繼電保護裝置遠方修改定值模式研究

李德文，劉 進，劉 偉，侯先棟，周 進

(1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211102；2.南方電網超高壓輸電公司安寧局，云南昆明 650217)

繼電保護裝置定值的正確性和適應性對其正確動作及電網的安全運行有著非常重要的作用。隨著國民經濟的發展，電力系統的規模在不斷擴大。與此同時新能源發電、直流輸電等新技術的廣泛應用也使實際電網結構變得更加復雜。一般情況下，系統供電方式的改變、設備檢修、新設備的投運等常常會引起保護配置和定值的相應改變。若仍依靠傳統現場手工更改定值的方式，必然大量增加運行維護人員工作量，降低工作效率。

隨著智能電網的全面建設，遠方調控一體化的條件已經逐步成熟[1，2]。作為調控一體化最基礎的部分，繼電保護裝置亟需支持遠方修改定值、切換定值區、投退軟壓板、復歸信號等遠方操作的通信接口。目前繼電保護裝置已經基本支持這些遠方操作功能。其中由于裝置定值內容的牽涉面較廣，遠方修改定值操作所需的交互信息比切換定值區、投退軟壓板要復雜得多，且存在著各種各樣的風險[3-7]。因此，本文從繼電保護裝置的角度，研究歸納了遠方修改定值的2 種工作模式，并在此基礎上提出了基于預備定值區的快速、可靠的遠方修改定值新模式。

1 繼電保護裝置遠方修改定值模式分析

隨著變電站通信規約IEC 60870-5-103 規約（以下簡稱IEC 103）的成熟應用，目前現場運行的繼電保護裝置大都支持遠方直接修改當前運行區定值功能。即在繼電保護保護裝置不停電的情況下，可支持遠方調度自動化主站或者故障信息主站經由站內遠動裝置或者故障信息子站修改裝置運行區的定值內容。最近幾年，智能變電站大量投運，站內采用IEC 61850通信規約的應用經驗也在逐漸積累。IEC 61850 規約定值服務的編輯區概念使繼電保護裝置能夠支持遠方修改任意區定值功能。為描述方便，本文中繼電保護裝置簡稱為裝置或者保護裝置；遠方調度自動化主站、故障信息主站或者遠動裝置、故障信息子站等通過通信規約方式修改繼電保護裝置定值的客戶端，統稱為遠方或者遠方自動化系統。

1.1 基于運行區定值遠方修改模式

遠方直接修改當前運行區定值，稱為基于運行區定值遠方修改模式。一般情況下，僅傳統IEC 103 通信會采用本模式。IEC 103 規約的通用分類服務可實現當前區定值的讀寫[8]，詳細流程如圖1 所示。

圖1 基于運行區定值遠方修改模式流程圖

（1）遠方通過通用分類服務寫命令將待寫的定值條目的值下發給裝置，裝置收到遠方通用分類服務寫命令后，將定值條目暫存到內部通訊緩存區；

（2）遠方通過通用分類服務帶執行的寫命令，向裝置確認定值寫入操作，裝置收到帶執行的寫命令后，將內部通信緩存定值條目回寫到當前運行定值固化區中，在此過程中，繼電保護裝置以及保護功能短暫閉鎖。

運行區定值遠方修改模式具有操作簡單、裝置閉鎖時間短的特點，且不需要更換定值區號。但是由于直接修改當前區定值，不具備回讀校核功能，如果中間通信環節出錯或者保護裝置內部通信緩存區域定值出錯，都不能及時反饋給遠方，可能導致錯誤定值投入，從而使繼電保護裝置誤動或者拒動。

1.2 基于編輯區定值遠方修改模式

遠方首先修改非運行區定值，核對成功后，然后再通過切換定值區號把非運行區定值投入運行，稱為基于編輯區定值遠方修改模式。采用IEC 61850 通信規約定值服務實現[9]。詳細流程如圖2 所示。

圖2 基于編輯區定值遠方修改模式流程圖

（1）遠方下發SelectEditSG 服務將IEC 61850 編輯定值區寫為待整定目標區區號；（2）保護裝置將待整定定值區內容從定值固化區拷貝至通信緩存的編輯定值區；（3）遠方通過SetEditSGValues 服務下發修改定值命令、通過ConfirmEditSGValues 確認寫命令；（4）保護裝置接收到ConfirmEditSGValues 確認寫命令后將通信緩存的編輯定值區定值回寫到定值固化區，整定過程不閉鎖裝置；（5）遠方通過GetSGValues 服務讀取編輯定值區的定值，核對定值正確性；（6）核對無誤后，遠方通過SelectActiveSG 將運行定值區號寫為上述整定目標區區號，則保護裝置切換到新的目標定值區運行，在此過程中，繼電保護裝置以及保護功能短暫閉鎖。

