智能變電站二次設備系統級調試方法探討

姜振超，劉明忠

(四川電力科學研究院，四川成都 610072)

0 引言

按照國家電網公司智能電網戰略規劃，2011—2015年為智能電網全面建設階段。智能變電站以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享標準化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等基本功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同等高級功能的變電站［1］。智能變電站二次系統由合并單元、智能終端、保護裝置、測控裝置、網絡報文分析裝置、故障錄波裝置、在線監測裝置、交換機及其他智能電子設備(intelligent electronic device，IED)、過程層網絡、站控層網絡等構成［2］。

截至2011年年底，四川省電力公司新建智能變電站2座，已建數字化變電站3座(含改造站)。其中，220 kV變電站2座，110 kV變電站3座。對于智能變電站的系統調試，目前還處于探索階段。在調試過程中發現各二次設備生產廠家對于IEC 61850標準的理解上存在差異，導致不同廠家生產的IED設備雖然通過了一致性測試，但在構成系統時不同廠家IED設備存在互操作性問題［2－5］，因此研究智能變電站的系統級調試技術和方法十分必要。在總結智能變電站系統級調試工作經驗的基礎上，研究智能變電站系統級調試方法，對今后的智能變電站系統調試工作有一定的參考價值。

1 智能變電站二次系統調試流程

智能變電站二次系統調試對象種類多、系統構成復雜，要實現全面高效、零缺陷的變電站啟動投運需要對二次系統的調試工作實現全過程調試。目前智能變電站二次系統調試的主要工作流程分為以下幾個階段［1］:①出廠驗收與聯調;②單體調試;③分系統調試;④系統調試;⑤帶負荷試驗。圖1描述了目前智能變電站二次系統調試的主要工作流程，虛線框內包含內容為現場調試部分。

經過多個智能變電站的現場調試工作，認為目前的智能變電站調試應加大集成測試與聯調的深度和廣度，在調試工期上應適當增加，在集成測試與聯調階段盡可能發現互操作和運行要求方面的問題，及時進行更正，滿足相關標準、規范和運行的要求。因此，建議智能變電站二次系統調試主要工作流程應如圖2所示。其中，出廠驗收應對產品的工藝及制造過程進行驗收，監督其滿足相關標準、規程和訂貨合同的要求;集成測試與聯調屬于系統級測試的內容，應在除設備生產廠家的第三方進行，包含單體調試、一致性測試、互操作性測試、網絡性能測試等等，此項內容為智能變電站調試工作的重點和關鍵;現場進行的分系統調試、系統調試是在二次系統設備及接線安裝完畢后進行的功能性測試，較目前的智能站相關的測試內容要簡單的多，很多互操作性測試已在集成測試與聯調項目中完成。

圖1 目前智能變電站二次系統調試主要工作流程

圖2 智能變電站二次系統調試建議主要工作流程

2 智能變電站二次設備系統級測試

2.1 測試平臺

智能變電站二次設備系統級測試工作應在第三方機構進行，該機構應具有智能變電站一致性測試和互操作性測試平臺，可模擬具體工程變電站一次系統狀況和“兩網(站控層網、過程層網)”網絡結構環境［6－7］，具有相關測試設備和測試方法，可進行滿足標準、規程、運行要求的相關測試。

2.2 被測試設備

參與系統級測試的設備應滿足入網條件要求，中標設備已按照工程要求(根據SCD文件等)進行了配置，應包含相應工程調試范圍內所有二次設備。

2.3 測試內容及方法

2.3.1 一致性測試

一致性測試是驗證IED通信接口與標準要求的一致性。它驗證通信鏈路上數據流與有關標準的一致性，如訪問組織、幀格式、位順序、時間同步、定時、信號形式和電平，以及對錯誤的處理等。一致性測試是互操作性測試的基礎，可提高協議之間能夠互操作的概率。圖3為一致性測試評估過程圖［9］。

圖3 一致性測試評估過程圖

其中，PICS，也被稱為PICS示范，是被測系統能力的總結;PIXIT，包括系統特定信息，涉及被測系統的容量;MICS，詳細說明由系統或設備支持的標準數據對象模型元素。

一致性測試是互操作性測試的前提和基礎，只有各廠家的設備均通過了一致性測試，裝置模型已按相關標準或規程進行了標準化才能為互操作性測試掃清道路。

圖4 220 kV智能變電站RTDS試驗仿真系統示意圖

2.3.2 互操作性試驗系統

圖5 220kV智能變電站試驗系統網絡結構圖(單網)

