楊荊宜 彭芝萍

(1.哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.國(guó)網(wǎng)宜昌供電公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，湖北 宜昌 443001)

基于IEC61850的智能變電站測(cè)試及故障處理研究

楊荊宜1彭芝萍2

(1.哈爾濱工程大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001；2.國(guó)網(wǎng)宜昌供電公司電力經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所，湖北 宜昌 443001)

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用就是使變電站系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化的過(guò)程。這一過(guò)程使智能變電站賦予了新的工作內(nèi)涵，也對(duì)智能電網(wǎng)檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與驗(yàn)收工作提出了全新的要求和規(guī)范，這不僅需要根據(jù)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試和驗(yàn)證系統(tǒng)中的硬件、軟件，還需對(duì)系統(tǒng)中使用設(shè)備的配置文件、系統(tǒng)數(shù)據(jù)和信息模型文件進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證，但更重要的是必須測(cè)試這些設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的性能，對(duì)整站進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，并對(duì)故障進(jìn)行處理。

IEC61850;智能變電站；現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

1 引言

智能變電站的特點(diǎn)是“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，設(shè)備對(duì)象模型化”，這與常規(guī)變電站有著顯著的差別。這使得常規(guī)的變電站設(shè)備的調(diào)試方法在智能變電站中不再適用，同時(shí)智能變電站的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和性能測(cè)試也有著新的特點(diǎn)。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用使單個(gè)設(shè)備與其他設(shè)備的關(guān)聯(lián)性日益緊密，對(duì)智能變電站設(shè)備的測(cè)試，僅停留在單裝置的單元測(cè)試是不夠的，不考慮變電站系統(tǒng)級(jí)測(cè)試就無(wú)法檢測(cè)裝置間以及整個(gè)變電站系統(tǒng)的功能和性能。隨著智能變電站的運(yùn)行、維護(hù)的安全、穩(wěn)定要求被越來(lái)越重視，迫切需要從全站角度來(lái)探索對(duì)設(shè)備的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試手段、相應(yīng)的測(cè)試方法。

本文對(duì)基于IEC61850的一致性測(cè)試，出廠測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行了分析和總結(jié)，并以220kV夷陵智能變電站改造工程為依托對(duì)工程測(cè)試當(dāng)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行分析并提出相應(yīng)的解決辦法。

2 智能變電站測(cè)試的方法

智能變電站測(cè)試分為集成測(cè)試以及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。集成測(cè)試的概念最早由軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)引入，電力系統(tǒng)引入集成測(cè)試是從調(diào)度軟件開(kāi)始的。集成測(cè)試之前先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行組態(tài)配置，然后對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行單體調(diào)試，單體測(cè)試滿足要求后還要對(duì)相關(guān)設(shè)備組成的分系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，因?yàn)樵O(shè)備在進(jìn)行單體測(cè)試時(shí)可能誤差滿足要求，但組成分系統(tǒng)后各個(gè)模塊誤差累計(jì)可能就會(huì)超出規(guī)范要求。

2.1 宜昌夷陵站組態(tài)配置過(guò)程

夷陵智能變電站SCD配置過(guò)程主要由以下幾部分：

(1)收集全站IED的ICD配置文件，確認(rèn)準(zhǔn)確無(wú)誤后，填寫廠站ICD信息表。

(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的文件定義全站所有二次裝置的作用，填寫《變電站二次設(shè)備定義》表，自動(dòng)生成IED名，并導(dǎo)入ICD文件。

(3) 分配IED裝置SV、GOOSE、MMS控制塊，配置站控層網(wǎng)絡(luò)，為IED裝置分配SV、GOOSE組播地址，為IED裝置分配IP地址，配置虛端子。

(4)配置SCD文件。

(5)SCD文件下裝到各個(gè)IED生成實(shí)例化CID文件。

2.2 夷陵站GOOSE組播地址

MAC地址：夷陵站GOOSE控制塊的MAC地址字段為01-0C-CD-01-XX-XX，如220kV遠(yuǎn)雙線測(cè)控裝置GOOSE層MAC地址：01-0C-CD-01-00-01。

APPID：與MAC地址的末四位保持一致，如上例220kV遠(yuǎn)雙線測(cè)控裝置的APPID為0001。

夷陵站SV組播地址

MAC地址：夷陵站SV控制塊的MAC地址字段為01-0C-CD-04-XX-XX，如220kV遠(yuǎn)雙線測(cè)控裝置SV層MAC地址：01-0C-CD-04-00-01。

變電站測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室用臨時(shí)光纖搭建的系統(tǒng)，很多與一次設(shè)備相關(guān)的部分都是用模擬設(shè)備取代，這也是集成測(cè)試不足的地方?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)盡量保證回路的完整性，從源頭施加信號(hào)，在終端接收信號(hào)，否則的話測(cè)試工作給集成測(cè)試造成重復(fù)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，而且發(fā)現(xiàn)不了設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)工作中存在的問(wèn)題。

