分布式備自投優化設計與應用探索

劉曉陽

摘? 要：在電力系統運行中，一般使用專門的備自投裝置來實現備自投的功能，應用信息交換更簡單、快捷的備自投裝置對現代智能變電站的發展來說有著重要的意義。綜合各方面因素，提出一種基于間隔層的分布式備自投優化設計及其在智能變電站中的應用方案，采用 GOOSE傳輸機制來完來實現備自投功能，以供參考。

關鍵詞：電力系統;智能變電站;分布式備自投;GOOSE信息

中圖分類號：TM762 ????????????文獻標識碼：A?? ????????????文章編號：2095-6835（2014）23-0002-02

隨著我國經濟的不斷發展，變電站的建設越來越趨向于智能化和高效化，各類有關的設備也在不斷發展和完善。但許多變電站的備自投裝置仍處于較落后的狀態，功能的發揮受到了很大的限制。如何對其進行優化設計和改造，探索更為智能化的實現方式成為了人們需要解決的問題。

1? 分布式備自投的含義

智能變電站以IEC61850為通信準則，在信息采集、傳輸、處理、輸出的過程實現完全數字化的變電站。IEC61850提出的GOOSE通用傳輸機制，可以實現快速、安全地數據交換。GOOSE可以實現保護跳合閘、遙控跳合閘和遙信量的傳輸等功能。網絡的GOOSE機制和網絡化采樣技術的成功應用使得網絡化保護逐步成為現實，分布式備自投就是網絡化保護最成功的運用。

2? 分布式備自投實現方式

分布式備自投在網絡實現方式上可分為兩種，分別是基于過程層采樣值（SMV）傳輸的分布式備投和基于間隔層GOOSE報文的分布式備自投。前者各間隔的采樣值是分布的，但邏輯判別功能是集中在固定的單一裝置中;后者的邏輯判別功能均分散于不同的裝置中。

2.1? 基于過程層采樣值（SMV）傳輸的分布式備自投

此種方式需要2個及以上不同間隔的合并單元向其傳送采樣值，或者通過直連光纜向其傳送采樣值。該方式的網絡相對

復雜，且存在相對于兩條線路保護裝置而言的冗余邏輯節點。

110 kV備自投所需的模擬量均由現場采集單元采集后通過直連光纜至備自投合并單元送至備自投裝置。開關量和保護動作信息通過過程層網絡向備自投裝置傳送。同時，110 kV備自投的分合閘命令通過網絡傳送給110 kV線路和分段智能操作箱，以跳合相應的開關。

目前，智能變電站備自投裝置基本采用此種方案實現。保護配置方案如圖1所示。

圖1? 保護配置方案圖

基于過程層采樣值（SMV）傳輸的分布式備自投與常規備自投具有極大的相似性，在開關量和模擬量的采樣方式上完全一致，僅在傳送介質上有所不同，在分合閘出口上則采用了經過網絡交換機輸出信號跳合開關的方式。某些變電站由于在設計上采用了“直采直跳”的方式，這與常規變電站完全相同，因此，此種方式仍然屬于常規保護功能定義范疇，在保護原理方面并沒有跨越式的升級發展。

2.2? 基于間隔層GOOSE報文的分布式備自投

基于間隔層GOOSE報文的分布式備自投功能是由不同保護對象的間隔層裝置共同完成的，由各進線保護測控裝置完成進線有無電壓和電流、母線有無電壓的判別。由分段智能接口單元完成分段開關位置的采集，由線路智能接口單元完成線路開關位置的采集，將獲得的信息通過網絡傳輸給主邏輯單元，完成運行方式識別和動作邏輯判斷。

此方式開關量和邏輯信息采用IEC61850標準GOOSE信號，通過數字傳輸網絡傳輸給主邏輯單元，邏輯輸出結果也以GOOSE方式傳輸給分散執行單元，完成開關的跳合。這樣能夠更加靈活地實現備自投功能。備自投可以存在于任意間隔的保護測控裝置中。

結合上述概念，并根據圖1所示變電站的現場情況，筆者將110 kV備自投功能按照所提出的理論進行了全新設計。具體備自投邏輯功能實現為：①采樣值（SMV）的獲取。110 kV兩段母線電壓輸出數字信號通過光纖到110 kV電壓合并單元，再通過電壓擴展單元輸出到兩條線路的合并單元，實現采樣值的合并處理。110 kV線路保護測控裝置從110 kV線路保護合并單元取到所需用到的電壓電流量。②備自投邏輯功能的實現。備自投邏輯功能由分段保護測控裝置和線路保護測控裝置共同完成。線路保護測控裝置完成備自投功能的分散執行，同時，分段保護測控裝置結合由智能接口單元通過GOOSE信號傳輸的線路斷路器位置，完成110 kV備自投功能的集中處理。

