盛獻(xiàn)飛，吳雪峰，周滔滔，周國(guó)慶

(金華電業(yè)局，浙江省金華市321001)

0 引言

電網(wǎng)的不斷發(fā)展和電力市場(chǎng)化改革的深入對(duì)電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和供電質(zhì)量的要求不斷提高，變電站作為輸配電系統(tǒng)的信息源和執(zhí)行終端，要求提供的信息量和實(shí)現(xiàn)的集成控制越來越多，數(shù)字化、信息化以及信息模型化的要求越來越迫切，數(shù)字化變電站成為變電站的發(fā)展方向［1］。500 kV芝堰變于2009年7月投入運(yùn)行，遠(yuǎn)景將與信安變、浙西核電或浙西特高壓等500 kV站點(diǎn)連接，在華東500 kV電網(wǎng)中占有重要的地位。它是目前國(guó)內(nèi)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用程度最深、實(shí)施范圍最廣、保護(hù)數(shù)字化程度最高的500 kV數(shù)字化變電站。

變電站一般都需要擴(kuò)建，對(duì)于數(shù)字化變電站繼電保護(hù)設(shè)備的擴(kuò)建接口工作，目前可借鑒的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)非常少。與以往常規(guī)變電站擴(kuò)建時(shí)電纜點(diǎn)對(duì)點(diǎn)聯(lián)系的清晰可見［2］不同，數(shù)字化變電站擴(kuò)建時(shí)，需要根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)，配置修改系統(tǒng)中使用的說明文檔、設(shè)備的配置參數(shù)文檔、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、信息模型文檔及系統(tǒng)和設(shè)備的配置文件等項(xiàng)目。每個(gè)智能電子設(shè)備(intelligent electronic device，IED)裝置能力描述文件(ICD)的增加或變動(dòng)，都將重新生成變電站配置描述文件(SCD)，然后導(dǎo)出IED配置描述文件(CID)進(jìn)行下裝。面向通用對(duì)象的變電站事件(generic object oriented substation event，GOOSE)采用網(wǎng)絡(luò)發(fā)布［3］，待聯(lián)調(diào)的檢修設(shè)備與其他運(yùn)行設(shè)備可能接入到同一臺(tái)交換機(jī)，在安全措施隔離上無(wú)法實(shí)現(xiàn)斷開光纖等直觀的安措隔離點(diǎn)。本文以芝堰變500 kV信安I線間隔擴(kuò)建為例，結(jié)合工程實(shí)際，對(duì)擴(kuò)建過程中新設(shè)備的安全措施以及調(diào)試方法中的難點(diǎn)進(jìn)行了深入的探討。

1 運(yùn)行現(xiàn)狀及實(shí)施難點(diǎn)

500 kV芝堰變GOOSE網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)為單星形網(wǎng)［4］，按出線、主變和母線間隔配置交換機(jī)，500 kV GOOSE網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。母線交換機(jī)每組母線設(shè)置1臺(tái)，掛在母線上的主變保護(hù)也接入母線交換機(jī)。中開關(guān)保護(hù)、智能終端及測(cè)控出2個(gè)GOOSE口分別接到同一串的2個(gè)間隔交換機(jī)。

采用此接線可避免間隔GOOSE報(bào)文經(jīng)過母線交換機(jī)，防止母線交換機(jī)故障引起間隔保護(hù)功能失去，并保證所有間隔交換機(jī)故障不影響其他間隔保護(hù)運(yùn)行。

