智能變電站繼電保護網絡可視化研究與應用

王國海 宋源淵

摘?要：智能化變電站自提出以來，經歷了多種技術的革新與融合，逐漸走向成熟，但是面對日益增多的業務需求和安全性考慮，對作為信息傳輸與分享樞紐的繼電保護網絡提出了更高的要求。文章立足于通過研究智能繼電保護網絡可視化技術，利用SCD文件實現業務自動區分以及設備自動識別，結合傳統的電纜電氣回路點對點傳輸的優點，做到虛擬連接點對點，進而實現繼電保護網絡可視化功能，使得繼電保護網絡透明化、智能化，從而解決目前傳統交換機帶來的“黑匣子”難題，提高智能站的建設、運行、檢修智能化水平，進一步為智能站繼電保護網絡智能化做貢獻。

關鍵詞：繼電保護;SCD;網絡;智能變電站;可視化

隨著變電站綜合技術的發展，傳統的自動化變電站逐步被智能化變電站所取代，與傳統變電站由確定的電纜組成的電氣回路所不同，智能變電站由光纖組成了虛擬的二次回路，由虛端子取代了實體二次端子排，這些變化帶來了諸多問題，比如繼電保護網絡信息不透明，物理鏈路與報文聯系不確定，智能電子設備（IED）通信鏈路不清楚等，由此增加了智能站運行、檢修工作的難度。為了解決這些問題，需要將智能站繼電保護網絡可視化，基于變電站配置描述文件（SCD）可以獲取IED之間的通信邏輯關系，為實現繼電保護網絡可視化提供了基礎。

1 智能站網絡特征分析

智能變電站中數據傳輸的變革，帶來了很多相對于傳統變電站的變化，智能變電站中二次連線變為虛擬連線，虛擬連線的兩端連接的是虛端子，虛端子是IED設備對外輸出的信息端子，用于不同IED設備間數據的交互。每一個IED設備都有虛端子，有些虛端子定義用于接收其他IED設備的輸出信息;有些虛端子定義用于發送信息，供其他的IED設備接收使用。比如保護設備，需要接收對應的合并單元給出的輸出信息，對于保護設備，這些虛端子是接收信息，對于合并單元，這些虛端子是輸出信息。

2 應用基礎

2.1 SCD文件是基礎

SCD文件描述了變電站內所有繼電保護相關對象（合并單元，智能單元，保護元件）重要的外特征，其中包括開入和開出信息，以及這些對象間開入/開出信息的關聯關系，即虛擬二次回路（見圖1）。SCD

文件是智能變電站基本信息描述的載體，覆蓋一次系統接線、二次系統裝置信息（功能節點）、報文屬性（類型、長度、發送規律、訂閱關系、地址等），未來還擴展到二次網絡接線（即交換機連接關系）。因此，智能變電站繼電保護網絡可視化應以SCD文件為根本依據，以面向通用對象的變電站事件（GOOSE）、采樣值（SMV）報文為對象，以IEC61850標準為基本規則，以獲取報文屬性為目標。

2.2 IED設備投入監控技術

通過解析SCD文件可以獲取智能變電站全站IED設備信息和智能變電站全站繼電保護業務信息，而業務信息的發送和IED邏輯是嚴格關聯的。交換機通過解析繼電保護業務報文的頭部得知所傳輸的業務的類型和應用標識（APPID），通過業務信息的交互，可以感知智能變電站全站IED設備是否正常投用（見圖2），并將IED設備上線投用消息報告到相關管理和決策單元。

采用基于繼電保護業務（GOOSE或SV）APPID實現業務轉發和交互的信息傳輸方案，通過檢測傳輸業務的

APPID信息，和SCD文件解析到的IED裝置信息與繼電保護業務的邏輯關系表進行比對，即可確定IED裝置上線。

3 現場應用

3.1 應用目的

在變電站的發展過程中，電力運維人員更習慣于可視化的管理方式，無論是對于采集的實時量還是管理信息都可以依靠各種工具實現可視化，由此運維人員可以明白直觀的了解真實的運行狀態。但是進入到智能變電站階段，由于光纖網絡和交換機的應用，作為智能變電站最重要的數據傳輸網絡變成了不透明的過程，由此給電力運維人員帶來了更為復雜的難題，而常規工業以太網交換機的應用只是解決了智能變電站數據如何傳輸的問題，并沒有在運維管理可視化等方面有任何的進展，甚至由于專業技術的區別給電力運維人員帶來了更加復雜的認識過程。運維人員可以通過可視化的管理界面實時查看交換機網絡的拓撲結構及每臺交換機每個端口接入IED設備的基本運行情況，對設備進行管理維護。

3.2 應用案例

該系統應用于南網云南電網公司昆明供電局變電管理一所繼保自動化實驗室，該實驗室擁有一個模擬的變電站系統，包括后臺綜合自動化系統，測控裝置，通信管理機，多種元件的繼電保護裝置等，具備一個完善且典型的應用環境。

1）站內業務解析功能，通過解析SCD文件，得到站內GOOSE、SV報文的發送和訂閱關系，同時會列出站內所有IED設備的名稱、型號、廠家信息等（見圖3），相當于自帶SCD解析工具，方便運維人員查看SCD文件。

2）IED識別定位功能，當有IED設備接入交換機某個端口后，會在交換機該端口上顯示接入設備的名稱及型號，IED設備接入前交換機的端口是空的（見圖4），IED設備接入交換機之后，交換機各個端口會顯示接入的是哪一臺IED設備，這樣就減輕了光纖打標簽的工作復雜程度，可以作為紙質標簽的一個電子化補充。

3）動態網絡拓撲展示功能，當通信路徑建立起來之后，可以通過查看網絡拓撲圖來掌握整個網絡的組織結構，一旦網絡通信節點出現問題，方便溯源查缺，提高運維效率，由于現場實際只應用了一臺交換機，沒有與其級聯的交換機，所以交換機鄰居節點的拓撲關系此處沒有展示出來，如果有級聯交換機的話，會將所有級聯的交換機全部展示出來，同時這個拓撲圖會隨著IED設備的實際接入情況而動態更新。

4）虛擬二次回路展示功能，通過將業務傳輸路徑可視化，與實際物理光纖鏈路進行對比，可以實現報文全路徑監控，打破原有網絡“黑匣子”的狀況，將報文傳輸過程變得“透明化”，幫助運維人員更好的理解繼電保護網絡，提升工作效率。

4 結語

結合目前的繼電保護網絡運維現狀，本文立足于繼電保護網絡可視化，利用智能站固有信息流的特征，實現了虛擬二次回路的實時在線監視與管理，解決了網絡運維不能及時定位問題點，定位之后不能有效的排除問題，恢復通信路徑的正常傳輸耗時、耗力難題，有效彌補了現有傳統以太網交換機在智能變電站中存在的智能化不足的短板，簡化了網絡架構，提高了運行效率，降低了運維難度，為智能電網的安全可靠運行做一份有力的保障。

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