馬進(jìn) 徐昀

摘要：宜興220kV廣匯變是江蘇省電力公司按國家電網(wǎng)公司最新《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范》（Q/GDW_678-2011）實(shí)施的首座智能變電站，該文以系統(tǒng)集成商的角度，首先對該站自動化系統(tǒng)的總體特點(diǎn)進(jìn)行了簡單介紹，然后對包括過程層組網(wǎng)模式、基于一體化信息平臺的智能告警和故障信息綜合分析決策功能等工程實(shí)施亮點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)論述，展示了智能變電站系統(tǒng)集成的一種解決方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站；61850；GOOSE；SV；直采直跳；智能告警；故障信息分析決策

中圖分類號：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2012)18-4479-03

1工程概況

宜興220kV廣匯變是江蘇省電力公司第2座220kV智能變電站，也是江蘇省按國家電網(wǎng)公司最新《智能變電站一體化監(jiān)控系統(tǒng)功能規(guī)范》（Q/GDW_678-2011）實(shí)施的首座智能變電站，該站于2011年12月31日順利投運(yùn)。北京四方繼保作為宜興廣匯變的系統(tǒng)集成商，積極履行集成商職責(zé)，和江蘇省電科院緊密配合，全程主導(dǎo)了該工程的實(shí)施。

宜興廣匯變220kV為雙母接線，4回220kV線路，采用GIS組合電器，戶內(nèi)布置；110kV部分也是雙母接線，8回110kV線路，采用GIS組合電器，戶內(nèi)布置；10kV部分為單母分段接線，共4段母線，35個間隔，采用開關(guān)柜，戶內(nèi)布置；2臺180MVA的主變壓器，戶外布置。

2自動化系統(tǒng)總體特點(diǎn)

宜興廣匯變自動化系統(tǒng)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，其主要特點(diǎn)是：全站的間隔裝置（包括繼電保護(hù)裝置、測控裝置、故障錄波器等）均采用IEC61850標(biāo)準(zhǔn)和站控層的監(jiān)控機(jī)、遠(yuǎn)動機(jī)等進(jìn)行實(shí)時通訊；采用智能終端開關(guān)場就地安裝的方式實(shí)現(xiàn)開關(guān)、刀閘等信號及操作的反饋；采用合并單元就地安裝方式實(shí)現(xiàn)模擬量信號的上送；全站繼電保護(hù)裝置和故障錄波器采用GOOSE傳輸跳閘和保護(hù)信息；全站測控裝置采用GOOSE傳輸橫向的五防聯(lián)閉鎖信息；全站MU采用SV向保護(hù)和測控裝置傳輸模擬量采樣信號。由于全面采用了GOOSE和SV技術(shù)，大大節(jié)省了全站的控制、信號和測量電纜，減少了變電站的土地占用面積，減輕了現(xiàn)場安裝、調(diào)試和維護(hù)工作量。

宜興廣匯變自動化系統(tǒng)采用了智能變電站標(biāo)準(zhǔn)的三層式系統(tǒng)架構(gòu)，全站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

需要特別說明兩點(diǎn)：第一，220kV和110kV的智能終端及合并單元下放于GIS匯控柜安裝。第二，220kV電壓等級智能終端和合并單元是雙套配置，冗余配置的兩套保護(hù)裝置各自接一套智能終端和合并單元；單套配置的測控裝置，其GOOSE直跳口冗余地接了兩套智能終端，而其SV口只接第一套合并單元。

宜興廣匯變智能站在原數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上，通過高級應(yīng)用功能的實(shí)施和一體化信息平臺的建設(shè)，優(yōu)化了信息采集和交互的方式，有效地整合了全站信息資源，提高了變電站的資源優(yōu)化配置，構(gòu)建了具有信息化特征的一體化平臺。我們根據(jù)用戶日常運(yùn)行維護(hù)的實(shí)際需要、本著高效實(shí)用的原則，在一體化信息平臺的多種高級應(yīng)用功能中有重點(diǎn)地突出了一鍵式程序化控制、智能告警、故障信息綜合分析決策和在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)整合這幾個功能。

