數字化變電站繼電保護調試技術探討

張火良

摘要：數字化變電站的出廠驗收和現場調試都是保證其正常運行的重要環節，由于數字化變電站調試在內容與方式上都與傳統調試方法差別較大，因此出現了一些新問題，尤以二次部分的繼電保護調試更具挑戰性。文章分析了數字化變電站在調試技術上的變化，探討了數字化變電站工廠調試與現場調試的內容與特點。

關鍵詞：繼電保護；調試技術；數字化變電站；工廠調試；現場調試

中圖分類號：TM727 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）25-0128-02

數字化變電站是基于IEC61850通信規約，由智能化一次設備（例如電子式互感器、智能斷路器等器件）和網絡化二次設備的功能化層次結構（過程層、間隔層、站控層）所構成，以實現系統信息共享和互操作為目的，具有數據管理、繼電保護等自動化功能的變電站。其技術特征包括系統結構標準化、分層分布化、緊湊化、集成化以及數據采集數字化、信息交換網絡化、設備檢修狀態化、設備操作智能化等。數字化變電站建設從施工圖設計、保護與自動化系統出廠驗收、現場安裝調試直到竣工驗收、投運，環環相扣，任何一個環節出現問題都會對變電站正常運行帶來不利影響，其中出廠驗收、現場調試都是重要環節。由于數字化變電站調試在內容與方式上都與傳統調試方法變化很大，也出現了一些新問題，尤以二次部分的繼電保護調試更具挑戰性，因此本文對相關內容進行了分析和探討。

1 數字化變電站繼電保護調試特點

1.1 與常規變電站調試技術相比的變化

由圖1可見常規變電站與數字化變電站的調試技術的變化主要有：（1）常規變電站過程層與間隔層設備之間采用電纜線連接，也就是端對端的硬接線模式，但數字化變電站采用光纜連接，并以數字信號傳遞信息，已不再適合采用傳統測試計劃；（2）常規變電站通信標準為IEC60870系列標準，而數字化變電站通信標準為IEC61850，通信規約的變化導致以前的調試方法不再適用；（3）常規變電站與數字化變電站網絡結構不同，前者站控層是基于RS485串行通信的以太網，并且要經過網關才能與間隔層設備通信，網速較慢；而后者采用基于交換式以太網技術，網速快得多。過程層網絡結構差別更大，常規變電站需要通過功能裝置重復的I/O接口進行通信，而數字化變電站通過過程層總線互聯，不僅網速差別大，也引起調試方法變化；（4）常規變電站采用傳統互感器，并接入TA、TV信號；而數字變電站采用非常規互感器（如電子式互感器）和合并單元，接入ETA、ETV數字信號，從而引起調試方法變化；（5）常規變電站與數字化變電站在一次設備及其接口也不同，前者采用傳統一次設備和常規I/O接口，而后者為智能化一次設備和智能接口，由此引起調試方法變化；（6）數字化變電站功能自由分布也引起調試方法變化。

1.2 調試計劃的階段劃分

如前所述，數字變電站繼電保護調試分出廠驗收（也稱為工廠調試）和現場調試兩個階段。出廠驗收是出廠前為了驗證施工設計與系統配置SCD是否正確以及系統聯動性、實時性和可靠性，它也是現場調試的基礎。現場調試是在系統與設備安裝完畢、線纜與交直流系統施工結束以后進行的系統全面調試和試驗。下面就對這兩個階段的調試進行討論。

2 數字化變電站繼電保護調試技術

2.1 工廠調試

2.1.1 調試準備。準備內容包括：（1）設計單位提交虛端子圖、網絡結構圖、光纜連接圖、同步時鐘對時圖、遙信點表等設計成果；（2）集成商根據虛端子圖進行全站SCD文件配置、搭建全站站控層與過程層、定義全站遙信點表與遠動點表數據庫、定義全站主接線圖與間隔細節圖、配置IED的CID文件、命名各裝置名稱與斷路器編號、將全站SCD文件導入五防服務器、搭建同步時鐘對時網絡、將全站SCD文件導入網絡報文分析儀與故障錄波裝置等。

2.1.2 調試內容。具體內容包括：（1）模型測試，包括ICD模型是否符合《變電站通信網絡和系統》（DL/T860）要求、配置是否與模型文件一致等；（2）關聯測試，通過建立后臺與裝置的關聯，測試關聯性能是否符合要求；（3）SV測試。通過測試SV發送、接收、采樣同步性，對合并單元、保護測控裝置、監控后臺的采樣（采集電壓、電流、功率等信號）性能進行檢查；（4）GOOSE測試。GOOSE用來實現間隔層設備之間信息的快速傳遞，它是數字化變電站關鍵技術之一，通過測試來驗證GOOSE機制。內容包括報文測試、處理能力測試、聯鎖閉鎖測試，通過遙控、遙信核對、網分及故障錄波測試、保護試、整組試等多種方式進行驗證；（5）驗證IED元件之間邏輯關系是否正確，以便為全站SCD文件的配置打下基礎；（6）驗證網絡結構設置、交換機接口配置是否合理，以防止過程層交換機負荷分配不當、數據溢出等問題出現；（7）驗證不同品牌IED設備在IEC61850標準下的兼容性；（8）驗證IED設備采樣、邏輯、動作等行為是否正確；（9）網絡報文記錄儀、故障錄波裝置等是否配置正確等。

2.2 現場調試

2.2.1 調試流程。電氣安裝完畢并滿足現場調試要求→成立現場調試工作組→編制現場調試方案→進行現場調試并記錄調試數據→整理現場調試報告→向建設、運行單位移交資料→帶負荷試驗。

2.2.2 調試內容。在調試之前，應認真研究相關技術文檔，包括出廠驗收調試報告、系統與設備技術說明書、各類配置文件、施工設計圖紙等。然后準備測試儀器儀表，這些儀器儀表應校驗合格，測試設備等級應符合相關規范要求。繼電保護裝置的測試有兩種方法：一是常規微機保護測試儀結合模數轉換裝置（如南瑞公司的HELP2000A）進行校驗。常規微機保護測試儀產生信號源，經模數轉換裝置形成數字信號，送至合并單元并接入數字化繼電保護裝置，通過抓包分析工具監測保護裝置GOOSE反饋信息。二是采用全數字化測試儀（如博電PWF-3測試儀）進行校驗。利用全數字化測試儀產生的數字信號直接輸入到數字化繼電保護裝置中，而繼電保護裝置產生的GOOSE反饋信息輸回到全數字化測試儀。前一種方法由于模數轉換過程中消耗一些時間，也就是存在ms級的滯后誤差，因此并非理想方法，而只是一個過渡方法。后面一種方法不存在這個缺陷，今后必將全面取代前一種方法。

采用全數字化測試儀進行調試時，裝置第一次上電要對上位機采樣值接口、GOOSE進行軟件配置。配置并保存、固化后，即使掉電也不會丟失，方便下次開機直接使用。采樣值配置可根據被測試繼電保護裝置的協議或直接導入變電站的SCL配置文件。GOOSE配置內容包括GOOSE訂閱和GOOSE發布。訂閱時將GOOSE數據映射到測試儀“開關量輸入”上即可。

3 結語

數字化變電站與常規變電站相比有許多變化，反映到工程調試方面也有不少差別。數字化變電站代表了未來發展的方向，所以必須熟悉其調試方法。但在目前過渡階段，部分數字變電站是由常規變電站改造而成，保留了部分傳統控制手段，調試技術更加復雜，因此測試人員應掌握各種調試方法，這樣才能在調試工作中游刃有余和得心應手。

參考文獻

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