智能變電站繼電保護檢測與調試研究

嚴鴻

摘要：近幾年來，智能電網建設成為了電網發展的一種必然趨勢，大批智能化變電站陸續投入運行。相比傳統變電站，智能化變電站具有更加高效的資源利用、更加環保和高度自動化、信息化的工作模式等優點，其運行效率和水平明顯優于傳統變電站。智能變電站繼電保護及相關二次系統是智能變電站運行的關鍵核心。由于技術先進、系統集成度高，因此運行維護、檢修試驗難度大，調試工作量也有所增加，為此，加強對智能變電站繼電保護的檢測與調試的研究就十分必要。筆者結合相關文獻與實踐經驗，對智能變電站繼電保護的檢測與調試方法進行了簡要分析，希望為相關工作提供一些幫助和參考。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；檢測；調試

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

1引言

按照國家電網公司“立足自主創新，以統一規劃、統一建設、統一標準為原則，建設以特高壓電網為骨干網架，各級電網協調發展，具有信息化、自動化、互動化特征的堅強智能電網”的發展目標，智能電網建設的逐步加快，新建和改造智能變電站項目增多，本公司已分別有2座220kV和2座110kV智能變電站加入系統運行，出現了變電一次設備智能化和二次設備網絡化。智能變電站二次系統設備基于IEC61850 標準建設，以系統配置文件（SCD文件）描述二次回路的聯接和功能配合，成為變電站二次系統的核心。傳統的二次電纜連接被光纖以太網替代，輸入/輸出電氣連接端子接口被網絡通信接口取代，交流電流、電壓及直流控制、告警等信號被SV（以報文形式傳輸的采樣值）、GOOSE（面向通用對象的變電站事件）所取代，二次回路概念發生了巨大的變化：保護調試過程的大部分電信號變為通信報文；保護端子排二次電纜對線，轉變為對照圖紙檢查SCD/ICD文件的虛端子的一致性。在此情況下，繼電保護檢測與調試的方式和難點也發生了變化，需要通過驗證基于網絡通信的“二次回路”的正確性和二次系統網絡通信過程與系統配置一致性，來確保繼電保護功能的完備、正確、可靠。筆者通過查閱相關文獻，并結合自身經驗，對智能變電站繼電保護的現場檢測與調試重點工作概述如下。

2智能變電站繼電保護的調試方法

2.1調試準備

智能變電站ICD文件為變電站內智能電子設備的實例配置和通信參數，SCD文件為智能變電站系統配置信息的變電站配置文件，ICD文件由廠家給出，SCD文件由設計院給出，在現場調試之前需檢測這兩項文件的合法性，確定ICD文件是否符合相關標準、規定且能夠為設計工作開展提供支持；SCD文件是否能夠直接用于聯測和調試。廠家提供的ICD文件和虛端子必須與裝置完全保持一致。各廠家裝置版本、檢驗碼、ICD文件等要與系統集成廠商聯調時保持一致，在現場不允許再進行變更。

在現場調試前，應將所有保護裝置的程序版本號和版本信息、配置文件、GOOSE網、SV網、MMS網組網編號作詳細記錄，用于變電站投運后軟件版本升級或裝置配置更改后的對比。所有裝置背后的連接光纖、尾纖編號應準確、規范，確保裝置間的聯絡關系能夠準確定位，便于投運后的裝置定檢和事故處理。

因為智能站保護大量使用了數字化技術，調試方法發生變化，需要網絡聯調，使用的試驗儀器設備發生變化。其主要調試設備如表1：

表1 智能站保護主要調試設備表

2.2調試步驟

智能變電站結構如圖1：

圖1 智能變電站結構圖

根據智能變電站的結構，保護現場調試分為單體調試和分系統調試。

2.2.1單體調試

單體設備主要指間隔層、過程層智能組件，包括保護、測控裝置、合并單元、智能終端（智能操作箱）、故障錄波裝置、網絡交換機等，是實現分系統功能硬件設備的組成部分。單體調試主要是對單體設備及其二次回路的基本功能進行檢測和試驗，確保功能符合相關技術規范和設計要求。

1）保護裝置功能測試。進行保護邏輯功能試驗；檢查保護功能與其他智能電子設備間的相互啟動、相互閉鎖、位置狀態等網絡信息交換功能，保護定值整定功能；檢查保護直采直跳回路，開入開出、采樣值、元件功能等；