保護測控的配置具體為：①進線Ⅰ測控裝置中配置備自投功能模塊，包括當進線Ⅰ無流時，發出進線Ⅰ無流GOOSE信息;檢測Ⅰ母線電壓狀態，發送Ⅰ母線有壓或無壓GOOSE信息;完成Ⅰ母線PT斷線告警判別;將DL1開關量信息以GOOSE信號形式傳輸給主邏輯單元;接收主邏輯單元下發的GOOSE命令，驅動DL1動作。②進線Ⅱ測控裝置中配置備自投功能模塊，包括當進線Ⅱ無流時，發出進線Ⅱ無流GOOSE信息;檢測Ⅱ母線電壓狀態，發Ⅱ母線有壓或者無壓GOOSE信息;完成Ⅱ母線PT斷線告警判別;將DL2開關量信息以GOOSE信號形式傳輸給主邏輯單元;接收主邏輯單元下發的GOOSE命令，驅動DL2動作。③分段保護測控裝置中配置備自投主邏輯單元，包括檢測DL3開關量信息;接收各分散功能模塊發送的GOOSE信息，經運行方式識別和邏輯判斷，以GOOSE信息形式給各分散功能模塊發送邏輯判別結果。

如果備自投主邏輯單元單獨設立裝置或集成在其他保護裝置內時，只需要將上述分段開關DL3的狀態位置以GOOSE信號方式上送即可。

線路備自投功能的動作執行由分段保護測控裝置通過GOOSE信息實時傳送到110 kV線路斷路器的智能接口單元完成。備自投的動作邏輯和常規備自投相同，在此不再贅述。此外，裝置所需的閉鎖備自投信號可通過GOOSE信息得到。

3? 本設計方案的優點

在常規變電站和基于過程層采樣值傳輸的分布式備自投中，已有相應的測控裝置完成備自投功能所需的所有模擬量和開關量的采集，單獨設立的備自投裝置又對這些量進行重復采集，造成設置的二次電纜或光纜較多，投運檢修不方便。特別是當運行結構改變時，除了需要對邏輯處理軟件進行修改外，還需要修改部分二次電纜，增加了再次投入運行的工作量和施工風險。

而本設計方案是在各間隔測控裝置中完成電壓、電流的判別，利用智能變電站中已有的網絡結構，以GOOSE信息方式傳輸給主邏輯單元，邏輯處理結果再以GOOSE信息形式發出，從而實現整個備自投功能。該過程的特點是：①接線簡單。由于各間隔通過直接采樣相應的模擬量、開關量和保護動作信息來完成各自備自投功能模塊的判別邏輯，并通過網絡來傳輸GOOSE信息至邏輯主單元，因此，省去了室外設備區至備自投、線路保護測控裝置至備自投之間的大量直聯光纜和備自投裝置，避免了不同設備的重復采樣。②傳輸信息量少。各間隔采樣SMV數據不再傳輸給主單元，而是各自采樣判別后發送GOOSE信號給邏輯主單元，從而大大減輕了合并單元或網絡交換機的傳輸負擔，避免可能因此造成裝置死機，進而導致信息中斷。③擴展方便。變電站需要擴建線路間隔時，只需將新增設備配置的備自投功能模塊并接入GOOSE網絡，并對110 kV進線備自投邏輯主單元軟件作相應修改即可，無需改造或更換原有的備自投裝置。④兼容性強。新增線路間隔或更換保護測控裝置時，任何支持IEC61850通信協議的設備均可接入備自投網絡，無需進行規約轉換。

4? 結束語

綜上所述，本文給出了一種在智能變電站中基于間隔層的分布式備自投的設計方案，采取了通過GOOSE信號來給處理單元輸送判別結果的方式，又以GOOSE信號的形式把輸出結果傳送給保護測控裝置驅動智能接口單元來完成整個操作功能，是一種更有效率和保證的方案，可在智能變電站中推廣使用。

參考文獻

[1]孫鳴，許航.含分布式電源接入的變電站備自投應用問題[J].電力自動化設備，2010（04）.

[2]高研，高研斌，強勇樂.分布式電源對重合閘和備自投裝置的影響及解決方案[J].電工電氣，2012（09）.

〔編輯：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message

如果備自投主邏輯單元單獨設立裝置或集成在其他保護裝置內時，只需要將上述分段開關DL3的狀態位置以GOOSE信號方式上送即可。

線路備自投功能的動作執行由分段保護測控裝置通過GOOSE信息實時傳送到110 kV線路斷路器的智能接口單元完成。備自投的動作邏輯和常規備自投相同，在此不再贅述。此外，裝置所需的閉鎖備自投信號可通過GOOSE信息得到。

3? 本設計方案的優點

在常規變電站和基于過程層采樣值傳輸的分布式備自投中，已有相應的測控裝置完成備自投功能所需的所有模擬量和開關量的采集，單獨設立的備自投裝置又對這些量進行重復采集，造成設置的二次電纜或光纜較多，投運檢修不方便。特別是當運行結構改變時，除了需要對邏輯處理軟件進行修改外，還需要修改部分二次電纜，增加了再次投入運行的工作量和施工風險。

