是B03的1136直采，所以將連接線接裝置的直采和測試儀相接。

( 2 ) 測 試 儀和 PC 的聯(lián)機: 計算機設(shè)置固定IP132. 168. 253. 97，在測試儀中設(shè)置IP192. 168. 253. 231。

( 3) 信息配置:UI通道輸出選擇“數(shù)字量9－2”，PT，CT變比參照實際定值進行修改。

( 4) 導(dǎo)入SCL文件:選擇相應(yīng)的裝置，下載到測試儀中，如配置正確，則開始試驗，配置不正確，返回檢查。如圖1所示。

3. 2 數(shù)字化變電站繼電保護關(guān)鍵問題的研究

數(shù)字化變電站相對傳統(tǒng)變電站有著較大的變化，在二次系統(tǒng)中，繼電保護對安全性和可靠性要求很好，因此研究二次系統(tǒng)中，做好防范措施，也就顯得十分有必要。

3. 2. 1 保護硬壓板

傳統(tǒng)保護裝置的保護壓板分為軟壓板和硬壓板，兩種壓板部分功能重疊，硬壓板數(shù)量較多，而數(shù)字站的保護裝置只有“檢修狀態(tài)”和“遙控操作”兩個硬壓板，其他功能整合到裝置內(nèi)部的功能軟壓板中，“檢修狀態(tài)”壓板構(gòu)建了數(shù)字化變電站的繼電保護裝置檢修的主要防護措施?！皺z修壓板”投入后，該裝置與其他裝置雖然還有信息上的交換，但是卻不能判定為真實數(shù)據(jù)，因為在交換數(shù)據(jù)的SV和GOOSE的報文中統(tǒng)一添加了一個檢修位置(TEST數(shù)據(jù))，用來區(qū)分其他信息?！皺z修狀態(tài)”硬壓板的投入，就使得該裝置與其他裝置相互隔離，只有投入“檢修狀態(tài)”的裝置之間，才能夠利用和共享各類信息，形成一個小集體?！皺z修狀態(tài)”的作用一是所有裝置(保護測量裝置、合并單元、智能終端)發(fā)出的SV，GOOSE數(shù)據(jù)帶檢修標(biāo)志，其接收到的SV，GOOSE數(shù)據(jù)檢修標(biāo)志與本裝置一致時才有效; 二是各個間隔裝置之間通過SV 交換機和GOOSE 交換機收到的信息，其檢修標(biāo)志與本裝置一致則有效，否則無效。

因為檢修時投入了“檢修狀態(tài)”壓板，這就要求測試儀在模擬數(shù)據(jù)時也要加上帶有檢修位置，這樣才能夠通信。

3. 2. 2 保護軟壓板

保護軟壓板是保護裝置聯(lián)系外部接線的橋梁和紐帶，關(guān)系到保護的功能和動作出口能否正常發(fā)揮作用。數(shù)字化變電站各個裝置之間信息都是通過交換機共享的，所以就要求在調(diào)試一個間隔的設(shè)備時，不能影響到其他的間隔。所以如何正確地投退功能軟壓板就顯得十分重要。在110kV中心站的調(diào)試準(zhǔn)備階段，調(diào)試人員分析了可能造成母線差動保護裝置和備自投保護裝置及其他無關(guān)裝置誤動作的各種情況，分類總結(jié)并實踐，取得了滿意的效果。以母線差動保護裝置PCS915 為例:( 1) 在母線差動保護裝置內(nèi)將調(diào)試間隔的功能投入軟件板退出，母差保護裝置不再接受該裝置的任何功能性信息，而不影響當(dāng)母差保護本身的功能; (2) 在母線差動保護裝置內(nèi)調(diào)試間隔的SV接受軟壓板退出，使母差保護裝置不再接受任何關(guān)于該間隔的數(shù)據(jù)量信息; (3) 在母線差動保護裝置內(nèi)調(diào)試間隔的GOOSE接受軟壓板和GOOSE發(fā)送軟壓板退出，不再對該間隔發(fā)送任何命令。這樣就將待調(diào)試的裝置與母線差動保護裝置徹底的隔離，不會因調(diào)試而造成母差保護裝置誤動作。