2）測控裝置功能測試。檢查單元裝置與系統層設備、過程層設備之間的通信，數字量接收/發功能；檢查模擬量采集測量精度；檢查當地/遠方參數設置、保護信息上送功能，裝置在線自動檢測功能和自檢信息輸出等；

3）合并單元測試。

（1）輸入輸出功能測試。檢查電壓/電流互感器輸入信號和測量轉換功能，輸出至保護、測控、錄波、計量等不同二次設備的SV信號是否正確；

（2）合并單元同步功能測試。用合并單元測試儀檢測多臺合并單元輸出報文的時標是否一致，同步誤差應不大于±1μs。

（3）合并單元守時功能檢查。斷開合并單元的同步時鐘，通過分析工具對比其與其他正常合并單元輸出報文的時標，10min內滿足4μs同步精度要求。

（4）異常情況下的處理。在電源中斷、電壓異常、采集單元異常、通信中斷、通信異常、裝置內部異常等情況下，合并單元不誤輸出采樣值。

（5）合并單元電壓切換功能。分合母線刀閘，測試各種情況下合并單元的切換動作邏輯。

（6）PT合并單元電壓并列功能。通過PT加一次電壓到合并單元，分合斷路器及刀閘，測試各種并列情況下合并單元的并列動作邏輯。

4）智能終端測試。

（1）GOOSE報文處理時間及智能終端動作時間檢查。根據SCD文件的GOOSE連線，用繼電保護測試儀對智能終端輸入GOOSE，檢查從輸入GOOSE到繼電器出口時間，智能終端從收到GOOSE命令至出口繼電器接點閉合的動作時間應不大于7ms。

（2）智能終端壓力閉鎖回路檢查。模擬斷路器壓力降低，測試智能終端能否斷開操作回路。

（3）跳合閘出口壓板檢查。投入或退出跳合閘出口壓板，測試智能終端能否跳開斷路器。

（4）跳合閘保持電流檢查。連接斷路器，測試智能終端能否正確可靠地分合斷路器。

（5）智能終端GOOSE斷鏈后信號預警機制檢查。斷開智能終端的GOOSE輸入，測試報警功能是否正確。

5）故障錄波裝置測試。包括錄波器屏后接線及尾纖檢查、定值核對及檢查、面板指示燈檢查、自檢檢查、光接口的檢測、輸入量啟動檢查、GOOSE啟動檢查。

6）故障信息系統測試。子站和保護間的通信狀況，子站和主站的通信狀況，以保證保護和錄波器的故障信息正確的傳送至子站和主站。

7）網絡分析功能測試。用網絡測試裝置模擬各種正常及異常狀態的GOOSE報文、采樣值報文、MMS報文，網絡分析裝置應對報文正確識別及分析。檢測內容應包括：報文合法性、GOOSE報文結構及內容、SMV報文結構、SMV連續性、SMV頻率、SMV同步性、通信中斷、網絡風暴等。測試包括：記錄完整性測試、時標精度測試、告警功能測試、分析功能測試等。

2.2.2分系統調試

按照變電站繼電保護自動化系統的功能分類，在單體調試完成的基礎之上進行本部分的分系統調試工作。主要包括：

1）SCD文件測試。從SCD中導出虛端子表，逐項測試。

2）站內網絡系統檢查。檢查合并單元與保護設備、保護設備與智能終端之間的光纖連接是否正確，檢查光纖回路的衰耗是否正常。以太網光纖和FT3光纖回路（包括光纖熔接盒）的衰耗不應大于3db。

3）監控系統檢查。檢查與計算機監控系統功能相關的MMS、GOOSE、SV通信狀態。進行遙信、遙測、遙控、遙調、同期控制、全站防誤閉鎖、順序控制、自動電壓無功控制、定值管理、主備切換等功能調試；進行監控功能整組測試。

4）全站同步時鐘測試。檢查全站對時系統的接收時鐘源精度和對時輸出接口的時間精度；檢查外部時鐘信號異常再恢復時，全站統一時鐘源自守時、自恢復功能正常。檢查同步時鐘源衛星同步狀態、時鐘顯示，GPS/北斗自動切換功能；檢查衛星信號異常時及恢復后，裝置自恢復功能。

5）網絡狀態監測系統測試。檢查與網絡狀態監測系統功能相關的MMS、GOOSE、SV通信狀態；進行采樣值報文存儲解碼、采樣值同步、采樣值報文實時監測告警、GOOSE報文實時監測告警功能測試等。

