智能變電站繼電保護(hù)競賽考評模塊開發(fā)

廖小君 張里 向倩

摘?要：目前，繼電保護(hù)競賽常常采用常規(guī)變電站進(jìn)行實(shí)操考試。智能變電站繼電保護(hù)競賽主要考點(diǎn)在SCD配置文件的查錯和比對。本文針對智能變電站繼電保護(hù)競賽開發(fā)了智能站虛擬儀器庫使用、二次安全措施、SCD配置、保護(hù)及測控調(diào)試檢驗(yàn)、帶負(fù)荷測試、IEC 61850網(wǎng)絡(luò)報文分析、異常缺陷處理、事故分析及處理等技能考試模塊，該系統(tǒng)使得智能變電站繼電保護(hù)競賽考評工作更加客觀公正，在現(xiàn)場應(yīng)用中取得較好的效果。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù);競賽考評;考評模塊

2009年國家電網(wǎng)有限公司開啟智能變電站建設(shè)以來，基于IEC-61850體系的繼電保護(hù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)與科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展。相比于常規(guī)變電站，智能變電站存在操作過程混亂、易出錯、不易發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn)，智能變電站由于繼電保護(hù)檢修人員技能水平導(dǎo)致停電事故頻發(fā)，因此亟須通過開發(fā)相應(yīng)的智能變電站繼電保護(hù)競賽考評模塊，通過該系統(tǒng)能夠快速提高現(xiàn)場檢修人員的對智能變電站繼電保護(hù)設(shè)備的認(rèn)識和學(xué)習(xí)。

目前針對智能變電站繼電保護(hù)競賽考評模塊已開展了大量的研究。文獻(xiàn)[1]設(shè)計了利用PSCAD軟件將智能變電站一、二次系統(tǒng)聯(lián)系起來，并開展了運(yùn)行維護(hù)、靜模與動模試驗(yàn)、事故分析等培訓(xùn)業(yè)務(wù)。文獻(xiàn)[2]為了提高繼電保護(hù)檢修調(diào)試人員對智能變電站二次設(shè)備的認(rèn)知和現(xiàn)場調(diào)試分析能力，提出了實(shí)訓(xùn)基地軟件和硬件建設(shè)方案。文獻(xiàn)[3]通過對220kV電壓等級智能站繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行改造，增加了全站事故仿真分析，跨間隔消缺調(diào)試等培訓(xùn)模塊，提升了繼電保護(hù)檢修調(diào)試人員的技能水平。文獻(xiàn)[4]通過建立變電站一次模型并進(jìn)行電磁暫態(tài)仿真，將仿真結(jié)果通過9-2報文與繼電保護(hù)設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)了對繼電保護(hù)設(shè)備的閉環(huán)測試。

本文提出基于數(shù)字物理混合仿真的智能變電站一次、二次仿真平臺，開發(fā)了智能站繼電保護(hù)專業(yè)相關(guān)培訓(xùn)模塊，如二次安措培訓(xùn)、SCD配置培訓(xùn)、保護(hù)和測控調(diào)試考評模塊、帶符合測試、異常缺陷處理和事故分析及處理等模塊。

1 智能變電站技能考評系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能變電站繼電保護(hù)技能競賽考評模塊開發(fā)是由二次安全措施、SCD配置、保護(hù)及測控調(diào)試檢驗(yàn)、帶負(fù)荷測試、異常缺陷處理、事故分析及處理等子系統(tǒng)組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2 智能變電站競賽模塊開發(fā)

2.1 二次安全措施培訓(xùn)考評模塊原理簡述

目前，很多地市公司檢修人員采用常規(guī)站的二次安措票規(guī)則，也采取了退功能軟壓板、投入檢修壓板、拔光纖的方式，但思維模式仍然固化在重“實(shí)接線”、輕“虛鏈接”，制定智能變電站二次安措票時，在內(nèi)容和順序上常常出現(xiàn)錯誤。而在參加繼電保護(hù)考試中，考評員需要逐條核對學(xué)員制定的二次安措票，工作量大，且不能實(shí)時顯示考試成績，影響考試效率;在判卷過程中，由于考評員人為因素影響考試結(jié)果，難免會產(chǎn)生偏差，導(dǎo)致考試結(jié)果不夠客觀公正;同時采用傳統(tǒng)的紙質(zhì)試卷考核方式，造成大量辦公經(jīng)費(fèi)浪費(fèi)，不滿足信息化條件下技能考評工作的要求。