3 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段故障及處理

3.1 GOOSE通信中斷分析

(1)現(xiàn)象：夷陵變電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用雙以太網(wǎng)星型結(jié)構(gòu)，間隔層與站控層間MMS通信，間隔層各測(cè)控裝置之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)閉鎖通信，測(cè)試過(guò)程中，后臺(tái)監(jiān)控經(jīng)常報(bào)1號(hào)變壓器220kV側(cè)與1號(hào)變壓器10kV側(cè)GOOSE的A網(wǎng)、B網(wǎng)通信中斷與自動(dòng)恢復(fù)故障。

(2)測(cè)試：為確定故障原因，采用移動(dòng)記錄分析儀在變電站進(jìn)行測(cè)試。首先將后臺(tái)1的A網(wǎng)、后臺(tái)2的A網(wǎng)、遠(yuǎn)動(dòng)1的A網(wǎng)和遠(yuǎn)動(dòng)2的A網(wǎng)鏡像到交換機(jī)端口，并將移動(dòng)記錄分析儀網(wǎng)絡(luò)監(jiān)聽(tīng)口連接到交換機(jī)端口。利用移動(dòng)式報(bào)文分析儀在線監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)1號(hào)變壓器10kV測(cè)控裝置發(fā)送的報(bào)文stNum與sqNum變化錯(cuò)誤，上一幀報(bào)文為(1,222397)，下一幀報(bào)文為(1,222399)，丟了一幀心跳報(bào)文。接收端判斷通信中斷的標(biāo)準(zhǔn)為在兩倍的Time Allowed to Live時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到任何報(bào)文，就判斷為通信中斷。由于1號(hào)變壓器220kV側(cè)測(cè)控裝置設(shè)置的Time Allowed to Live時(shí)間為10s。

(3)分析：利用移動(dòng)報(bào)文分析儀檢測(cè)220kV側(cè)測(cè)控裝置上送的MMS報(bào)文發(fā)現(xiàn)40、41信息發(fā)生變位，2s后復(fù)歸。通過(guò)SCD配置工具檢查220kV側(cè)測(cè)控裝置接收GOOSE數(shù)據(jù)集，檢查報(bào)告控制塊中40、41信息描述為“40∶1號(hào)變壓器220kV與1號(hào)變壓器10kV側(cè)GOOSE通信中斷，41：1號(hào)變壓器220kV與1號(hào)變壓器10kV側(cè)GOOSE通信恢復(fù)”。至此，可初步斷定誤報(bào)通信中斷的原因是1號(hào)變壓器10kV側(cè)測(cè)控裝置發(fā)送丟失一幀報(bào)文后，1號(hào)變壓器220kV側(cè)測(cè)控裝置GOOSE通信中斷判斷程序存在錯(cuò)誤。考慮到母差調(diào)試過(guò)程中，廠家修改過(guò)220kV側(cè)測(cè)控裝置配置文件，檢查220kV側(cè)測(cè)控裝置發(fā)送的報(bào)文，發(fā)現(xiàn)GOOSE報(bào)文中Time Allowed to Live時(shí)間均為4s。這就是說(shuō)在8s內(nèi)接收不到一幀報(bào)文，就會(huì)判斷為GOOSE通信中斷，當(dāng)10kV側(cè)測(cè)控裝置丟一幀報(bào)文時(shí)，相鄰兩幀報(bào)文間隔10s就超出了這個(gè)范圍，1號(hào)變壓器220kV側(cè)測(cè)控裝置就會(huì)誤報(bào)通信中斷。

(4)故障原因：由于廠家就地工程人員臨時(shí)修改了ICD中GOOSE報(bào)文Time Allowed to Live時(shí)間，而沒(méi)有及時(shí)修改回來(lái)，導(dǎo)致1號(hào)變壓器220kV側(cè)測(cè)控裝置GOOSE通信中斷判斷程序存在錯(cuò)誤。

3.2 MMS通信異常分析

(1)現(xiàn)象：夷陵變電站調(diào)試過(guò)程中，后臺(tái)監(jiān)控在聯(lián)調(diào)中發(fā)現(xiàn)部分間隔的遙信變位錯(cuò)誤，但上送調(diào)度遙信變位正常。

(2)測(cè)試：采用移動(dòng)記錄分析儀分析變電站故障原因，由于MMS通信基于TCP/IP，需要將后臺(tái)接口和遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)接口接入交換機(jī)進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)。

(3)分析：由于MMS客戶端對(duì)服務(wù)端報(bào)告控制塊信息上送方式采用定值方式，后臺(tái)監(jiān)控與測(cè)控裝置通信前，會(huì)有一個(gè)MMS初始化過(guò)程，在這個(gè)初始化過(guò)程中由后臺(tái)監(jiān)控對(duì)測(cè)控裝置的遙信觸發(fā)方式進(jìn)行設(shè)置，若初始化失敗，測(cè)控裝置的遙信變位就不能正常反映。分析后發(fā)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)測(cè)控裝置MMS初始化與遠(yuǎn)動(dòng)對(duì)測(cè)控裝置的MMS初始化采用相同的實(shí)例號(hào)，由于后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)滯后遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)例被遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)鎖定倒是后臺(tái)監(jiān)控測(cè)控裝置初始化出錯(cuò)。

