文明　龍軍　周可

【摘 要】在電力系統(tǒng)中，繼電保護裝置是系統(tǒng)中必不可少的一部分，它針對電力系統(tǒng)的故障，促使整個系統(tǒng)能安全、正常的運行，有很重要的保護作用。隨著現(xiàn)代化、數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)已經(jīng)投入使用，它基于IEC61850標準，智能性、可靠性更好，已經(jīng)開始進入現(xiàn)代的變電站。

【關(guān)鍵詞】IEC61850；數(shù)字化變電站；繼電保護系統(tǒng)；可靠性

現(xiàn)代化的進程極大地推動了智能電網(wǎng)的建設(shè)，如今，電力系統(tǒng)對繼電保護的研發(fā)、可靠性等提出了更高的要求，因此，數(shù)字化變電站正在逐步取代傳統(tǒng)變電站。智能變電站的結(jié)構(gòu)、元件、技術(shù)等都與傳統(tǒng)變電站不同，智能化的繼電保護系統(tǒng)則是一種基于IEC61850標準的數(shù)字化系統(tǒng)，它既能保證繼保性能測試的實時性、準確性，也提高了工作人員的效率。

1 數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)簡介

繼電保護系統(tǒng)主要是為了處理電力系統(tǒng)中的事故，一旦電力系統(tǒng)發(fā)生故障，繼保系統(tǒng)會收集事故狀態(tài)的信息，迅速判斷和處理故障，并在事后分析這些問題。

與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站用光纖取代了電纜，以基于IEC61850標準的報文取代了傳統(tǒng)的模擬量輸入回路與開關(guān)量輸入輸出回路。數(shù)字化變電站基于IEC61850標準，建立起統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)通信平臺，使站內(nèi)智能化一次設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)化二次設(shè)備的數(shù)字化通信得以實現(xiàn)，并保證智能化二次設(shè)備之間具有互操作性。在這種情況下，繼電保護系統(tǒng)配合變電站，也轉(zhuǎn)變成了數(shù)字化的系統(tǒng)。在數(shù)字化的智能變電站中，繼電保護通過網(wǎng)絡(luò)，接收過程層設(shè)備發(fā)送的IEC61850-9-1（2）采樣數(shù)據(jù)包，然后依靠IEC GOOSE 進行開關(guān)量數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。[1]

2 智能變電站繼保測試系統(tǒng)的優(yōu)勢和原理

為了研究基于IEC61850標準的繼電保護系統(tǒng)的可靠性，有關(guān)人員開發(fā)了相關(guān)的測試系統(tǒng)。這種系統(tǒng)需要可以反映繼保裝置工作時的動態(tài)變化的仿真軟件。在變電站中，繼保接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)都是間隔層與過程層的智能電子裝置IECs通信的內(nèi)容，因此，相關(guān)的測試系統(tǒng)必須具備相應(yīng)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通信能力。簡單來說，測試用到的仿真軟件也必須能達到相應(yīng)數(shù)字仿真技術(shù)。

2.1 測試系統(tǒng)的優(yōu)勢

有關(guān)人員在測試繼電保護系統(tǒng)性能的時候，引入了具有自動化、網(wǎng)絡(luò)化功能的監(jiān)測工具，實行在線的自動化測試，以確保測試的實時和準確，并提高工作效率。這種測試系統(tǒng)不僅準確度高、可以在線監(jiān)測，而且可以重復(fù)測試，使得測試工作可以被追溯；它的方法比較成熟，能夠同步檢測多種功能，覆蓋的范圍也可以被擴展。此外，系統(tǒng)是由高級應(yīng)用軟件來自動分析、生成測試的任務(wù)和數(shù)據(jù)結(jié)果報告，這樣就降低了人為因素的干擾作用。

2.2 測試系統(tǒng)的原理

通過光纖網(wǎng)絡(luò)有機互聯(lián)的數(shù)字式光電互感器合并器，繼保系統(tǒng)可以得到IEC設(shè)備進行測控、保護、記錄事件等所需的標準信號。繼保系統(tǒng)過程層中的數(shù)字式光電互感器可以把采集到的系統(tǒng)運行時的模型信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字式采樣值，并以光纖量的形式，傳輸?shù)街悄芎喜卧?，?jīng)匯總和同步處理，再把數(shù)據(jù)打包校驗，集中發(fā)送到系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)。智能合并單元輸出的數(shù)字式光纖量采樣值是符合IEC61850-9-1（2）通信規(guī)約的。在繼保測試系統(tǒng)中，通過測試儀對應(yīng)開關(guān)量的輸入接點，保護動作信號會被輸入測試系統(tǒng)中，測試儀內(nèi)部有設(shè)置好的程序與判斷邏輯，可以對采樣數(shù)據(jù)信息進行實時分析，并對輸出量的幅值、相位等參數(shù)加以改變，以實現(xiàn)實時測試分析[2]。

3 系統(tǒng)試驗

3.1 搭建系統(tǒng)需要注意的問題

搭建系統(tǒng)時，首先要確保系統(tǒng)可以模擬智能變電站中繼保設(shè)備的外部特征，軟件要有足夠的仿真效果并能處理數(shù)字信息，具備實時性，整體系統(tǒng)的軟硬件之間可以較好地相互配合。建模時，在建模軟件的幫助下，測試人員應(yīng)進行一次系統(tǒng)建模，該過程根據(jù)需求，可以分為一次主接線建模及控制模塊建模，需要配置相應(yīng)的子系統(tǒng)，并建立操作面板，以方便控制一次系統(tǒng)中的潮流和設(shè)置故障。配置GOOSE信號時，也要配置相應(yīng)的文件。