智能變電站二次安措票技能考評系統(tǒng)提供了新的線上考核方式，為技能考試模式提供新的選擇方案。在新一代智能變電站全數(shù)字可視化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中增加二次安全措施的培訓(xùn)，在仿真系統(tǒng)中設(shè)定典型的檢修任務(wù)，按照具體檢修任務(wù)搭建類似“五防”邏輯的二次安全措施實(shí)施場景和步驟，讓運(yùn)維人員和二次檢修人員在仿真系統(tǒng)體驗(yàn)安全措施每一步的必要性。

在培訓(xùn)過程中，通過仿真系統(tǒng)上的虛擬IED，完成學(xué)員二次安措票的內(nèi)容例：SV鏈路處理、GOOSE鏈路處理、退功能軟壓板、置檢修壓板、斷開物理光纖鏈路等，操作步驟必須滿足一定的邏輯關(guān)系。如果安全措施步驟不合理導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備告警或者誤動作，如母線保護(hù)誤動作，仿真系統(tǒng)上的虛擬IED能模擬出動作結(jié)果，達(dá)到非常好的培訓(xùn)效果。

2.2 SCD配置培訓(xùn)考評原理簡述

目前國內(nèi)外關(guān)于專門進(jìn)行SCD的培訓(xùn)及考核軟件系統(tǒng)還未見介紹。目前，針對SCD培訓(xùn)系統(tǒng)主要工作是將智能變電站SCD中各二次設(shè)備間虛回路進(jìn)行可視化展示，尚未有針對SCD文件系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，而對于SCD的考核系統(tǒng)，目前SCD都是手動出題、手動評分，還未發(fā)現(xiàn)有專業(yè)的考試系統(tǒng)針對SCD進(jìn)行自動出題和評分，本系統(tǒng)的開發(fā)將改變這一狀況，通過信息化方式實(shí)現(xiàn)SCD技能考評模塊實(shí)現(xiàn)自動出題和評分的功能。

本子系統(tǒng)研究SCD的特性，建立班級和學(xué)員的基本信息，根據(jù)考試的要求建立評分標(biāo)準(zhǔn)，然后導(dǎo)入和解析標(biāo)準(zhǔn)的SCD文件，并保存成中間文件，再關(guān)聯(lián)每個學(xué)員的SCD文件，系統(tǒng)開始啟動評分，分別解析每個學(xué)員的SCD文件，解析的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)SCD文件解析的結(jié)果進(jìn)行比對，根據(jù)比對結(jié)果項(xiàng)按照評分標(biāo)準(zhǔn)，分別進(jìn)行扣分，最后得出學(xué)員的總得分。

本子系統(tǒng)的目標(biāo)是研究現(xiàn)場典型的SCD配置錯誤，在收集不同廠家的多個SCD配置工具文件和常見錯誤的基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)，對錯誤類型和具體內(nèi)容進(jìn)行有效的整理，開發(fā)出適合培訓(xùn)和競賽的考核出題模塊。

SCD配置培訓(xùn)考評軟件分為SCD評分子系統(tǒng)和SCD出題子系統(tǒng)，SCD評分子系統(tǒng)分為學(xué)員班級管理、評分標(biāo)準(zhǔn)、導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)SCD、自動手動評分、成績統(tǒng)計，SCD出題子系統(tǒng)分為導(dǎo)入班級SCD，出題規(guī)則、生成SCD試題。其框架如圖2所示。

2.3 保護(hù)及測控調(diào)試培訓(xùn)及考核原理簡述

針對IED保護(hù)，用Simulink軟件對各仿真IED的核心功能進(jìn)行典型化建模和模擬，例如：差動保護(hù)和后備保護(hù)，核心算法模塊采用模塊化方法建立算法庫（常見各種保護(hù)算法，如積分算法，差分算法，濾波算法等等）、保護(hù)邏輯庫（如啟動元件，過流元件，距離元件，差動元件等等）、保護(hù)原理庫（階段式距離保護(hù)，充電保護(hù)，光纖差動保護(hù)，三段式過流保護(hù)，主變差動保護(hù)，跳閘邏輯庫）。

