基于智能变电站的继电保护检测和调试分析

基于智能变电站的继电保护检测和调试分析
智能变电站是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。

本文主要就智能变电站的继电保护检测和调试进行分析讨论。

标签：智能变电站;继电保护;检测调试
一、智能变电站的二次回路架构和可视化技术分析
智能变电站的典型网络结构为“三层两网”，其中“三层”是指站控层、间隔层和过程层，“两网”是指站控层网络和过程层网络。

站控层主要包括后台监控系统、远动系统、五防系统、保信子站等，间隔层主要包括保护装置、测控装置、计量装置、在线监测装置、网络分析装置等，过程层主要包括智能终端和合并单元。

站控层网络由站控层交换机组网，并负责站控层系统与间隔层装置的数据传输和通信，过程层网络由过程层交换机组网，并负责间隔层装置与过程层设备的数据传输和通信。

智能变电站的数据类型大致有MMS、GOOSE和SV三种，其中MMS用于站控层网络的通信，GOOSE和SV用于过程层的数据传输。

智能变电站典型网络结构如图1所示。

智能变电站中，SCD文件可视化管理系统需要通过典型的SCD文件或运行设备的配置文件提高系统的可读性，检查系统并进行对比，合理评估检修的策略，并将其作为文件的处理结果，从文件中获取编辑、存储功能并检查检修图纸以及生成的报告，这些都被称为可视化操作功能。

此外，SCL是智能变电站中的标准语言，SCD文件符合SCL规范，是一种唯一配置的文件。

SCD文件主要描述了变电站的一次系统结构以及IED的配置信息，对访问点的位置进行通信访问以及所有IED信号之间的联系，SCD文件中，信息头主要用于识别SCD文件的配置版本以及有关信号之间的映射;变电站描述主要是对变电站的功能以及拓扑结构进行描述;IED描述是对IED的配置以及功能进行描述，包含了访问点、设备以及节点等信息;通信系统描述主要是通过逻辑总线描述网络通信之间的连接，分析逻辑总线以及IED访问点之间的关系;数据类型模板主要描述了SCD文件中的类型以及属性。

二、智能变电站IEC61850标准的机制
IEC61850标准的核心主要体现在自我描述的功能，利用变电站配合文件实现描述，定义抽象通信的服务接口，在通信技术方面能够达到独立的功能，并根据功能划分不同的节点，用逻辑设备表示抽象物理设备。

IEC61850标准主要采用采样值（SV）描述电流与电压，SV支持的传输方式是网络数据，因为在每一个以太网数据帧之前都有前导字节，并且在以太网数据帧之间还会插入其他字节，用IEC61850进行数据的分析，如果IED输出的采集数据采样率为256点/周波，频率为50Hz，则数据的流量为12.4Mbit/s，如果不是256点/周波，则报
文中只含有1个采样点数据。

采用IEC61850标准格式最大的优点就是能够自由配置通道的个数，但是数据帧的长度会在每个通道中增加两个字节，SV是一种时间驱动的通信方式，因为通信的原因容易造成报文的丢失或者是发送失败。

另外，GOOSE指的是面向通用对象的变电站事件机制，具有优先级控制功能，提供高效率实现IEC之间的直接通信，当事件发生后，GOOSE的间隔时间会连续发送2次信息，按照T=2N×s（N=0，1，2，3，…，s=1 ms）的方式发送N 遍并一直重复。

三、基于IEC61850标准的智能变电站继电保护检测
1、通过合并单元进行检测。

根据目前智能变电站交流采样的模式分为电子式互感器以及常规互感器两种，因为电子式互感器的技术还不成熟，因此在智能变电站中普遍采取的是模拟式合并单元。

合并单元的主要功能就是对电子式互感器传输的数据进行解码，并发送给监控保护装置，如图2所示。

合并单元自动检测功能能够对装置中的硬件以及错误通讯自行判断，当发生电源的中断、异常时能够发出报警信号，并在采样异常的情况下将参数设置成00000001，当保护装置收到合并单元的数据后发出报警信号，按照合并单元提供的数据进行运算，避免A/D采样环节的过程中出现异常，结合实际情况进行分析，合并单元本身的自动检测功能还不太完善，存在数据同时出现异常，自动检测仍然能够通过的现象，出现这种情况后就需要判断数据的有效性。

