面向智能變電站遠景擴建的母差保護優(yōu)化管控策略

范須露　田小禾　柯賢楊

摘? 要：針對智能變電站母差保護在遠景擴建過程中所面臨的問題，提出采用面向間隔的系統(tǒng)描述文件邏輯解耦方案，引入母差保護過程層循環(huán)冗余子校驗碼的概念，通過合理規(guī)劃母差保護設備描述文件的初期配置，確保了遠景間隔擴建的順利實施。從智能變電站全工程設計周期角度，提出了針對不同工程階段的母差保護優(yōu)化設計方法和實施策略，降低遠景擴建調試的工作量，提升擴建工程的實施效率，為智能變電站工程設計和建設實施提供參考。

關鍵詞：智能變電站? 母差保護? 管理控制

中圖分類號：TM63 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2020）02（a）-0024-05

Abstract： Aiming at the? problems faced by the bus differential protection of smart substation in the process of prospect expansion， propose interval-oriented decoupling scheme， introduce the concept of sub-cyclical redundancy check， ensure the smooth implementation of long-term expansion by reasonably planning the initial IED capability description file. Optimal design method and implementation strategy for different engineering stages are proposed， which reduce the workload in the long-term expansion， enhance the implementation efficiency of the expansion project， and provide reference for the engineering design and construction of the smart substation.

Key Words： Smart substation; Bus differential protection; Contnd strategy

智能變電站中廣泛采用光纖替代控制電纜，克服了常規(guī)變電站過程層信息難以共享、設備接線復雜、維護工作量大等缺點，實現了過程層基礎信息的數字化通信，為站端高級應用開發(fā)提供了可能。為確保智能二次設備間的有序通信，首先要給設備配置虛端子和虛回路，這種“虛擬”的配置參數固化在智能變電站SCD模型中，具有不可視、不直觀的特點，不利于后續(xù)修改和擴展，給擴建工作帶來困難[1-2]。

隨著智能變電站大規(guī)模進入工程擴建周期，二次系統(tǒng)擴建接入問題得到了日趨廣泛的關注。相關研究主要涉及智能變電站SCD模型優(yōu)化集成及解耦技術[3]、可視化運維管控技術[4]、模型比對和校驗技術[5]、不停電擴建接入技術及策略等[6]。以上研究成果均聚焦于智能變電站某一特定場景下的技術或策略，未從變電站全工程設計周期角度形成系統(tǒng)、有效的解決方案，對智能變電站的初期工程設計和擴建實施策略的指導有限。因此，相關研究工作還有待進一步深化。

本文針對智能變電站母差保護擴建中所存在的問題，從全工程設計周期角度出發(fā)，統(tǒng)籌優(yōu)化在不同工程實施階段所采用的技術和策略，形成了切實可行的優(yōu)化設計方法和擴建實施策略，為智能變電站遠景擴建的順利實施提供支持。

1? 智能變電站母差保護擴建問題

結合近年來智能變電站的工程建設及運行情況，基于SCD模型的管控方式雖然能滿足二次系統(tǒng)功能集成應用的需求，但在后期變電站擴建過程中，卻暴露出一些問題亟待解決，主要體現在以下三個方面。

（1）智能變電站SCD模型文件內部耦合關系復雜，多種業(yè)務參數深度交互。在進行遠景擴建時，存在SCD模型“牽一發(fā)而動全身”的現象，給全站二次系統(tǒng)維護帶來困難。

（2）對于跨間隔的母差保護，在進行間隔擴建接入過程中必然要對保護設備的ICD文件進行升級，升級后的母差保護很難界定其過程層配置信息的改動范圍。由于風險不確定，在實際工程中，往往需要輪停試驗，不僅增加了調試工作量，也會影響到供電可靠性。

（3）當前智能變電站設計工作很大程度上沿襲常規(guī)變電站設計思路，僅從一次設備上考慮了遠景擴建的問題和難點，嚴重忽視了智能變電站二次系統(tǒng)特點，未預先采取必要的措施，間接導致了智能變電站二次系統(tǒng)在擴建過程中的諸多問題。