編輯區定值遠方修改模式裝置閉鎖時間短，相較于運行區定值遠方修改模式，還具有定值核對無誤后才投入運行的優點，可減少定值整定出錯的風險。但是該模式的缺點也很明顯，就是運行定值區號發生了改變，在電網運行方式變化頻繁的情況下，需要不停地切換定值區號，會給運行維護人員帶來很大困擾。

2 基于預備定值區遠方修改新模式

“預備定值區”是裝置在定值固化區中專門辟出的一段區域，用于存放即將投入運行的定值，此區不能直接投入運行，但可以用專門的命令將此區拷貝到運行區投入運行，此時裝置的運行區號不變。預備定值區號可約定為裝置沒有使用的區號，如254。遠方可以通過訪問定值區號254 來讀寫預備定值區。

2.1 遠方通過IEC 61850 修改定值

通過IEC 61850 修改具備預備定值區的保護裝置在上述的第二種模式基礎上做出改進，主要是把編輯定值區號設為預備定值區號。流程如圖3 所示。

圖3 基于預備定值區遠方修改模式流程圖

（1）遠方下發SelectEditSG 服務將IEC61850 編輯定值區改為預備定值區區號；（2）保護裝置將當前預備定值區內容拷貝至通信緩存的編輯定值區；（3）遠方通過SetEditSGValues 服務下發修改定值命令、通過ConfirmEditSGValues 確認寫命令；（4）保護裝置接收到ConfirmEditSGValues 確認寫命令后將通信緩存的編輯定值區定值回寫到預備定值區固化，整定過程不閉鎖裝置；（5）遠方通過GetSGValues 服務讀取預備定值區的定值，核對定值正確性；（6）核對無誤后，遠方通過SelectActiveSG 將運行定值區寫為預備定值區區號；（7）保護裝置將預備定值區內容拷貝到當前運行定值區，在拷貝過程中，繼電保護裝置以及保護功能短暫閉鎖。

2.2 遠方通過IEC 103 修改定值

借鑒IEC 61850 編輯定值區概念，通過IEC 103修改具備預備定值區的保護裝置，需要在定值區號通用分類服務組里來擴展定義編輯定值區號條目，用于指定當前編輯定值區指向的定值存儲區。擴展后的定值區號組包括運行定值區號和編輯定值區號，如表1所示。

表1 IEC 103 擴展定義的定值區號組

遠方通過IEC 103 對具備編輯定值區號組的裝置進行定值的讀寫，是對編輯區定值進行的操作。當編輯定值區號設定為預備定值區號時，接下來的定值讀寫均是對預備定值區的操作。通過IEC 103 修改定值和通過IEC 61850 修改定值流程類似，可參考圖3。其具體過程：（1）遠方通過通用分類服務寫命令將裝置的編輯定值區號設定為預備定值區號；（2）保護裝置將預備定值區內容拷貝至通信緩存的編輯定值區；（3）遠方通過通用分類服務寫命令將待寫的定值條目的值下發給裝置，通過通用分類服務帶執行的寫命令向裝置確認定值寫入；（4）保護裝置接收到帶執行的確認寫命令后將通信緩存的編輯定值區定值回寫到預備定值區固化，整定過程不閉鎖裝置；（5）遠方通過通用分類服務讀取預備定值區的定值，核對定值正確性；（6）遠方通過通用分類數據寫命令將運行定值區號寫為預備定值區區號；（7）保護裝置將預備定值區內容拷貝到當前定值區運行，區號不變，在拷貝過程中，繼電保護裝置以及保護功能短暫閉鎖。

2.3 優缺點比較

通過上面的分析可知，基于預備定值區遠方修改新模式在編輯區定值修改模式基礎上，擴展一個預備定值區，在裝置不閉鎖的情況下，用于定值的預先整定和校核，校核通過后，再把預備定值區內容拷貝至當前運行區。新模式能夠同時適應IEC 103 和IEC 618502種通信方式，具有裝置閉鎖時間短、定值核對無誤后才投入運行的特點。相較于編輯區定值遠方修改模式，具有不改變運行定值區號的優點，既能夠適應電網運行方式頻繁變化的定值調整要求，也有利于系統運行人員的常規管理。該模式和前2 種模式的優缺點比較如表2 所示。

表2 繼電保護裝置遠方修改定值模式優缺點比較

3 結束語

基于預備定值區的繼電保護裝置遠方修改定值模式能夠在不切換裝置運行定值區號的情況下，快速、安全、可靠地修改定值，對于調控一體化的推廣具有重要研究意義。該模式在不影響現有裝置保護邏輯的前提下，對管理程序進行升級即可實現，配合遠方切換定值區號、遠方投退軟壓板等功能，具有較強的操作性。目前已經在廣東地區部分變電站試點實施，實踐表明，該模式可大大減少運行操作人員維護工作量，提高供電經濟效益。

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