而本設計方案是在各間隔測控裝置中完成電壓、電流的判別，利用智能變電站中已有的網絡結構，以GOOSE信息方式傳輸給主邏輯單元，邏輯處理結果再以GOOSE信息形式發出，從而實現整個備自投功能。該過程的特點是：①接線簡單。由于各間隔通過直接采樣相應的模擬量、開關量和保護動作信息來完成各自備自投功能模塊的判別邏輯，并通過網絡來傳輸GOOSE信息至邏輯主單元，因此，省去了室外設備區至備自投、線路保護測控裝置至備自投之間的大量直聯光纜和備自投裝置，避免了不同設備的重復采樣。②傳輸信息量少。各間隔采樣SMV數據不再傳輸給主單元，而是各自采樣判別后發送GOOSE信號給邏輯主單元，從而大大減輕了合并單元或網絡交換機的傳輸負擔，避免可能因此造成裝置死機，進而導致信息中斷。③擴展方便。變電站需要擴建線路間隔時，只需將新增設備配置的備自投功能模塊并接入GOOSE網絡，并對110 kV進線備自投邏輯主單元軟件作相應修改即可，無需改造或更換原有的備自投裝置。④兼容性強。新增線路間隔或更換保護測控裝置時，任何支持IEC61850通信協議的設備均可接入備自投網絡，無需進行規約轉換。

4? 結束語

綜上所述，本文給出了一種在智能變電站中基于間隔層的分布式備自投的設計方案，采取了通過GOOSE信號來給處理單元輸送判別結果的方式，又以GOOSE信號的形式把輸出結果傳送給保護測控裝置驅動智能接口單元來完成整個操作功能，是一種更有效率和保證的方案，可在智能變電站中推廣使用。

參考文獻

[1]孫鳴，許航.含分布式電源接入的變電站備自投應用問題[J].電力自動化設備，2010（04）.

[2]高研，高研斌，強勇樂.分布式電源對重合閘和備自投裝置的影響及解決方案[J].電工電氣，2012（09）.

〔編輯：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message

如果備自投主邏輯單元單獨設立裝置或集成在其他保護裝置內時，只需要將上述分段開關DL3的狀態位置以GOOSE信號方式上送即可。

線路備自投功能的動作執行由分段保護測控裝置通過GOOSE信息實時傳送到110 kV線路斷路器的智能接口單元完成。備自投的動作邏輯和常規備自投相同，在此不再贅述。此外，裝置所需的閉鎖備自投信號可通過GOOSE信息得到。

3? 本設計方案的優點

在常規變電站和基于過程層采樣值傳輸的分布式備自投中，已有相應的測控裝置完成備自投功能所需的所有模擬量和開關量的采集，單獨設立的備自投裝置又對這些量進行重復采集，造成設置的二次電纜或光纜較多，投運檢修不方便。特別是當運行結構改變時，除了需要對邏輯處理軟件進行修改外，還需要修改部分二次電纜，增加了再次投入運行的工作量和施工風險。

而本設計方案是在各間隔測控裝置中完成電壓、電流的判別，利用智能變電站中已有的網絡結構，以GOOSE信息方式傳輸給主邏輯單元，邏輯處理結果再以GOOSE信息形式發出，從而實現整個備自投功能。該過程的特點是：①接線簡單。由于各間隔通過直接采樣相應的模擬量、開關量和保護動作信息來完成各自備自投功能模塊的判別邏輯，并通過網絡來傳輸GOOSE信息至邏輯主單元，因此，省去了室外設備區至備自投、線路保護測控裝置至備自投之間的大量直聯光纜和備自投裝置，避免了不同設備的重復采樣。②傳輸信息量少。各間隔采樣SMV數據不再傳輸給主單元，而是各自采樣判別后發送GOOSE信號給邏輯主單元，從而大大減輕了合并單元或網絡交換機的傳輸負擔，避免可能因此造成裝置死機，進而導致信息中斷。③擴展方便。變電站需要擴建線路間隔時，只需將新增設備配置的備自投功能模塊并接入GOOSE網絡，并對110 kV進線備自投邏輯主單元軟件作相應修改即可，無需改造或更換原有的備自投裝置。④兼容性強。新增線路間隔或更換保護測控裝置時，任何支持IEC61850通信協議的設備均可接入備自投網絡，無需進行規約轉換。

4? 結束語

綜上所述，本文給出了一種在智能變電站中基于間隔層的分布式備自投的設計方案，采取了通過GOOSE信號來給處理單元輸送判別結果的方式，又以GOOSE信號的形式把輸出結果傳送給保護測控裝置驅動智能接口單元來完成整個操作功能，是一種更有效率和保證的方案，可在智能變電站中推廣使用。

參考文獻

[1]孫鳴，許航.含分布式電源接入的變電站備自投應用問題[J].電力自動化設備，2010（04）.

[2]高研，高研斌，強勇樂.分布式電源對重合閘和備自投裝置的影響及解決方案[J].電工電氣，2012（09）.

〔編輯：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message