(4)處理：修改后臺(tái)監(jiān)控對(duì)測(cè)控裝置報(bào)告控制塊的實(shí)例號(hào)，重新后臺(tái)監(jiān)控，檢測(cè)后臺(tái)監(jiān)控與測(cè)控裝置MMS通信初始化正常，進(jìn)行遙信變位試驗(yàn)，后臺(tái)監(jiān)控和調(diào)度主站都反映正常，故障消除。

4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段需要注意的問(wèn)題

受目前測(cè)試方案、測(cè)試工具的限制，以及測(cè)試人員對(duì)智能變電站的理解程度有限，夷陵智能變電站測(cè)試過(guò)程中還存在一些不足之處，認(rèn)真總結(jié)分析夷陵智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題，可以為今后智能變電站的調(diào)試工作提供一些借鑒和幫助。

(1)現(xiàn)場(chǎng)安裝與土建同時(shí)進(jìn)行時(shí)會(huì)對(duì)設(shè)備尤其是光纖造成污染甚至損壞，光纖的作用如常規(guī)變電站中電纜一樣，其重要性不言而喻。

(2)設(shè)計(jì)方、廠家和調(diào)試人員應(yīng)加強(qiáng)溝通，在對(duì)夷陵站1#主變中壓側(cè)間隔調(diào)試時(shí)，智能終端跳閘出口動(dòng)作，但是斷路器并沒(méi)有可靠跳閘。多次調(diào)試，并無(wú)結(jié)果，最后結(jié)合阿爾斯通廠家和設(shè)計(jì)方才找出問(wèn)題，原因是在操作回路中串入五防鎖位置不合理導(dǎo)致斷路器跳閘回路失效。

(3)夷陵變電站出于可靠性考慮，采用“常規(guī)互感器+合并單元”的采樣模式，使集成測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試都少了很大工作量。

(4)合理的測(cè)試方案、測(cè)試順序有待進(jìn)一步優(yōu)化，比如在夷陵變電站220kV線路間隔保護(hù)測(cè)試時(shí)，由于智能組件和保護(hù)裝置都是雙套配置，一開(kāi)始先驗(yàn)證單套智能組件的正確性，帶上開(kāi)關(guān)后也是逐套驗(yàn)證保護(hù)功能是否正常，同一個(gè)信號(hào)要進(jìn)行兩次驗(yàn)證，可以改進(jìn)為先統(tǒng)一對(duì)兩套智能組件進(jìn)行驗(yàn)證，正確后帶一次設(shè)備同一信號(hào)只用操作一次，在后臺(tái)可以同時(shí)觀察兩套設(shè)備明顯節(jié)省時(shí)間。

5 總結(jié)

國(guó)家電網(wǎng)公司提出建設(shè)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”戰(zhàn)略，智能變電站作為智能電網(wǎng)的重要支撐，其安全可靠運(yùn)行非常重要，對(duì)智能變電站自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行全面調(diào)試是其安全投入運(yùn)行的必要前提。

本文對(duì)夷陵變電站情測(cè)試況進(jìn)行了介紹，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試階段列舉了幾項(xiàng)與常規(guī)變電站測(cè)試有明顯區(qū)別的測(cè)試項(xiàng)目，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)應(yīng)用非常多的實(shí)時(shí)報(bào)文進(jìn)行分析，以夷陵變電站對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試為例，對(duì)遇到的問(wèn)題和需要注意的地方進(jìn)行重點(diǎn)說(shuō)明。此外，結(jié)合集成測(cè)試和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試遇到問(wèn)題和存在的不足，提出了適合智能變電站的保護(hù)IED測(cè)試平臺(tái)，并給出了測(cè)試平臺(tái)的功能模塊和測(cè)試流程。

[1] 劉穎.基于GOOSE的智能變電站通信網(wǎng)絡(luò)研究與應(yīng)用[D].西南交通大學(xué),2012.

[2] 侯曉鳳.基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)研究[D].上海交通大學(xué),2011.

[3] 劉海濤.新型變電站集控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)(河北),2010.

[4] 凌平,沈冰,周健.全數(shù)字化變電站系統(tǒng)的檢測(cè)手段研究[J].華東電力,2009,(6).

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Research on Test and Fault Treatment Based on the Intelligant Substation of IEC 61850

YANGJing-yi1,PENGZhi-ping2

(1.Automatin College of Haerbin Engineering University,Haerbin 150000,China;2.Electric Power Economic and Technical Institute of state Grid Yichang Power Supply Company,Yichang 443001,China)

The applicatin of IEC61850 is to make the substation system network and digitization.This process makes the intelligent substation give new work connotation and also propose all the new requirements and standards for the test field debagging and acceptance of the intelligent network.This not only needs the hardware and software according to the test and verification systems but also carry out the test and verification that the configuration docaments,system data and informatin model documents are used in the system.But it is more important to test the device performance in the network pperation and carry out system level test for all the substation and handle the faults.

IEC 61850;infelligent substation;field test

1004-289X(2015)03-0060-03

TM63

B

2015-03-10