智能變電站保護與控制在線安全運行分析與研究

馬慧芳 李延東 張亮 張蓓蕾

摘要：在現代電網的建設和發展中，智能變電站作為電力系統重要的核心樞紐，智能變電站保護和安全控制是我國智能電網建設戰略中重要內容。智能變電站保護和控制在線安全分析的數據源，都是基于變電站內的數據信息?；诖?，分析了智能變電站的網絡數據信息特點，結合智能變電站保護和安全控制實際情況，提出了智能變電站保護和控制在線安全運行系統的設計思路，并研究了智能變電站保護和控制在線安全運行系統的結構及功能。

關鍵詞：智能電網;智能變電站;安全控制;在線運行

1智能變電站網絡信息特點分析

智能變電站信息的最大特點就是信息數字化，變電站內數據信息主要是通過光纖或者網線進行傳輸。智能變電站的信息量非常大，在海量數據信息中，MMS報文信號用于實現站控層數據通信，監測控制網絡通信。MMS信號在實際智能變電站運行中可以作為虛端子，網絡通信是依靠虛端子和實際設備進行信號傳遞，傳遞的信號需要由系統文件配置完成。智能變電站網絡通信包括站控層網絡和過程層網絡，其中，站控層網絡負責對操作控制命令進行分配和下發，將變電站設備運行情況數據上傳到管理中心，即MMS報文網絡。過程層網絡主要是采集各個單元的數字信息，并把執行的命令下發到相應單元。

2智能變電站安全措施特點

常規微機保護二次回路一直遵循“明顯斷開點”的原則，在直流跳合閘回路、保護聯閉鎖回路中串入硬壓板，設備檢修時打開這些壓板，再挑開待檢修設備與運行設備間的二次回路，實現可靠的安全措施。智能變電站二次回路與常規變電站有很大的不同，繼電保護設備本身也發生了很大的變化，光纖通信代替了交流采樣和直流二次回路，所以安全隔離措施也有了很大的不同。智能電子設備內置數據鏈路的發送和接收軟壓板，可通過投退這些軟壓板，控制虛擬數據鏈路的通斷，從而實現對待檢修設備的隔離。智能變電站中采用“直采”、“直跳”的保護裝置，可采用物理斷開連接光纖，實現“明顯斷開點”，這種方法具有較高的可靠性，但多次插拔光纖接口易造成接頭污損，增加通道延遲，進而影響保護裝置運行可靠性。此外，在退出對應通道壓板前，斷開物理光纖（或投檢修壓板）會導致通道接收數據異常，造成數據接收端閉鎖相關保護功能，所以安全措施間的配合順序非常重要。智能變電站的主要隔離措施有：投退保護裝置的SV接收軟壓板;投退保護等智能電子設備的GOOSE接收和發送軟壓板;投退保護等智能電子設備的檢修壓板;插拔智能電子設備間的連接光纖;投退智能終端的出口硬壓板。繼電保護設備安全隔離措施應在保證工作安全的前提下按雙重化和最小化的原則配置，在未驗證軟壓板及檢修策略正確性前，應采用物理斷開和數字斷開相結合的方式，在定期校驗中可采用雙重數字斷開方式隔離待檢修與運行設備。

3安全措施的執行原則

3.1總的原則

智能變電站執行安全措施的主要目的是將故障或待檢修設備與運行設備可靠隔離，同時保證相關的一次設備帶保護運行，否則應將一次設備停運后再做處理。單套配置的繼電保護裝置、合并單元、智能終端等校驗消缺時應停運一次設備;網絡交換機一般不單獨投退，必要時可根據影響范圍退出相關保護功能。

3.2二次虛回路的安全措施

二次虛回路的安全隔離應采取至少雙重安全措施，即在檢修設備上和運行設備上分別執行安全措施，如退出待檢修裝置發送軟壓板、退出相關運行保護裝置相應的接收軟壓板并投入待檢修設備檢修壓板等。

3.3物理斷開的安全措施

通過打開智能終端出口硬壓板，斷開智能電子設備光纖接口，可實現具有“明顯斷開點”的安全措施。本類措施當且僅當確有必要時執行，以避免頻繁插拔光纖導致光接口損壞，原則上可執行單重安全措施;執行措施時，應將斷開的光纖做好標記并套好保護罩。

