基于IEC 61850標準的數字化變電站調試技術

（浙江省電力試驗研究院，杭州310014）

基于IEC 61850標準的數字化變電站調試技術

舒鵬，王松

（浙江省電力試驗研究院，杭州310014）

闡述了IEC 61850標準的基本內容，介紹常見數字化變電站的實現形式和特點，重點討論了基于IEC 61850標準的數字化變電站的新型調試技術，引入了分層調試概念，并對調試中常見的問題做了解答和歸納。

IEC 61850標準；數字化變電站；組屏方式；分層調試

隨著現代電網結構的日益復雜，變電站數量大大增加，生產變電站二次保護和自動化系統的廠家數量也迅速增長。

IEC6 1850標準的出現，統一了電力系統的通信標準，為互操作性和數字化變電站的實現打下了基礎。

由于數字化變電站在應用IEC 61850標準的形式和程度方面不盡相同，數字化變電站的調試與傳統變電站的調試方式也有較大差別，本文針對數字化變電站的特點，引入分層調試概念，并討論了相關的新型調試技術。

1 數字化變電站的實現形式

IEC 61850標準將變電站劃分為3個層次：變電站層（后臺，子站等）、間隔層（保護，測控等）和過程層（智能終端，電子式互感器等）。

圖1為根據國家電網公司Q/GDW 441-2010《智能變電站繼電保護技術規范》新建220kV數字化變電站的典型技術實施方案。該方案采用了電子式互感器，值采直跳，實現了全站的數字化。全站劃分為SV（采樣值），GOOSE（通用面向變電站對象事件)，MMS（制造報文規范）3個網絡[1]。

圖1 典型220kV變電站數字化實施方案

目前，變電站的數字化程度可以劃分為3類：站控層采用IEC 61850協議、MMS替代原來的103或104規約，開關量跳閘二次回路采用GOOSE傳輸，模擬量二次回路采用SV傳輸[2]。

2 數字化變電站調試技術

在進行具體調試工作之前，首先需要對變電站進行系統配置。設備廠家提供描述IED（智能電子設備）的ICD（智能電子設備配置描述文件），系統調試方使用系統配置工具根據設計院的圖紙配置IED名稱、IP地址、虛端子等，得出全站適用的SCD（變電站配置描述文件），再導出成IED適用的CID（具體配置后的IED描述文件），由廠家下裝到IED中。但CID在經過配置后往往會存在很多問題，需在調試中不斷完善改進。

由于變電站數字化程度不盡相同，故引入分層調試概念，盡量滿足不同類型數字化變電站的調試需求：

（1）間隔層及間隔層與過程層之間的調試，即傳統意義上的繼電保護、測控裝置的調試。

（2）站控層調試，即后臺自動化功能的調試。

2.1 間隔層及間隔層與過程層之間的調試

2.1.1 組屏方式

目前，保護和測控裝置、合并單元及智能終端的組屏方式主要有以下2種：

（1）室內集中放置，合并單元和智能終端組屏，保護裝置與測控裝置分開組屏（如圖2所示）。

圖2 室內集中組屏模式

（2）就地擺放在一次設備旁，采用測控保護一體裝置，與合并單元、智能終端統一組屏（如圖3所示）。

2種組屏方式各有利弊：室內集中組屏給設備運行和調試人員提供了較好的環境，缺點是與一次設備之間仍需要較多的長電纜。就地組屏節約了長電纜，缺點是現場環境惡劣，對設備和人員要求較高。

圖3 就地集中組屏的調試方式

2種組屏方式的調試方法大體一致，圖3為測控保護一體就地組屏方式的調試示意圖。對于采用傳統互感器的模式，可以直接將模擬量輸出到合并單元來模擬二次采樣；對于采用數字式互感器的模式，由于從互感器到合并單元之間的傳輸并沒有在標準中明確，互感器廠家各有私有規約，所以須由廠家提供1∶1的電子式互感器來對合并單元進行加量。本間隔的跳閘/重合閘可由智能終端的傳統開出引回進行閉環測試。

保護裝置之間的聯系，如220kV母線差動保護啟動線路遠跳、500kV線路保護啟動斷路器失靈保護等，需要對測試儀進行GOOSE配置，模擬對應裝置的開入/開出。表1顯示了某個線路保護裝置的GOOSE控制塊的配置，表中的每個項目必須與保護實際配置一致，每個GCB（GOOSE Control Block）擁有唯一的地址，包括了傳輸的數據集DS（Data Set），數據集里的數據屬性DA（DataAttribute）即對應傳統意義上的開入、開出。

表1 某線路保護GOOSE控制塊配置表

采用室內集中組屏模式時，各屏柜之間距離較遠，難以像圖4所示那樣對整個系統進行閉環測試。這時可采用分步調試方法，對保護測控進行單體調試，即先由測試儀輸出SV模擬采樣，GOOSE開出作為返回，再進行系統聯調試驗。

2.1.2 數字化變電站調試注意事項

（1）由于數字化變電站普遍采用了MU（合并單元）作為二次采樣的數字輸入設備，對于跨間隔的設備如母線差動保護、主變壓器保護等，需要從不同間隔采樣來計算差流，因此采樣值的同步問題非常重要。調試時通過對相關間隔MU輸入同源模擬值，觀察裝置對實時差流的計算，以驗證其同步性。