2? 面向間隔的SCD模型解耦方案

按照解耦原理，智能變電站SCD模型解耦方式主要有兩種：一種是物理解耦方式，將SCD文件物理上拆分為多個文件，針對拆分后的文件進行配置管理;另一種是邏輯解耦方式，SCD文件仍然作為一個整體，但將其配置數據從邏輯上分開，借助工具進行配置管理。考慮到物理解耦方式下，需要對配置文件版本的一致性和完整性進行維護，反而會增加SCD管理的難度，因此，目前一般采用邏輯解耦方式。

從變電站專業(yè)管理和遠景擴建需求出發(fā)，SCD文件的邏輯解耦主要有兩種實施方案，如圖1所示。

面向業(yè)務對SCD進行邏輯解耦：解析SCD文件，根據業(yè)務分類規(guī)則提取出業(yè)務相關配置數據，以分類業(yè)務數據視圖展現出SCD內容，通過分配業(yè)務權限來管理不同業(yè)務數據的瀏覽與修改，滿足不同業(yè)務的管理需要。

面向間隔對SCD進行邏輯解耦：解析SCD文件，根據間隔劃分規(guī)則提取出以間隔為單位的配置數據，根據一二次拓撲結構智能識別和管理跨間隔配置信息的關聯關系，擴建時通過鎖定或開放不同間隔配置數據以減少傳統(tǒng)無防范地直接修改SCD對已投運間隔模型造成誤改或錯改風險，滿足變電站改擴建時SCD文件變更的安全管控需求。

相比之下，面向業(yè)務的解耦思路優(yōu)勢主要體現在業(yè)務流程清晰，但由于各個間隔數據的耦合性較強，對于智能變電站的遠景擴建支撐較弱。面向間隔的解耦思路能夠把IED設備按照SSD文件的思想進行劃分，把屬于同一個間隔的設備進行分類，有利于變電站遠景擴建時清晰地劃分運行間隔和擴建間隔，進而提高擴建工程的實施效率、降低調試復雜度。

3? 母差保護配置文件管控方法

3.1 過程層CRC校驗碼

智能變電站SCD文件包含了所有的過程層配置信息，不僅有MAC地址、VID、APPID等報文頭信息，也包括發(fā)送數據集信息和接收虛端子信息。IED設備對這些信息按照一定規(guī)則提取、并計算其CRC校驗碼，用以描述該間隔的過程層信息。

國家電網企業(yè)標準《Q/GDW 1396-2012 IEC61850工程繼電保護應用模型》規(guī)定了過程層虛端子CRC校驗碼的生成規(guī)則，其流程如圖2所示。

目前國內主流二次廠商的新一代二次設備均已支持該功能，每一臺獨立IED（智能裝置）均能夠生成與之唯一對應的CRC校驗碼，用以描述其過程層配置信息。在互操作實驗中，已經證明此方法所反映的單IED設備過程層配置的唯一性。

3.2 母差保護過程層CRC校驗

按照國網1396文件的管控思想，對于保護專業(yè)關心的過程層設備的回路關系，可采用CRC校驗碼的方式來表述。然而，在描述母差保護的過程層回路關系時，這種方法缺少足夠的顆粒度，無法區(qū)分出多間隔過程層回路信息。例如，母差保護在進行間隔擴建接入時，雖然母差保護的CRC校驗碼發(fā)生了改動，但卻無法區(qū)分出具體改動在運行間隔還是擴建間隔，給母差保護的調試工作帶來風險，這也導致了在實際操作中，不可避免地要通過對運行間隔進行輪停試驗，不僅增加了調試范圍，也降低了供電可靠性。

為了解決上述問題，本文提出一種針對跨間隔保護的CRC子校驗碼的概念，即在現有CRC校驗碼生成規(guī)則基礎上，向下拓展顆粒度，將跨間隔保護的過程層信息按照對應間隔進一步劃分，并分別生成面向間隔的CRC子校驗碼，用以描述跨間隔保護的過程層配置信息，如圖3所示。

正常情況下，母差保護擴建間隔不會對運行間隔造成影響，只要運行間隔的CRC子校驗碼前后一致，則不再需要進行調試試驗。相反，若發(fā)現運行間隔的CRC子校驗碼不一致，則說明該運行間隔的過程層回路信息由于某些誤操作因素發(fā)生改變，需要重新核查ICD文件，并確保擴建調試工作的正確性。