通用保護(hù)裝置模擬器主保護(hù)采用積分算法，計算速度快。IED動作過程記錄和仿真優(yōu)化：對算法及各邏輯元件和保護(hù)的中間計算過程及結(jié)果進(jìn)行記錄存儲，并進(jìn)行能可視化的展示，便于培訓(xùn)過程中更好地掌握保護(hù)原理和動作過程，同時也便于在進(jìn)行系統(tǒng)測試及事故分析和案例分析時提供更好的測試和分析依據(jù)，提高測試效率和培訓(xùn)效果。

IED仿真嚴(yán)格遵守IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，采集數(shù)據(jù)使用SV、GOOSE標(biāo)準(zhǔn)，跳閘采用GOOSE標(biāo)準(zhǔn)，上送站控層數(shù)據(jù)采用MMS協(xié)議，可以真實(shí)替代物理裝置。

2.4 帶負(fù)荷測試培訓(xùn)模塊及考核原理

針對線路保護(hù)帶負(fù)荷測試、變壓器保護(hù)帶負(fù)荷測試、母線保護(hù)帶負(fù)荷的向量圖基本原理，研發(fā)相應(yīng)的培訓(xùn)考核模塊，主要考慮主變各側(cè)、各支路、線路兩側(cè)的電流互感器變比以及飽和特性對帶負(fù)荷測試的影響。實(shí)現(xiàn)對繼電保護(hù)裝置帶負(fù)荷測試的培訓(xùn)及技能考評工作。

根據(jù)職業(yè)技能鑒定考評模塊及優(yōu)秀技能人才選拔考評模塊對于帶負(fù)荷測試的要求，開發(fā)出使用靈活，功能豐富，操作方便，培訓(xùn)效果良好的帶負(fù)荷測試培訓(xùn)及考核模塊。該功能目前已用于繼電保護(hù)工技師及以上等級，或應(yīng)用于繼電保護(hù)專業(yè)優(yōu)秀技能人才選拔、競賽培訓(xùn)中。

2.5 故障缺陷查找及排除培訓(xùn)考核模塊

通過一次數(shù)字物理混合仿真平臺，可以仿真保護(hù)的常見一次和二次故障，讓學(xué)員通過分析保護(hù)動作報文、開關(guān)跳閘信息、錄波波形，并將故障排除。

對學(xué)員的排除故障的操作步驟進(jìn)行自動記錄，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)答案做出評分，并分析學(xué)員的知識薄弱點(diǎn)。根據(jù)繼電保護(hù)事故案例分析庫進(jìn)行仿真模擬，相處故障缺陷查找及事故分析仿真案例庫，可應(yīng)用于繼電保護(hù)優(yōu)秀技能人才選拔和技能比武。

3 結(jié)論

基于智能變電站一次和二次仿真平臺，開發(fā)了智能變電站繼電保護(hù)競賽考評模塊開發(fā)設(shè)計，開發(fā)了二次安全措施、SCD配置;保護(hù)及測控調(diào)試檢驗(yàn)、帶負(fù)荷測試、異常缺陷處理和事故分析及處理等競賽考評模塊。該系統(tǒng)在地市供電公司中的使用，大大提高了繼電保護(hù)人員的技能水平，節(jié)約了培訓(xùn)經(jīng)費(fèi)，保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李樹卿，仇群輝，史建立，等.基于PSCAD的智能變電站仿真培訓(xùn)平臺研發(fā)[J].電氣自動化，2017（05）：73-75.

[2]金行龍，易妍.繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)基地的建設(shè)及應(yīng)用[J].中國電力教育，2019（5）.

[3]方磊，謝駿，易妍，等.智能變電站繼電保護(hù)技能培訓(xùn)平臺開發(fā)及應(yīng)用[J].電氣制造，2019，014（002）：43-46.

[4]李巧榮.智能變電站繼電保護(hù)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)[J].通信電源技術(shù)，2016.