3. 2. 3 傳動試驗

在保護和智能終端的檢修狀態(tài)相同時，保護跳閘命令才可以使智能終端的出口動作，正常運行時保護和智能終端都不投入檢修壓板;保護和智能終端一起做傳動試驗時，雙方的檢修壓板均投入。

4 某集團110kV 中心站I 抵心線調(diào)試實例

4． 1 確認停電間隔I抵心線

分別在I抵心線保護測量裝置、母線差動保護裝置、綜自后臺上確認I抵心線確無負荷，開關(guān)位置為分位，安全措施均已做好。通過查線，確認I抵心線的SV和GOOOSE網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和支路編號。

4． 2 投入檢修狀態(tài)硬壓板

分別投入I抵心線保護測量裝置、合并單元、智能終端的檢修狀態(tài)硬壓板。

4． 3 退出功能軟壓板

因I抵心線為110kV線路，故沒有投入起失靈保護功能，如有起失靈保護功能，在此要將其退出;退出母線差動保護裝置內(nèi)有關(guān)I抵心線三個功能軟壓板，分別是: I抵心線間隔投退軟壓板、I抵心線GOOSE發(fā)送軟壓板和I抵心線GOOSE接受軟壓板。

4． 4 記錄保護定值

記錄I抵心線保護定值、在拔掉直采光纖之前查看變比信息和通道延遲。

4． 5 查看光纖接口

分別確認I抵心線保護裝置所對應(yīng)的直采、直跳接口是否與室外合并單元、智能終端相對應(yīng)。

4． 6 儀器接線

將PC與測試儀用網(wǎng)線連接并設(shè)置IP地址，用光纖接入I抵心線保護裝置上的直采接口。

4． 7 測試儀軟件的設(shè)置

分別在測試儀軟件上設(shè)置IP地址、信號配置、系統(tǒng)配置、IEC61820 的 SCL 文件配置，設(shè)置通道延遲和檢修狀態(tài)位置。

4． 8 開始試驗

5 總結(jié)

( 1) 數(shù)字化變電站變電站的信息采集、傳輸、處理、輸出過程全部數(shù)字化，本文分析了數(shù)字化變電站的二次網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架和IEC61850 的特點和原理，為數(shù)字化變電站奠定了通訊的理論和實例依據(jù)。系統(tǒng)分析了數(shù)字化變電站建設(shè)的理論，并且把理論運用到實際的中，加強了數(shù)字化變電站理論與實際工程之間的聯(lián)系，具有較強的指導(dǎo)作用。

( 2) 數(shù)字保護測試儀轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信傳輸至繼電保護裝置，本次調(diào)試工作使用昂立F66D數(shù)字測試儀進行測試保護裝置的調(diào)試，利用數(shù)字化繼電保護測試儀來測試保護裝置保護功能學(xué)習(xí)，對將來的數(shù)字變電站的繼電保護校驗工作有著指導(dǎo)意義。

( 3) 目前國內(nèi)數(shù)字變電站技術(shù)仍然處于不斷探索和發(fā)展階段，變電站調(diào)試時變電站的重要組成部分，對變電站的穩(wěn)定、安全運行起著非常重要的作用，傳統(tǒng)的調(diào)試方法并不能滿足數(shù)字變電站的要求，通過對110kV數(shù)字變電站的技術(shù)分析比較，在原有傳統(tǒng)變電站的調(diào)試技術(shù)基礎(chǔ)上，總結(jié)和探索出一套科學(xué)、合適的調(diào)試方法，對將來數(shù)字化變電站的建設(shè)和推廣應(yīng)用有著重要的意義。