圖1 500 kV GOOSE網(wǎng)絡(luò)Fig.1 500 kV GOOSE network

本次擴(kuò)建間隔為500 kV信安I線及5033開關(guān)，如圖2虛框內(nèi)所示。

圖2 擴(kuò)建示意圖Fig.2 Extension schematic diagram

數(shù)字化變電站中所有IED的GOOSE信息交互都是通過交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，變電站擴(kuò)建過程中一定會(huì)存在擴(kuò)建設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備的接口工作［5］，但GOOSE網(wǎng)絡(luò)因?yàn)榻ㄔO(shè)成本原因通常做不到交換機(jī)完全按間隔配置，若不采取措施，擴(kuò)建過程中必定會(huì)出現(xiàn)接口設(shè)備與其他運(yùn)行設(shè)備共網(wǎng)的情況［6］。而運(yùn)行設(shè)備的間隔與間隔之間報(bào)文一般通過虛擬局域網(wǎng)(VLAN)標(biāo)識(shí)進(jìn)行區(qū)分隔離［7］，這種完全依靠手動(dòng)配置且沒有物理斷開的隔離方式顯然不適用于擴(kuò)建間隔與運(yùn)行間隔的信息報(bào)文隔離。要保證擴(kuò)建設(shè)備接入運(yùn)行的GOOSE網(wǎng)絡(luò)完全消除擴(kuò)建過程中新安裝設(shè)備對(duì)運(yùn)行設(shè)備的影響，又要保證擴(kuò)建設(shè)備的試驗(yàn)完整性，這是數(shù)字化變電站擴(kuò)建中二次實(shí)施方案的難點(diǎn)。因此，制定可靠的安全措施及運(yùn)行調(diào)試方案是十分必要的。

2 安全措施

2.1 數(shù)字化站與常規(guī)站安全措施的區(qū)別

傳統(tǒng)變電站的安全措施主要是斷開二次回路，即斷開二次電纜之間的連接，從而達(dá)到徹底隔離的目的。而500 kV芝堰變?nèi)∠藗鹘y(tǒng)的二次電纜，大量采用了光纖網(wǎng)絡(luò)，GOOSE信號(hào)取代了原來的二次信號(hào)。且芝堰變只保留了1塊硬壓板，其余采用信息化的軟壓板，設(shè)備之間設(shè)置接收和發(fā)送軟壓板，有些信號(hào)僅設(shè)置了發(fā)送軟壓板。在此種技術(shù)條件下，如何實(shí)施安全措施，沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。按照傳統(tǒng)的模式，在需要執(zhí)行安全措施的相關(guān)回路上必須要有明確的斷開點(diǎn)［8］。然而保護(hù)裝置與外界的所有聯(lián)絡(luò)，包括電流、電壓回路，閉鎖、啟動(dòng)、跳閘等信號(hào)回路已不再是以往所熟悉的電纜回路了，保護(hù)與外界的所有聯(lián)絡(luò)僅通過光纖來實(shí)現(xiàn)。顯然，“短電流，斷電壓，拆跳閘”這樣的安全措施已不適合數(shù)字化變電站的實(shí)際情況［9］。

本次擴(kuò)建根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，實(shí)施了以下安全措施。

2.2 投入“裝置檢修”硬壓板

芝堰變所有IED均設(shè)有1塊“裝置檢修”硬壓板，“裝置檢修”壓板的投退狀態(tài)決定了GOOSE報(bào)文中Test位的狀態(tài):當(dāng)“裝置檢修”硬壓板Test位顯示為”TRUE”，退出時(shí)顯示為”FALSE”，所有設(shè)備只對(duì)與其檢修狀態(tài)一致的GOOSE報(bào)文作響應(yīng)，即當(dāng)本裝置處于“裝置檢修”硬壓板投入狀態(tài)時(shí)，只有Test位為“TRUE”的GOOSE報(bào)文會(huì)被識(shí)別和響應(yīng);“裝置檢修”硬壓板退出則只響應(yīng) Test位為“FALSE”的GOOSE報(bào)文。這樣，通過檢修硬壓板的投退，可以將接口設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備可靠地隔離。當(dāng)裝置檢修壓板投入時(shí)，裝置發(fā)送的GOOSE報(bào)文中的Test位應(yīng)置位;對(duì)于信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)送裝置或接收裝置中任何1個(gè)帶檢修位，則發(fā)出的信號(hào)帶檢修態(tài);保護(hù)跳閘時(shí)，只有在終端和保護(hù)裝置檢修態(tài)一致時(shí)，才能出口。遙控時(shí)，若通過測(cè)控裝置面板遙控，終端和測(cè)控裝置檢修態(tài)一致時(shí)，才能遙控成功;若通過后臺(tái)遙控，后臺(tái)通過對(duì)相應(yīng)間隔的掛牌操作，使對(duì)該間隔下發(fā)的報(bào)文也打上檢修標(biāo)志，后臺(tái)、測(cè)控、終端，三者檢修態(tài)一致時(shí)，才能遙控成功。