為了對智能變電站二次系統設備的互操作性及滿足相關標準、運行要求的能力進行驗證，需要搭建智能變電站二次系統測試平臺［8］。該平臺包括RTDS仿真系統、模擬信號接口、數字信號接口、電子式互感器模擬裝置及相關測試設備等。圖4是一個220 kV智能變電站RTDS試驗仿真系統示意圖。該220 kV試驗系統具有3個電壓等級:220 kV、110 kV和10 kV。220 kV、110 kV采用雙母線接線，10 kV采用單母線分段接線。圖4中給出了電子式互感器配置、合并單元配置、仿真系統設置故障點示意圖。

圖5是220 kV智能變電站試驗系統網絡結構示意圖，這里只給出了單網(MMS網、GOOSE網)結構圖。智能變電站仿真系統(RTDS)與合并單元、智能終端通過模擬信號接口、數字信號接口、電子式互感器模擬裝置相連實現閉環測試。

2.3.3 系統級測試試驗目的

系統級測試的主要試驗目的如下。

(1)合并單元、智能終端、保護裝置、測控裝置、故障錄波器(報文分析裝置)性能及基于IEC 61850標準的互操作能力。

(2)GOOSE跳閘機制的可靠性，考核保護裝置、智能操作箱實現GOOSE跳合閘方式的性能。

(3)模擬合并單元采樣報文異常考核對保護裝置、測控裝置的影響及檢查故障錄波(報文分析裝置)的錄波性能(報文分析、查找故障的能力)。

(4)光纖鏈路、過程層網絡異常工況對保護裝置的影響。

(5)智能變電站相關標準、規程、反措執行情況及實施效果。

2.3.4 系統級測試試驗內容

(1)模擬量回路聯調試驗，正常運行工況下合并單元、保護裝置、測控裝置、故障錄波裝置(網絡報文分析裝置)示值正確性檢查，對于級聯合并器或跨間隔保護需檢查其同步性能，對于電壓合并器需要檢查其并列及切換功能。

(2)開關量聯調試驗，檢查智能終端示值及響應性能、間隔層設備(保護、測控等)與智能終端的互操作性檢查。

(3)間隔層設備聯調試驗，主要為間隔層設備間閉鎖、啟動失靈等信號互通性檢查。

(4)監控系統聯調試驗，監控系統與間隔層設備間的信號互通性檢查。

(5)遠動通信系統檢查及操作試驗。

3 結語

智能變電站二次設備系統級測試是保證變電站順利投產的重要環節，也是檢驗變電站所使用的電氣設備功能及性能是否滿足設計和運行要求的關鍵試驗，是檢查變電站全站二次設備互操作性的重要手段。試驗結果可作為設備投產依據，也為將來變電站運行維護提供參考資料。只有應用科學的測試方法，建立完善嚴格的測試流程，利用完備的監控和測試手段，才能通過系統級測試對智能變電站系統的有效性、可靠性、適用性、經濟性進行合理評估，為智能變電站的推廣和現場運行維護提供良好的技術支撐。

［1］姜振超，劉明忠.智能變電站二次系統調試技術研究［J］.電網技術，2011，35(1):12 －17.

［2］高翔，張沛超.數字化變電站的主要特征和關鍵技術［J］.電網技術，2006，30(23):67 －71，87.

［3］竇曉波，胡敏強，吳在軍，等.數字化變電站通信網絡性能仿真分析［J］.電網技術，2008，32(17):98 －104.

［4］辛耀中，王永福，任雁銘.中國IEC 61850研發及互操作試驗情況綜述［J］.電力系統自動化，2007，31(12):1 －6.

［5］操豐梅，任雁銘，王照，等.變電站自動化系統互操作實驗建議［J］.電力系統自動化，2005，29(3):86 －89.

［6］邱智勇，陳建民，朱炳權.基于IEC 61850標準的500 kV三層結構數字化變電站建設［J］.電力系統自動化，2009，33(12):103 －107.

［7］李蘭欣，苗培青，王俊芳.基于IEC 61850的數字化變電站系統解決方案的研究［J］.電網技術，2006，30(S2):321－324.

［8］周春霞，詹榮榮，姜建寧，等.500 kV數字化變電站動模試驗研究［J］.電網技術，2010，34(6):193 －197.

［9］崔厚坤，湯效軍，梁志成，等.IEC 61850一致性測試研究［J］.電力系統自動化，2006，30(8):80 －83.