3自動化系統(tǒng)亮點(diǎn)

3.1過程層“直采直跳”模式和組網(wǎng)模式的有機(jī)結(jié)合

在早期的數(shù)字化變電站中，過程層都采用交換機(jī)組網(wǎng)的方式來進(jìn)行GOOSE和SV采樣值報文的傳輸。在這種模式中間隔層的保護(hù)、測控裝置、過程層的智能終端和合并單元只需具備2個互為冗余的GOOSE網(wǎng)口和1個SV網(wǎng)口即可，對裝置通訊能力的要求相對較低；由于GOOSE報文對傳輸?shù)目焖傩杂泻芨叩囊螅ā?ms），而SV報文的流量又很大（以國網(wǎng)規(guī)定的每周波80個采樣點(diǎn)、12個模擬量通道為例，1個合并單元每秒的報文流量=159字節(jié)* 8bit/字節(jié)* 50周波/秒* 80幀/周波=5.088Mbit/秒），因此通訊壓力主要集中在過程層交換機(jī)上，需要交換機(jī)具備很強(qiáng)的傳輸優(yōu)先級設(shè)置、QoS、VLAN、GMRP等網(wǎng)管功能和很高的穩(wěn)定性及可靠性，這一方面使得業(yè)主在交換機(jī)方面的投資居高不下，另一方面廠家需對交換機(jī)進(jìn)行比較復(fù)雜的配置、不利于今后的擴(kuò)建和維護(hù)。為改變這種情況，國網(wǎng)公司提出了過程層“直采直跳”的模式，即盡可能地取消過程層交換機(jī)，保護(hù)間隔層的保護(hù)測控裝置和過程層的智能終端及合并單元之間直接采用光纜直接一對一的連接，該模式徹底消除了交換機(jī)這個中間環(huán)節(jié)可能造成的通訊延遲、不穩(wěn)定等不利因素，提高了通信的可靠性，簡化了擴(kuò)建和后期維護(hù)的工作量。但在以往的工程實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)“直采直跳”的模式也帶了新問題，就是裝置的光網(wǎng)口數(shù)量過多（尤其是母差保護(hù)和站域保護(hù)，最多的到達(dá)近40個光網(wǎng)口），發(fā)熱明顯增加，需加大功率的電源，這將縮短裝置的使用壽命；同時現(xiàn)場需敷設(shè)大量的光纜，增加了現(xiàn)場施工工作量，為此我們覺得應(yīng)該把“直采直跳”模式和組網(wǎng)模式有機(jī)地結(jié)合起來。在宜興廣匯變中我們進(jìn)行了這方面的嘗試，具體方案為：由于SV報文流量較大，不宜經(jīng)過交換機(jī)，仍采取“直采”模式；保護(hù)裝置到操作箱的跳閘GOOSE信息、保護(hù)裝置到故障錄波器的啟動GOOSE信息等對傳輸時間有嚴(yán)格要求，也仍采取“直跳”模式；而保護(hù)裝置之間、保護(hù)裝置和備自投等自動裝置之間的閉鎖GOOSE信息，智能終端上送給保護(hù)裝置的位置及其它信號的GOOSE信息，以及保護(hù)裝置和智能終端給報文記錄儀監(jiān)視用的GOOSE信息等，對傳輸延時并沒有太高的要求，這些信息我們就采用了交換機(jī)組網(wǎng)的模式，這樣就有效地較少了裝置的光網(wǎng)口數(shù)量，有效降低了裝置的發(fā)熱量。

3.2和低壓測保裝置配合的低周低壓減載裝置

宜興廣匯變采用了智能化的低周低壓減載裝置，該裝置通過點(diǎn)對點(diǎn)方式，接收220kV及110kV合并單元的SV采樣值報文，計算并獲取220kV側(cè)及110kV側(cè)的電壓及頻率值，按裝置中的預(yù)定邏輯進(jìn)行分析判斷，當(dāng)需要切低壓側(cè)負(fù)荷時，發(fā)送GOOSE跳閘報文給相應(yīng)間隔的低壓測保一體裝置，借助低壓測保一體裝置本身的跳閘回路去實(shí)際出口，這體現(xiàn)了通過IEC61850標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的通訊，充分利用站內(nèi)其它裝置的資源，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的思路。