2.3 隔離GOOSE接收發(fā)送軟壓板

GOOSE發(fā)送軟壓板作為傳統(tǒng)保護(hù)硬壓板在數(shù)字化變電站中的替代手段，每塊軟壓板的投退控制著1條或多條GOOSE信息的變位與否，“發(fā)送軟壓板”作用于裝置的GOOSE報(bào)文發(fā)送環(huán)節(jié)，使“發(fā)送軟壓板”在分位的信息在報(bào)文中始終為“0”態(tài)。取下某保護(hù)的跳閘GOOSE發(fā)送軟壓板，則即使該保護(hù)動(dòng)作跳閘，發(fā)出的GOOSE數(shù)據(jù)集中的跳閘信息仍然不會(huì)變位。

同時(shí)還有“接收軟壓板”，其作用于裝置的GOOSE報(bào)文接收環(huán)節(jié)。例如取下母差接收某間隔啟動(dòng)失靈的GOOSE接收軟壓板，則即使收到該間隔啟動(dòng)失靈的GOOSE變位，裝置也不會(huì)進(jìn)行任何的處理。

2.4 GOOSE網(wǎng)絡(luò)的物理隔離

投入裝置檢修壓板和退出GOOSE接收發(fā)送軟壓板，這樣的安全措施的原理是控制發(fā)出GOOSE報(bào)文的特性使其不會(huì)影響到運(yùn)行設(shè)備。然而因?yàn)樵谶@一系列安全措施的執(zhí)行過程中無(wú)法看到明顯的物理隔離措施，其安全性顯然較以往安全措施中有明顯的開斷點(diǎn)有所下降。

擴(kuò)建過程中必定會(huì)出現(xiàn)接口設(shè)備與其他運(yùn)行設(shè)備共網(wǎng)的情況，因此傳統(tǒng)的回路斷開還是有存在必要的。在這里需要斷開保護(hù)裝置的GOOSE連接，從而在物理層將接口設(shè)備與運(yùn)行設(shè)備隔離，斷開GOOSE光纖的通訊回路。例如在5032開關(guān)保護(hù)試驗(yàn)時(shí)需將連接至5031開關(guān)智能終端的光纖及5031開關(guān)保護(hù)連至I母交換機(jī)的光纖斷開。

3 運(yùn)行調(diào)試方案

3.1 數(shù)字化站與常規(guī)站調(diào)試方法的區(qū)別

在以上完備的安全措施下進(jìn)行新設(shè)備的調(diào)試，需要保證二次試驗(yàn)的完整性。對(duì)于常規(guī)非數(shù)字化變電站，繼保規(guī)程規(guī)定二次電纜未改動(dòng)無(wú)需進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，而數(shù)字化變電站每個(gè)IED裝置ICD文件的增加或變動(dòng)，都將重新生成全站SCD文件，然后導(dǎo)出CID文件進(jìn)行下裝。工作中發(fā)生多次人為SCD配置錯(cuò)誤導(dǎo)致開入開出有誤的情況，因此在修改母差和5032保護(hù)等原運(yùn)行設(shè)備ICD時(shí)，無(wú)法保證原有開入開出的正確性，因此所有GOOSE輸入輸出均需重新驗(yàn)證。

對(duì)于調(diào)試方案，廠家建議不停一次設(shè)備，采用抓取報(bào)文仿真模擬方式進(jìn)行驗(yàn)證，但是在工作中發(fā)生母差模擬動(dòng)作時(shí)保護(hù)裝置面板顯示保護(hù)動(dòng)作，報(bào)文發(fā)出但實(shí)際并未動(dòng)作出口的情況。廠家經(jīng)分析后認(rèn)定報(bào)文完全正確，但無(wú)法解釋為何不會(huì)動(dòng)作。實(shí)踐證明抓取報(bào)文方式不可靠，必須采用停用一次設(shè)備的方式進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證，假如一次設(shè)備無(wú)法停役，采用停用保護(hù)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2 500 kV母差試驗(yàn)方案