3.4交流回路安全措施

合并單元一般不單獨檢修，故障或檢修時應首先退出受影響的繼電保護裝置。保護裝置SV接收軟壓板退出前，應確認相關的保護處于退出狀態或跳閘改信號或對應的一次設備已停運。

3.5檢修壓板投退順序

操作繼電保護裝置檢修壓板前，應確認保護裝置處于退出或跳閘改信號狀態，且與其相關的運行保護裝置相應接收軟壓板已退出。需要特別注意的是操作合并單元的檢修壓板前，應確認相關保護已退出或相應SV接收軟壓板已退出。

3.6安全措施執行順序及確認

涉及多間隔的保護（如母差、主變等）裝置操作，退出保護時，建議按“退出口軟壓板—退功能軟壓板—退間隔SV接收壓板—投檢修壓板”的順序執行;投入保護時操作順序與此相反。每項安全措施執行后，都應在待檢修保護裝置、相關運行保護裝置、一體化監控系統、保信子站等核對相關信息，確認安全措施已執行到位，無異常告警信息。

4智能變電站保護與控制在線安全運行系統設計研究

4.1系統設計要求分析

智能變電站保護與控制在線安全運行系統主要根據SCD配置文件和網絡信息報文進行設計。對SCD配置文件進行解析，可以獲取智能變電站的整個信息模型，可以掌握整個智能變電站的圖紙結構。網絡報文可真實地反映出智能變電站的實際運行情況，并根據數據信息對設備進行自我診斷。設計的主要要求是實現對智能變電站網絡報文數據的實時偵聽和分析，為智能變電站的遠程控制管理人員提供控制管理功能，通過自身的過濾功能完成事件關聯信息的自動獲取。如果二次系統發生功能故障，本系統可以及時自動分析造成故障的原因，提高了故障處理的能力，減少了處理故障的時間，為在線安全運行分析提供了重要的技術支持，保證了電力系統的安全穩定運行。系統要能通過在線偵聽分析采集的信息，并自動完成事件功能關聯，提高智能變電站的信息處理能力。在設計系統時，要滿足監測過程中針對性較強的要求，并降低系統的冗余計算，提高智能變電站的運行能力。

4.2系統結構及功能設計

在智能變電站保護與控制在線安全運行系統結構中，系統的底層模塊負責采集數據，主要是對智能變電站的SCD配置文件進行解析，并且完成通信模塊的建立和數據的更新功能。GOOSE解析模塊和SV解析模塊功能是從過程層的中心交換機采集和獲取FPGA報文，并通過解析功能對報文進行解析，然后通過網絡把數據傳輸到管理服務器。主要通過MMS解析模塊從站控層交換機獲取MMS報文，并將獲取的報文進行解析，進而得到事件類型，采用不同的標記類型對不同事件分類標記。在系統的主界面中顯示經過標記的事件，方便系統管理人員查看事件信息。設計系統時，通過功能事件作為接口，對動作事件進行保護控制，對保護控制行為分析進行關聯，使系統可以進行行為在線安全運行分析。智能變電站保護與控制在線安全運行分析系統的應用程序在運行時相互獨立，并且系統可為每個應用程序分配獨立的內存空間。應用程序的基本單元是線程，一個應用程序里面有多個線程組成。線程處理任務的方式是以串行方式為主，多線程是在應用程序中同時執行多個線程，每個線程完成不同的任務，可提高系統的執行效率。系統設計師以網絡信息的實時獲取和解析等為平臺基礎，同時對功能擴展進行支持。系統平臺處理的信息量大，單線程不能滿足系統對數據處理功能的需要。因此，設計系統時采用多線程的數據處理架構，提高了智能變電站在線安全運行分析系統數據處理的能力。

結語

智能變電站在線安全運行分析系統研究，促進了智能變電站安全運行方面的發展。通過對智能變電站保護與控制在線安全運行分析系統的設計和研究，可對整個網絡進行實時監控，并且可對保護控制行為的執行情況進行分析和判斷，真正實現了在線安全運行的智能化。

參考文獻

侯偉宏，裘愉濤，吳振杰，等.智能變電站繼電保護GOOSE回路安全措施研究[J].中國電力，2014，49（9）：143-148.