（2）間隔層的聯/閉鎖信息將通過GOOSE在MMS網中傳輸，具體的試驗方法與傳統調試并無差別。

（3）由于大量采用數字量傳輸，數字化變電站相比傳統站減少了大量的硬壓板，取而代之的是設在IED中的軟壓板，針對這些軟壓板必須進行唯一性試驗。

（4）GOOSE，SV的試驗檢修機制：在檢修狀態下，IED發出的GOOSE，SV報文中的test品質位將置1，相應的接受方IED會將報文中的test位與自身相比較，只有兩者一致，才將其作為有效信號進行處理[3]。

2.2 站控層的調試

這部分調試將專注于保護測控與后臺的MMS通信及全站的系統級聯調，采用通信傳動與實際傳動相結合的方式，調試步驟如表2所示。

表2 全站站控層集中調試步驟

調試時應特別注意以下幾點：

（1）IEC 61850將MMS網中傳輸的報告劃為緩存報告（Buffered Reports）和非緩存報告（Unbuffered Reports），緩存報告是將變化引起的事件立即發送報告，同時存儲在裝置中，在裝置與后臺失去鏈接的情況下報告不會丟失，待鏈接恢復后，裝置將把這些報告推送給后臺。而非緩存報告不進入緩存，失去鏈接時報告將丟失。針對不同的報告類型，在典型保護測控裝置通信中斷后，模擬發生動作事件，然后恢復通信鏈接，測試后臺是否能收到相關事件信息，以及報告數量和順序是否一致。

（2）MMS的試驗檢修機制：61850標準下，在投入檢修壓板后，該裝置所有MMS上送事件報告中對應的test品質位會改變，后臺根據該品質位對報文進行處理（在報文后加上檢修）。在調試時，通過投入檢修壓板模擬MMS事件，查看后臺的報文顯示是否符合標準。

（3）取代模型：為了方便調試，引入了取代的概念，即用取代值代替過程層的值。在完成過程層至間隔層的調試，證明過程層在間隔層的映射正確后，可使用取代值來簡化調試流程，在遠動對點試驗中能節省不少時間[4]。

取代模型提供了對DA的功能約束為MX（模擬值）或ST（狀態值）的取代。此時客戶訪問該DA時，接受的是人工輸入的值，而非過程值。

（4）定值處理：61850標準提供了在后臺召喚定值、切換定制區和控制軟壓板的功能。對應的IED設備上分別設有相關的軟壓板，調試時在試驗定值功能、遠控功能的同時，須對軟壓板做相應的試驗。

2.3 調試中出現問題時的解決方法

數字化變電站中大量使用網絡和數字量來代替傳統的二次回路，因此出現問題時無法用傳統的方法檢查二次回路。目前普遍使用網絡抓包軟件如ethereal等來分析問題。

圖4為通過ethereal抓取的典型MMS報文，報文攜帶的信息在圖中已詳細解析，檢查時重點關注報告的ID、引用的數據集、品質位及上送原因，這些數據必須與實際試驗完全一致。

通過ethereal抓取的GOOSE報文，能顯示以下信息：destination地址錯誤、appid錯誤、GOOSE控制塊路徑、名稱錯誤、數據集個數不一致等，所以若出現無法接收GOOSE的情況，可以利用抓包軟件對GOOSE報文進行解析，關注這幾項是否符合要求。

3 結語

圖4 典型MMS報文分析

隨著IEC 61850標準的推廣，試點數字變電站不斷涌現，數字化智能變電站即將迎來大規模應用。本文介紹了數字化變電站的實現方式，對新標準下變電站的調試技術進行研究討論，引入了分層調試的概念，適用于不同實現程度的數字化變電站的調試，具有通用性，可為智能變電站調試提供參考。

[1]國家電網公司．Q/GDW 441-2010智能變電站繼電保護技術規范[S].北京：中國電力出版社，2010．

[2]馮軍．智能變電站原理及測試技術[M].北京：中國電力出版社，2011.

[3]國家電網公司．IEC 61850工程繼電保護應用模型[S].北京：中國電力出版社，2010．

[4]COMMISSION E I.Communication networks and systems in substations-part 7-2∶basic communication structure for substation and feeder equipment-abstract communication service interface（acsi）[S].2003∶63.

（本文編輯：龔皓）

Commissioning Technology of Digital Substations Based on IEC 61850 Standards

SHU Peng，WANG Song
（Zhejiang Electric Power Test and Research Institute，Hangzhou 310014，China）

This paper expounds the basic content of IEC 61850 standards，describes the realization forms and characteristics of common digital substations.It focuses on the discussion about the new commissioning technologies of digital substations based on IEC 61850 standards and introduces the concept of hierarchical commissioning.In addition，the common problems in commissioning are solved and summarized.

IEC 61850 standards；digital substations；deployment methods；hierarchical commissioning

TM766

：B

：1007-1881（2012）06-0021-04

2011-10-27

舒鵬(1985-)，男，浙江衢州人，工學碩士，工程師，從事電力系統繼電保護研究和試驗工作。