對(duì)500 kVⅡ段母線差動(dòng)第1套、第2套保護(hù)參數(shù)下裝后進(jìn)行母差與5033、5032、5023、5013開關(guān)相關(guān)邏輯試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容見表1。

表1 500 kV母差試驗(yàn)方案Tab.1 Experimental program of 500 kV bus-bar protection

當(dāng)驗(yàn)證5023開關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)II母母差時(shí)，5023開關(guān)失靈保護(hù)同時(shí)跳運(yùn)行的5022開關(guān)并遠(yuǎn)跳3號(hào)主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。第1串同理，驗(yàn)證時(shí)要跳運(yùn)行的5012開關(guān)并遠(yuǎn)跳信安II線對(duì)側(cè)開關(guān)。運(yùn)行開關(guān)和線路遠(yuǎn)跳與停役設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)物理隔離。試驗(yàn)時(shí)需申請(qǐng)將3號(hào)主變保護(hù)及5011開關(guān)保護(hù)和信安II線保護(hù)及5012開關(guān)保護(hù)第1套與第2套輪流停役以配合試驗(yàn)。

3.3 5032開關(guān)保護(hù)

5032開關(guān)由邊開關(guān)轉(zhuǎn)為中開關(guān)后，對(duì)5032間隔(開關(guān)保護(hù)、智能終端、測(cè)控裝置)CID文件下裝后進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容見表2。

表2 500 kV 5032開關(guān)試驗(yàn)方案Tab.2 Experimental program of 500 kV 5032 breaker

當(dāng)驗(yàn)證5032開關(guān)失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)，會(huì)跳運(yùn)行的5031開關(guān)，并遠(yuǎn)跳蘭芝5803線開關(guān)。試驗(yàn)時(shí)需申請(qǐng)將5031開關(guān)改檢修、蘭芝5803線改檢修。

4 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化變電站是未來電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，是統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐［10］，對(duì)數(shù)字化站的擴(kuò)建工程將會(huì)越來越多。 本文介紹了數(shù)字化變電站擴(kuò)建中實(shí)施的3種安全措施，并詳細(xì)分析了保護(hù)的調(diào)試方案，解決了數(shù)字化站在擴(kuò)建過程中既確保安全可靠又確保實(shí)驗(yàn)完整性的問題。浙江500 kV芝堰變擴(kuò)建工程采用了上述方案，效果良好。

［1］睢鵬.富村數(shù)字化變電站二次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.天津:天津大學(xué)，2008.

［2］杜浩良，李有春，盛繼光.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字化與傳統(tǒng)繼電保護(hù)的比較［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(24):172-176.

［3］王銳，曹麗璐，楊東海，等.數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)化二次系統(tǒng)研究與應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(12):59-64.

［4］邱智勇，陳建民，朱炳銓.基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的500 kV三層結(jié)構(gòu)數(shù)字化變電站建設(shè)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(12):103-107.

［5］胡紹謙，杭劍文，王文龍，等.數(shù)字化變電站的間隔層連鎖擴(kuò)建方案研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(11):109-112.

［6］王文龍，劉音，代小翔，等.程序化操作變電站擴(kuò)建問題探討［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33(7):86-89.

［7］徐成斌，孫一民.數(shù)字化變電站過程層GOOSE通信方案［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2007，31(19):91-94.

［8］周國(guó)慶，邱子平，李賽丹，等.數(shù)字化變電站的實(shí)現(xiàn)及檢修模式探討［J］.浙江電力，2008，23(6):73-76.

［9］林松，王慶紅，劉然.數(shù)字化變電站狀態(tài)檢修技術(shù)［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(增刊):137-140.

［10］陳樹勇，宋書芳，李蘭欣，等.智能電網(wǎng)技術(shù)綜述［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(8):1-7.