3.3 基于遠景方案的母差保護ICD文件設計

對于智能變電站的擴建工程，一般在涉及一次設備擴建時，必然會進行停電，例如一次母線上加裝隔離刀閘或GIS耐壓試驗等。此時，二次設備的調試試驗可以配合進行。

隨著戶內GIS設備的廣泛應用，很多工程會結合變電站規(guī)劃方案，在本期將預留間隔的一次設備全部上齊，待遠景擴建時再新上二次設備。理論上，一次設備具備了不停電接入的條件，如若母差保護的接入調試也能夠避免輪停試驗，將能夠實現智能變電站的不停電擴建。

為實現不停電接入，母差保護在設計初期就應提前做好端口預留，以便保證在遠期擴建間隔接入時，不但可以順利地與新上設備進行交互，而且確保新上間隔不會對運行間隔造成影響，減少調試工作量。考慮到母差保護對應間隔較多，其過程層SV和GOOSE數據集存在訂閱順序問題，為避免遠期新上設備接入影響母差保護中運行間隔的數據訂閱順序，需要在本期工程中將母差保護的ICD配置文件按照遠期規(guī)模設計，并預留出足夠的SV、GOOSE接入端口。需要指出，在本期工程中預留母差保護數據接入端口會造成設備發(fā)出數據斷鏈告警，該信號并不會對母差保護的正常運行造成影響，可以通過設置軟件隔離的方法加以解決。

4? 母差保護擴建接入優(yōu)化實施策略

結合前文所述，在智能變電站建設初期，采用基于遠景方案的母差保護ICD文件設計，為擴建間隔配置GOOSE接收、GOOSE發(fā)送、SV接收的鏈路關系，預留APPID、MAC地址等內容。在遠景間隔擴建時，采用母差保護過程層CRC子校驗碼來縮小調試工作范圍，甚至實現母差保護的不停電接入，提高供電可靠性。

下面以某220kV工程為例進行說明。圖4所示為某220kV智能變電站擴建線路間隔示意圖，220kV已有出線4回，本期擴建1回，其中，PL為線路保護，PE為母聯保護，PM為母差保護，IL為智能終端，ML為合并單元。

擴建2215間隔，需要增加的二次設備包括：線路保護，智能終端和合并單元。其中，線路保護需要接收合并單元和智能終端的信息，并能夠啟動母差保護的失靈。母差保護需要閉鎖線路保護的重合閘，采集擴建間隔的電流信息，并接收智能終端的隔刀位置。所以對于母差保護來說，其SV、GOOSE接收均發(fā)生變化，而跳閘數據集如果在初期就按照最大化配置的話，則不會發(fā)生改變。

在智能變電站建設初期，如果母差保護的跳閘數據集未按遠景最大化配置，則跳閘數據集映射到每個出線間隔的訂閱順序就可能會發(fā)生改變，并影響到所有運行間隔的智能終端，造成母差保護面向各間隔的CRC子校驗碼發(fā)生改變，下一步將不可避免地要對運行間隔進行輪停試驗。本文所探討的優(yōu)化實施方案前提是母差保護ICD文件已在變電站工程初期就進行了合理規(guī)劃，并按照終期需求來配置。母差保護CRC校驗碼的生成邏輯如圖5所示。

在進行間隔2215擴建過程中，母差保護的CRC總校驗碼和面向擴建間隔2215線路的CRC子校驗碼發(fā)生了改變，而面向2211～2214線路間隔、母聯間隔和母線間隔的CRC子校驗碼不會變化。所以對于母差保護來說，可以確認間隔2215的擴建接入并未影響到運行間隔，可以不對運行間隔做試驗驗證，由此可以大幅減少調試工作量，甚至實現母差保護的不停電擴建接入。

5? 結語

本文針對智能變電站母差保護遠景擴建中所面臨的調試復雜問題，結合全工程設計周期，通過統(tǒng)籌優(yōu)化不同工程實施階段的設計方法和實施策略，形成了面向智能變電站遠景擴建的母差保護優(yōu)化管控策略，包括采用基于間隔的SCD模型解耦技術、面向跨間隔保護的CRC校驗技術、基于遠景方案的母差保護ICD文件設計等，并通過典型場景論述了擴建工程的具體實施策略。

作為解決當前智能變電站母差保護擴建問題的一種嘗試，該實施策略還存在流程較多、操作復雜等缺點，相信隨著智能變電站技術的不斷進步，其實用性和推廣性將進一步增強。目前，該方案已首次在天津地區(qū)智能變電站中得到試點應用。

參考文獻

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