500 kV數字化變電站擴建時的二次調試方案及安全措施

盛獻飛，吳雪峰，周滔滔，周國慶

(金華電業局，浙江省金華市321001)

0 引言

電網的不斷發展和電力市場化改革的深入對電網安全經濟運行和供電質量的要求不斷提高，變電站作為輸配電系統的信息源和執行終端，要求提供的信息量和實現的集成控制越來越多，數字化、信息化以及信息模型化的要求越來越迫切，數字化變電站成為變電站的發展方向［1］。500 kV芝堰變于2009年7月投入運行，遠景將與信安變、浙西核電或浙西特高壓等500 kV站點連接，在華東500 kV電網中占有重要的地位。它是目前國內數字化技術應用程度最深、實施范圍最廣、保護數字化程度最高的500 kV數字化變電站。

變電站一般都需要擴建，對于數字化變電站繼電保護設備的擴建接口工作，目前可借鑒的工程實踐經驗非常少。與以往常規變電站擴建時電纜點對點聯系的清晰可見［2］不同，數字化變電站擴建時，需要根據IEC 61850標準，配置修改系統中使用的說明文檔、設備的配置參數文檔、系統數據、信息模型文檔及系統和設備的配置文件等項目。每個智能電子設備(intelligent electronic device，IED)裝置能力描述文件(ICD)的增加或變動，都將重新生成變電站配置描述文件(SCD)，然后導出IED配置描述文件(CID)進行下裝。面向通用對象的變電站事件(generic object oriented substation event，GOOSE)采用網絡發布［3］，待聯調的檢修設備與其他運行設備可能接入到同一臺交換機，在安全措施隔離上無法實現斷開光纖等直觀的安措隔離點。本文以芝堰變500 kV信安I線間隔擴建為例，結合工程實際，對擴建過程中新設備的安全措施以及調試方法中的難點進行了深入的探討。

1 運行現狀及實施難點

500 kV芝堰變GOOSE網絡總體結構為單星形網［4］，按出線、主變和母線間隔配置交換機，500 kV GOOSE網絡如圖1所示。母線交換機每組母線設置1臺，掛在母線上的主變保護也接入母線交換機。中開關保護、智能終端及測控出2個GOOSE口分別接到同一串的2個間隔交換機。

采用此接線可避免間隔GOOSE報文經過母線交換機，防止母線交換機故障引起間隔保護功能失去，并保證所有間隔交換機故障不影響其他間隔保護運行。

圖1 500 kV GOOSE網絡Fig.1 500 kV GOOSE network

本次擴建間隔為500 kV信安I線及5033開關，如圖2虛框內所示。

圖2 擴建示意圖Fig.2 Extension schematic diagram

數字化變電站中所有IED的GOOSE信息交互都是通過交換機實現，變電站擴建過程中一定會存在擴建設備與運行設備的接口工作［5］，但GOOSE網絡因為建設成本原因通常做不到交換機完全按間隔配置，若不采取措施，擴建過程中必定會出現接口設備與其他運行設備共網的情況［6］。而運行設備的間隔與間隔之間報文一般通過虛擬局域網(VLAN)標識進行區分隔離［7］，這種完全依靠手動配置且沒有物理斷開的隔離方式顯然不適用于擴建間隔與運行間隔的信息報文隔離。要保證擴建設備接入運行的GOOSE網絡完全消除擴建過程中新安裝設備對運行設備的影響，又要保證擴建設備的試驗完整性，這是數字化變電站擴建中二次實施方案的難點。因此，制定可靠的安全措施及運行調試方案是十分必要的。

2 安全措施

2.1 數字化站與常規站安全措施的區別

傳統變電站的安全措施主要是斷開二次回路，即斷開二次電纜之間的連接，從而達到徹底隔離的目的。而500 kV芝堰變取消了傳統的二次電纜，大量采用了光纖網絡，GOOSE信號取代了原來的二次信號。且芝堰變只保留了1塊硬壓板，其余采用信息化的軟壓板，設備之間設置接收和發送軟壓板，有些信號僅設置了發送軟壓板。在此種技術條件下，如何實施安全措施，沒有成熟的經驗可以借鑒。按照傳統的模式，在需要執行安全措施的相關回路上必須要有明確的斷開點［8］。然而保護裝置與外界的所有聯絡，包括電流、電壓回路，閉鎖、啟動、跳閘等信號回路已不再是以往所熟悉的電纜回路了，保護與外界的所有聯絡僅通過光纖來實現。顯然，“短電流，斷電壓，拆跳閘”這樣的安全措施已不適合數字化變電站的實際情況［9］。

本次擴建根據現場實際情況，實施了以下安全措施。

2.2 投入“裝置檢修”硬壓板

芝堰變所有IED均設有1塊“裝置檢修”硬壓板，“裝置檢修”壓板的投退狀態決定了GOOSE報文中Test位的狀態:當“裝置檢修”硬壓板Test位顯示為”TRUE”，退出時顯示為”FALSE”，所有設備只對與其檢修狀態一致的GOOSE報文作響應，即當本裝置處于“裝置檢修”硬壓板投入狀態時，只有Test位為“TRUE”的GOOSE報文會被識別和響應;“裝置檢修”硬壓板退出則只響應 Test位為“FALSE”的GOOSE報文。這樣，通過檢修硬壓板的投退，可以將接口設備與運行設備可靠地隔離。當裝置檢修壓板投入時，裝置發送的GOOSE報文中的Test位應置位;對于信號轉發，發送裝置或接收裝置中任何1個帶檢修位，則發出的信號帶檢修態;保護跳閘時，只有在終端和保護裝置檢修態一致時，才能出口。遙控時，若通過測控裝置面板遙控，終端和測控裝置檢修態一致時，才能遙控成功;若通過后臺遙控，后臺通過對相應間隔的掛牌操作，使對該間隔下發的報文也打上檢修標志，后臺、測控、終端，三者檢修態一致時，才能遙控成功。