2、通过等比差的方式进行检测。

通过冗余通道对比检测，合并单元输送保护装置电气量，通过互相比较可以判断出部分的异常，比如三相电流和零序电流之间的联系。

如果对每一个电流和电压的回路都设置一个通道，则所有的量都能够在同一时间进行采样，每一次的采样为k，需要满足以下条件：
公式（1）提供了判断采样值是否满足条件的依据，如果发现多次不符合该公式，需要判断数据采样环节是否存在异常，及时进行修复。

智能变电站继电保护装置需要依赖合并单元判断采样的数据是否有效，但是合并单元本身并不具备完全的自检功能，继电保护装置需要对合并单元进行进一步的判断，针对电子式电流互感器的特点提出一种能够比较采样值检测异常的方法，但是数据处理的时间比较长，无法满足快速保护的要求，为了满足相关的要求，提出了一种基于采样值等比差的数据判断方式。

设x为区间内的一点，x+Δx为区间上的另一点，Δx>0，得出公式（2）：
3、模型匹配自動检测。

传统的变电站继电保护装置采用的安全方式是短接电流的回路，断开交流电压与回路压板，并采用专用继电保护测试仪器进行测试，通过人工的方式进行测试。

而智能变电站继电保护测试分为合并单元、保护装置以及智能终端，前两项主要采用测试仪加报文组成，保护装置的测试主要通过传统的模拟量输出仪器进行。

相比传统的继电保护测试，智能变电站继电保护在测试的过程中也会出现一些问题，比如测试的设备对人员的要求较高，很多与运行有关的参数需要通过人工完成;工作量较大，保护装置的不同逻辑测试需要重新设置时，测试的工作量大，容易出现漏测的问题，在没有智能终端测试的情况下需要人工判断GOOSE报文的正确性。

四、智能变电站继电保护调试技术
1、定值检验。

首先检查压板的配置信息，除了检查远方操作的压板以及硬压板外，其他的压板需要采用软压板，投入检修压板后，需要监视GOOSE报文以及装置面板的显示，通过装置参数以及文件，保护上送带的位置信息，当面板指示灯或者界面有明显的数据显示时，在检修压板时下装并采用闭锁保护，然后退出检修压板，监视GOOSE报文以及装置面板的提示信息，进行装置参数以及其他相关的操作，如果面板的指示灯以及界面恢复正常，参数和配置文件不能进行安装。

对GOOSE出口软压板进行检验，需要投入出口软压板，并保护元件配置和动作，监视正确的GOOSE報文;退出出口软压板，保护元件，监视GOOSE 报文，当监视到正确的没有跳闸的GOOSE报文时，需要监视压板的状态是否正确。

投入SV接收软压板，并加入SV的模拟量，当对应的模拟量显示为正确时，需要断开对应的通信接口，保护装置并发出告警信息;退出SV接收软压板加入SV模拟量，保护没有对应的模拟量，断开间隔的通信接口，保护装置并发出告警信息。

当开入GOOSE软压板时，投入和退出软压板，并监视软压板的状态。

2、精度检验。

对装置SV报文接收的性能进行检测，模拟SV报文的SVID、APPID等参数的变化，对保护装置的功能进行正确显示，根据接受到的报文以及采样值的配置信息判断报文配置的一致性，并发出相应的报警信号;模拟SV报文的时间变化，保护装置并监视采样值，当超出保护装置的范围或，报警并关闭保护功能;模拟SV报文对应中Validity字段的变化，接收的一方需要争取识别并做出正确的反应。

模拟合并信号与装置之间的信号，当通信中断后，保护装置需要根据相应的信号做出反应，并发出警告信号，当通信恢复之后，对装置信号进行保护并自动返回，使保护功能能够恢复正常。

五、小结
总之，智能变电站的自动化运行符合IEC 61850通用标准，具有一定的规范化智能系统，其中继电保护的反事故特点确保了变电站智能化的自动运行处于正常状态，而继电保护调试的有效性在智能变电站运行中起到了不可替代的故障提示及变电站设备保护等作用，实现了继电保护的灵敏性、可靠性及实效性，最终通过继电保护的调试保障了智能变电站的正常运行，确保了人们生产、生活用电的安全性和稳定性。

参考文献
[1] 周健，高晓军，刘大伟.智能变电站继电保护调试方法及其应用探析[J].中国电业（技术版），2017（4）.
[2] 陈彩凤.智能变电站继电保护调试方法及其应用探析[J].企业技术开发，2014（23）.
[3] 黄志成.智能化变电站继电保护调试研究及应用[J].机电工程技术，2016（12）.。