建構(gòu)系統(tǒng)需要有適宜的網(wǎng)絡(luò)接口技術(shù)，通常采用的一種用于捕獲報文的相應(yīng)技術(shù)就是Winpcap編程。在Windows平臺下，它可以捕獲以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，對數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)分析，并進行數(shù)據(jù)包的發(fā)送和統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)流量。這一編程在工作時有固定的流程，并可以在需要時設(shè)置過濾數(shù)據(jù)包的條件。

同時，系統(tǒng)要具有可以解析報文的語言（如C語言），可以根據(jù)IEC61850的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義、基本編碼規(guī)則等來解析報文編碼，以便進行分析。此外，應(yīng)根據(jù)變電站的要求和實際情況來開發(fā)保護主程序，并使之與人機交互界面有良好的兼容性，以便提高系統(tǒng)的可視化程度和可靠性。

3.2 系統(tǒng)試驗

搭建好模型后，現(xiàn)在系統(tǒng)的專用PC機上導(dǎo)入描述變電站結(jié)構(gòu)及設(shè)備之間關(guān)系的文件，建立變電站系統(tǒng)的實時及歷史數(shù)據(jù)庫。之后，導(dǎo)入保護裝置的配置文件，這一文件相當于實際系統(tǒng)中的成套保護屏柜背面的端子排。有了這兩個文件，就可以盡可能地模擬出變電站的實際情況。

試驗過程中，為了更好地檢驗系統(tǒng)的性能，可以專門設(shè)置特定故障并進行母聯(lián)開關(guān)的失靈試驗，由于系統(tǒng)中的支路運行設(shè)計結(jié)構(gòu)不同，旨意在區(qū)間單一故障時不進行倒閘操作，就可以更清楚地分析故障波形。在經(jīng)過相應(yīng)的設(shè)置后開始試驗，觀察和比較故障時的波形圖。同時，保護程序會編碼計算結(jié)果，形成信號，報文也會返回配置信息。最終，比較所有得到的圖形、圖表，試驗人員發(fā)現(xiàn)各設(shè)備的動作行為可以準確的反映出故障特征和模塊之間的關(guān)系，具有較好的聯(lián)調(diào)聯(lián)式性能，也符合IEC61850的要求，可以在實際運用中提高供電的效率和可靠性[3]。

4 系統(tǒng)的實際試用情況

事實上，500kV崇左變電站已經(jīng)開始試用基于IEC61850的繼電保護系統(tǒng)，該系統(tǒng)被接入了站內(nèi)所有的繼電保護裝置。變電站內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是總線型，各保護小室的繼電裝置是以以太網(wǎng)的形式接入同一交換機，并能通過光電轉(zhuǎn)化把數(shù)據(jù)傳送到總控樓機房，之后數(shù)據(jù)被恢復(fù)成網(wǎng)絡(luò)信號，接入處理繼電保護信息的總交換機上，同時與遠方控制中心、總調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)。

IEC61850規(guī)約的核心是不同廠家的系統(tǒng)、設(shè)備使用同樣的信息模型，以達到更好的兼容性。變電站內(nèi)，各小室設(shè)處理保護信息的子站屏、交換機及其他相應(yīng)裝置，采取模塊化設(shè)計的系統(tǒng)軟件。模塊各自獨立，但又聯(lián)合起來，構(gòu)成完整的故障處理平臺。軟件可以與站內(nèi)的MIS、自動化等系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換。系統(tǒng)軟件的功能主要有：拓撲繪圖、故障分析、查詢故障信息、采集數(shù)據(jù)、子站通信服務(wù)、GPS對時、權(quán)限管理和數(shù)據(jù)庫管理維護。

整個系統(tǒng)的工作過程大致為：現(xiàn)有設(shè)備層的模塊采集信息，輸入間隔層，根據(jù)IEC61850規(guī)約進行轉(zhuǎn)換。之后，轉(zhuǎn)換后的信息/數(shù)據(jù)進入站控層，相應(yīng)的模塊進行信息處理和存儲，最后向應(yīng)用層上傳信心，進行在線監(jiān)控并顯示分析結(jié)果。

在實際的運行中，盡管還有一些問題和不足，系統(tǒng)與保護設(shè)備、錄波設(shè)備的接口良好，可以順利進行查詢設(shè)備信息、召喚定值等功能，與遠方控制中心和南方總調(diào)數(shù)據(jù)網(wǎng)較好配合，共同實行對變電站的管理和監(jiān)控，實現(xiàn)故障的及時處理[4]。

5 結(jié)束語

在電力系統(tǒng)中，IEC61850的作用越發(fā)重要，并被逐漸推廣到實際，應(yīng)用與繼電保護系統(tǒng)，但IEC61850還處于初步開發(fā)階段，盡管比傳統(tǒng)變電站更具優(yōu)勢，提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性，但也存在問題，因此，還需要繼續(xù)進行測試，充分發(fā)掘IEC61850的價值。

【參考文獻】

[1]劉世明，李蔚，岳增輝.基于IEC61850的繼電保護純軟件測試系統(tǒng)[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報，2010，01：43-48+53.

[2]趙春利.基于IEC61850標準數(shù)字化變電站繼保測試系統(tǒng)研究[J].硅谷，2012，15：85-86.

[3]宋杰，靳希，鮑偉，崔德義，寧科，李廣躍，孫嘉，紀元.基于IEC61850的智能繼電保護裝置協(xié)同測試系統(tǒng)的研究[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2012，05：59-63+68.

[4]賈筱瑩.基于IEC61850規(guī)約的500kV變電站繼電保護與故障信息處理系統(tǒng)[J].電力信息化，2010，04：55-57.

[責任編輯：王偉平]