2.3 隔離GOOSE接收發送軟壓板

GOOSE發送軟壓板作為傳統保護硬壓板在數字化變電站中的替代手段，每塊軟壓板的投退控制著1條或多條GOOSE信息的變位與否，“發送軟壓板”作用于裝置的GOOSE報文發送環節，使“發送軟壓板”在分位的信息在報文中始終為“0”態。取下某保護的跳閘GOOSE發送軟壓板，則即使該保護動作跳閘，發出的GOOSE數據集中的跳閘信息仍然不會變位。

同時還有“接收軟壓板”，其作用于裝置的GOOSE報文接收環節。例如取下母差接收某間隔啟動失靈的GOOSE接收軟壓板，則即使收到該間隔啟動失靈的GOOSE變位，裝置也不會進行任何的處理。

2.4 GOOSE網絡的物理隔離

投入裝置檢修壓板和退出GOOSE接收發送軟壓板，這樣的安全措施的原理是控制發出GOOSE報文的特性使其不會影響到運行設備。然而因為在這一系列安全措施的執行過程中無法看到明顯的物理隔離措施，其安全性顯然較以往安全措施中有明顯的開斷點有所下降。

擴建過程中必定會出現接口設備與其他運行設備共網的情況，因此傳統的回路斷開還是有存在必要的。在這里需要斷開保護裝置的GOOSE連接，從而在物理層將接口設備與運行設備隔離，斷開GOOSE光纖的通訊回路。例如在5032開關保護試驗時需將連接至5031開關智能終端的光纖及5031開關保護連至I母交換機的光纖斷開。

3 運行調試方案

3.1 數字化站與常規站調試方法的區別

在以上完備的安全措施下進行新設備的調試，需要保證二次試驗的完整性。對于常規非數字化變電站，繼保規程規定二次電纜未改動無需進行試驗驗證，而數字化變電站每個IED裝置ICD文件的增加或變動，都將重新生成全站SCD文件，然后導出CID文件進行下裝。工作中發生多次人為SCD配置錯誤導致開入開出有誤的情況，因此在修改母差和5032保護等原運行設備ICD時，無法保證原有開入開出的正確性，因此所有GOOSE輸入輸出均需重新驗證。

對于調試方案，廠家建議不停一次設備，采用抓取報文仿真模擬方式進行驗證，但是在工作中發生母差模擬動作時保護裝置面板顯示保護動作，報文發出但實際并未動作出口的情況。廠家經分析后認定報文完全正確，但無法解釋為何不會動作。實踐證明抓取報文方式不可靠，必須采用停用一次設備的方式進行實際驗證，假如一次設備無法停役，采用停用保護的方式進行驗證。

3.2 500 kV母差試驗方案

對500 kVⅡ段母線差動第1套、第2套保護參數下裝后進行母差與5033、5032、5023、5013開關相關邏輯試驗，試驗內容見表1。

表1 500 kV母差試驗方案Tab.1 Experimental program of 500 kV bus-bar protection

當驗證5023開關失靈保護動作啟動II母母差時，5023開關失靈保護同時跳運行的5022開關并遠跳3號主變三側開關。第1串同理，驗證時要跳運行的5012開關并遠跳信安II線對側開關。運行開關和線路遠跳與停役設備無法實現物理隔離。試驗時需申請將3號主變保護及5011開關保護和信安II線保護及5012開關保護第1套與第2套輪流停役以配合試驗。

3.3 5032開關保護

5032開關由邊開關轉為中開關后，對5032間隔(開關保護、智能終端、測控裝置)CID文件下裝后進行試驗，試驗內容見表2。

表2 500 kV 5032開關試驗方案Tab.2 Experimental program of 500 kV 5032 breaker

當驗證5032開關失靈保護動作時，會跳運行的5031開關，并遠跳蘭芝5803線開關。試驗時需申請將5031開關改檢修、蘭芝5803線改檢修。

4 結語

數字化變電站是未來電網技術的發展趨勢，是統一堅強智能電網的重要基礎和支撐［10］，對數字化站的擴建工程將會越來越多。 本文介紹了數字化變電站擴建中實施的3種安全措施，并詳細分析了保護的調試方案，解決了數字化站在擴建過程中既確保安全可靠又確保實驗完整性的問題。浙江500 kV芝堰變擴建工程采用了上述方案，效果良好。

［1］睢鵬.富村數字化變電站二次系統的設計與實現［D］.天津:天津大學，2008.

［2］杜浩良，李有春，盛繼光.基于IEC 61850標準數字化與傳統繼電保護的比較［J］.電力系統保護與控制，2009，37(24):172-176.

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