3智能變電站繼電保護調試的問題淺析

3.1保護設備的兼容性問題

目前的智能站保護設備均基于IEC61850通信標準研發生產，但是不同廠家的設備在通信細節的處理上仍有不同，如對通信中斷的判別機制不同，就會導致通信系統系統異常中斷情況的發生；一些設備規約上的差別，也往往需要在現場進行大量修改。這些不兼容的問題往往導致現場調試時間的延長。而實際工作中，要在整個變電站采用單一廠商的產品又是不可能的。這就需要在智能變電站的發展過程中對技術標準和規范不斷加以完善，功能化的指標可以多種多樣，但通用規范必須嚴格一致。以確保智能站調試工作順暢和投運后設備的可靠運行。

3.2關于通信光纖的問題

在智能站中，大量的光纖取代了二次電纜，節省了投資，減少了二次接線量，同時也帶來新的問題。一是光纖容易受損。光纜的強度無法與銅纜相比，而新建智能站的施工人員大部分對于光纜的強度沒有概念，在施工中光纜被過度壓、折、拉，導致斷纖；二是光纖彎曲或折疊導致衰耗劇增。光纖曲折過大不僅可能造成斷纖，彎曲本身也會導致光纖的損耗增加，在必須彎曲時，必須保證光纖的彎曲半徑大于3cm。另外注意固定光纖時必須用軟質材料進行，用扎線固定時，決不能將扎線拉緊；三是光纖接口臟污。瓷芯端面不清潔，出現臟污，也會使光纖產生較大衰耗。因此在光纖通過光琺瑯盤連接時，應用浸有無水酒精的紗布將瓷芯端面擦洗干凈，并用吹氣球吹干，擦拭干凈的光纖端面在插入光琺瑯盤時不得碰到任何物品。另外，光纖和光琺瑯在未連接時必須用保護罩套好，避免污染。四是光纖接口瓷芯碎裂。光纖、尾纖是通過光琺瑯盤進行連接的，而光琺瑯盤最內層是一瓷芯套管，這是保證光纖連接精度的關鍵部件，但其薄而易碎。若現場野蠻施工，很容易致其碎裂，且難以發現，同時將造成光通信中斷。因此，在連接光纖和光琺瑯時，必須清潔之后，在眼睛可視的情況下進行，決不能僅憑手感操作；光纖插入光琺瑯時，要保持在同一軸線上，并且光纖凸出定位部分要對準琺瑯的缺口，遇到阻力，要來回輕輕轉動往里輕推，直到插到位后擰緊。決不能左右、上下晃動。

一旦發生上述情況，將造成調試工作無法正常進行，所以值得警惕和注意。在施工和調試的過程中都要認真把握好相關環節。

3.3保護系統調試的安全隔離問題

智能站的保護裝置間均采用光纖網絡連接，不再如傳統變電站的電氣連接那么直觀，故在對部分裝置進行調試時，如何采取安全隔離是一個值得注意的問題。當直接從裝置端口上測試時，需要插拔裝置的光纖，前面說了，光纖連接部分容易發生污損等問題，存在一定的操作風險，但此方式下能夠看到明顯斷口，對測試數據的安全隔離可靠性高；如果在交換機端口測試，則不需要進行光纖插拔，但要對系統其它設備的相應功能進行投退，以避免誤動作。這通過GOOSE實現，實際上是一種軟件隔離，可靠性受軟件運行穩定性的影響較大。而對運行系統調試，如果從交換機端口上測試，可能還需更改交換機的配置，將帶來更多風險，所以建議進行運行系統裝置調試時，最好從裝置端口上進行測試。因此時需要插拔裝置的光纖，必須注意正確操作，避免造成光纖端面污損。

4結語

智能變電站建設正呈現欣欣向榮的發展勢頭，隨著對其應用和研究不斷深入，取得的成效也越來越明顯，為建設堅強電網，造福千家萬戶，確保社會用電需求做出了貢獻。繼電保護涉及很多設備與系統，調試維護不當，極有可能在運行過程中出現意外事件，影響電網安全。通過加強智能變電站繼電保護調試，全方位地檢測和試驗保護功能及其可靠性，是確保其在系統中安全穩定運行的關鍵。但智能變電站應用畢竟處于初期階段，各方面的工作都有待于在實踐中不斷完善，智能變電站繼電保護調試工作還需要更多的努力和探索，以更好地促進智能電網建設事業的發展。

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