3.3基于一體化信息平臺的智能告警功能

傳統(tǒng)的告警功能是按照時序或按照類別顯示，前后告警信息無關(guān)聯(lián)性，無法給值班人員一個清晰的認(rèn)識。借助于智能變電站強(qiáng)大的一體化信息平臺和標(biāo)準(zhǔn)化的通訊網(wǎng)絡(luò)，可以將大量的告警信息，按變電站邏輯和推理模型、并充分結(jié)合運(yùn)行的需求，對信息進(jìn)行綜合分類管理和信號過濾，實(shí)現(xiàn)全站信息的分類告警功能；同時根據(jù)告警信息的級別，實(shí)行優(yōu)先級管理，方便重要告警信息的及時處理，有助于智能變電站應(yīng)對各類突發(fā)事件，這就是智能告警功能的實(shí)質(zhì)。宜興廣匯變一體化信息平臺中的智能告警模塊的構(gòu)成及處理流程如圖2所示。

圖2智能告警模塊的構(gòu)成及處理流程

它主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

3.3.1告警歸類

智能告警的首要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)告警歸類。變電站中是以間隔為基本單元進(jìn)行檢修或故障處理的，一個間隔內(nèi)的信號具有相關(guān)邏輯關(guān)聯(lián)性，應(yīng)提供以間隔為單位的告警顯示。同時，一個間隔內(nèi)的告警信息也是多種多樣，一般可分為：時序、提示、告警、事故、檢修、操作幾個頁面，其中時序頁面顯示本單元的時序信號，而提示、告警、事故頁面分別顯示相應(yīng)級別的上送信號。具體來說，提示頁面放置上送的提示類信號，包括遙信變位信號、刀閘變位、裝置事件信號、就地操作、檔位信息等信號；告警頁面放置上送的告警類信號，包括裝置告警類信號、越限告警、交直流告警類信號；事故頁面放置上送的告警類信號，包括保護(hù)動作信號、事故跳閘類信號、事故總信號；檢修頁面顯示設(shè)備置檢修時相關(guān)信號；而操作頁面顯示設(shè)備處于操作狀態(tài)時所有相關(guān)信號。監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)收到遙信信號時將信號分別放入不同監(jiān)視界面中，同時進(jìn)行適當(dāng)智能化的處理工作，并將所有高級別信號打包送至事件分析程序。

3.3.2事件分析

針對重要事件，如SOE信號、保護(hù)信號、開關(guān)跳閘信號等作為故障事件的觸發(fā)點(diǎn)，根據(jù)故障推理算法推斷出具體的故障或異常設(shè)備，在推斷失敗的事況下轉(zhuǎn)入輔助事件分析過程。

基于保護(hù)、SOE、遙信信息的邏輯分析模塊是基于現(xiàn)有保護(hù)動作邏輯來進(jìn)行推理的，包含了多種智能邏輯算法，目前，包含了針對單相接地、相間短路、母線、重合閘、永久故障、瞬時故障等都有相應(yīng)的推理算法。

3.3.3輔助事件分析

在智能推理沒有得出結(jié)論的情況下，利用推理機(jī)對保護(hù)、SOE信息、開關(guān)信號進(jìn)行邏輯分析，結(jié)合故障推理知識庫，使用部分匹配推理法進(jìn)行推理，推斷出可能的故障類型及位置。

3.3.4故障驗(yàn)證

對于推斷出的故障，我們可對其正確與否進(jìn)行驗(yàn)證，這里我們采用“證真”的方式進(jìn)行，即讀取相應(yīng)的故障錄波數(shù)據(jù)，依據(jù)推斷出的故障類型（母線故障、主變壓器故障、線路故障等）調(diào)用相應(yīng)的保護(hù)算法進(jìn)行計算，再比較計算結(jié)果與事實(shí)是否相符，以此來驗(yàn)證推斷的正確性。

3.4基于一體化信息平臺的的故障信息綜合分析決策

在宜興廣匯變中，我們?nèi)∠藗鹘y(tǒng)意義上的保信子站，代之以基于一體化信息平臺的故障信息綜合分析決策模塊，取得了良好的效果。

當(dāng)站內(nèi)有保護(hù)動作時，故障信息綜合分析決策模塊自動收集一次、二次設(shè)備的信息，并進(jìn)行綜合故障分析處理，最終整理打包成故障報告，內(nèi)容包括故障設(shè)備名稱、故障時間、故障序號、故障區(qū)域、故障相別、開關(guān)動作信息、保護(hù)動作信息等。故障信息綜合分析決策模塊包含以下主要功能：

3.4.1故障信息綜合分析

故障信息綜合分析是系統(tǒng)通過預(yù)設(shè)定的條件對一次故障中采集到的多個二次設(shè)備、一次設(shè)備的所有相關(guān)數(shù)據(jù)（包括保護(hù)事件、錄波、SOE、故障參數(shù)等）進(jìn)行分門別類，最終將一次故障的所有相關(guān)數(shù)據(jù)篩選打包，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合故障診斷綜合分析。對電網(wǎng)在一次故障過程中產(chǎn)生的故障信息的組織模型及處理過程，包含以下幾個步驟：

①收集保護(hù)動作事件、錄波數(shù)據(jù)等信息，形成保護(hù)詳細(xì)的裝置動作報告。

②收集開關(guān)變位上送的帶時標(biāo)的SOE信息，形成詳細(xì)的一次設(shè)備信息報告。

③收集錄波器產(chǎn)生的錄波文件、錄波HDR文件等數(shù)據(jù)生成集中錄波報告，其中錄波HDR文件是按國網(wǎng)要求組織的故障簡況XML文件。

3.4.2故障設(shè)備診斷分析

在收集的故障信息基礎(chǔ)中，根據(jù)時間、空間拓?fù)涞刃畔?，進(jìn)行故障設(shè)備診斷分析，在保護(hù)動作報告、集中錄波報告、一次設(shè)備信息報告的基礎(chǔ)上組織成面向一次設(shè)備的電網(wǎng)故障報告。整體電網(wǎng)故障報告按如下層次結(jié)構(gòu)表示：

將故障信息按不同的顯示模板定義進(jìn)行顯示，可以展示給不同運(yùn)行人員。在此基礎(chǔ)上，對保護(hù)行為、開關(guān)行為進(jìn)行評價，如：保護(hù)動作重合閘失敗、開關(guān)拒動失靈保護(hù)啟動，保護(hù)動作正確、保護(hù)誤動等。

3.4.3故障錄波數(shù)據(jù)離線分析

故障錄波數(shù)據(jù)離線分析的具體功能如下：

①各種兼容格式的COMTRADE文件的讀取、轉(zhuǎn)換。

②支持同時多文件通道錄波信息的抽取讀入。

③通道（含模擬量通道和信號量通道）的排列、顏色應(yīng)可設(shè)定。

④時間坐標(biāo)可無極縮放，每個通道的幅值坐標(biāo)可無極縮放。

⑤波形同步，即不同錄波文件的波形可放在同一畫面內(nèi)，進(jìn)行相位幅值比較操作。

⑥在波形顯示工具中，可以進(jìn)行各種故障分析，包括根據(jù)采樣點(diǎn)繪曲線圖、向量圖的繪制、阻抗軌跡繪制。

⑦矢量分析，諧波分析，頻率分析，視在功率、有功功率、無功功率計算。

⑧具備公式編輯功能。

⑨提供基于錄波文件分析的故障簡報，包括：故障元件、故障起始時間、故障持續(xù)時間、故障相別、故障類型、重合閘動作情況，故障前后一個周波的模擬量，測距結(jié)果；開關(guān)量變位信息SOE提取功能。

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