1、基于 SCD 的智能变电站安措预演纠错系统设计 董国威 汪雷 宋毅 宋根华 毛玉荣 国网宣城供电公司 武汉凯默电气有限公司 摘 要： 目前智能变电站现有的二次安全措施票制定方法存在耗费精力大、制定不完善等问题, 易导致保护误动、拒动等情况的发生。对此, 基于智能变电站 SCD 文件和智能变电站检修机制对安全措施进行离线预演及自动纠错, 可以减少工作人员的劳动强度, 提高安全措施票制定的效率及可靠性, 对推进智能变电站标准化检修有着重要的意义。关键词： SCD 文件; 智能变电站; 安全措施; 预演纠错; 作者简介：董国威 (1987-) , 男, 硕士, 工程师, 研究方向为电力系统自动化。收
2、稿日期：2017-02-10基金：国网安徽省电力公司 2016 年科技项目 (AH16-FW-FZB002-026) Design of safety measures previously corrected system in the smart substation based on the SCD fileDONG Guo-wei WANG Lei SONG Yi SONG Gen-hua MAO Yu-rong State Grid Xuancheng Power Supply Company; Wuhan Kemov Electric Company Limited; Abstra
3、ct： The safety measures of the smart substation expend a lot of energy, and it is difficult to make perfect. The relay protection device takes places malfunction. This paper analyzed the connection mode in the SCD file, judged the maintenance mechanism in the smart substation, and designed the previ
4、ously corrected system. It reduces the workload of staff, improves the reliability of safety measures. It means a lot to advance the standard maintenance of smart substation.Keyword： SCD file; smart substation; safety measures; previously corrected system; Received： 2017-02-100 引言随着全球能源互联网的持续推进, 智能变
5、电站进入快速发展阶段。智能变电站是电网智能化的代表, 国家电网公司制定了 IEC61850 工程继电保护应用模型, 对智能变电站进行规范。智能变电站由合并单元、保护装置、智能终端等装置组成, 各装置之间通过光纤进行信息传递, 数字化的信号可以传递更多的信息量, 但也出现了常规变电站基于“明显电气断开点”的安全措施不再适用的情况。这给智能变电站的校验、扩建、改造等现场作业带来了较大的安全风险。目前, 在智能变电站改扩建工程中, 工作人员制定现场二次安全措施票需要耗费大量的精力, 同时安全措施制定不完善等情况时有发生。为此, 本文基于智能变电站 SCD 文件和智能变电站检修机制, 实现安全措施的离
6、线预演及自动纠错, 从而可以减少工作人员的劳动强度, 提高安全措施票制定的效率和可靠性。1 安措库安措离线预演是在实验室环境下, 通过虚拟变电站运行环境, 对变电站现场检修及改扩建将设置的安全措施进行验证, 检查安措设置过程中保护装置是否存在误动、闭锁的可能。安措预演必须解决安措库的生成问题, 安措库的生成是安措技术研究的主要难题。1.1 安措库配置及生成原理智能变电站中需要设置安全措施的 IED 设备主要包括:保护装置、合并单元、智能终端。智能终端与保护装置之间的关联关系比较单一, 保护装置发送跳闸GOOSE 信号给智能终端, 智能终端采集开关、刀闸位置 GOOSE 信号返回给保护装置。合并
7、单元与保护装置之间 SV 的关联关系、保护装置之间的 GOOSE 关联关系则相对比较复杂。以一个 220k V 变电站为例, 基本关联关系如图 1 所示, 线路合并单元输出采样值给线路保护装置和母线保护装置, 主变合并单元输出采样值给主变保护装置和相应的母线保护装置。各保护装置间 GOOSE 的关联关系主要包括:线路保护跳闸启动母线保护失灵、母线保护跳闸发远方跳闸及闭锁重合闸 GOOSE 给线路保护, 主变保护跳闸启动母线失灵及解复压闭锁、母线保护跳闸失灵联跳主变各侧开关、母联保护动作启母线保护失灵等。图 1 IED 及虚回路关联关系 下载原图不同电压等级的变电站具有不同主接线方式, 且一个变
8、电站有很多条出线, 保护又有双重化, 所以实际的关联关系会比图示中复杂很多, 在检修与改扩建时靠人工去检查其相互之间的关联关系, 然后采取相应的安全措施的方法容易出错。在 SCD 文件的可视化与规范化的基础上研究智能变电站保护及其辅助装置不停电改扩建及检修策略生成方式, 其过程如图 2 所示。(1) 改扩建及检修实施安措的主要手段包括:运行/检修硬开入压板投退;退出保护功能软压板;SV 输入软压板投退;GOOSE 输入/输出软压板投退;智能终端出口硬压板投退;拔掉 IED 相关的光纤。(2) 通过可视化 SCD 文件解析, 可以自动搜索出与改扩建及检修 IED 相关联的IED, 并以图形化方式
9、显示其基本关联关系。针对关联 IED 进行相应的安措处理。其具体实现过程如下:(1) 按照 Header/Substation/Communication/IED/Data Type Templates 层次对 SCD 文件进行解析, 形成一个包含节点与元素的树形结构。图 2 按错库配置流程 下载原图(2) 依据检修设备的 ied Name 及描述, 搜索该 IED 的 Access Point 节点下的过程层 GOOSE 访问点 (G 访问点) 及 SV 访问点 (M 访问点) , 依据AccessPoint/LDevice/LNx/Data Set 的层次关系确定该逻辑节点 LNx 下的发
10、送数据集, 以 ld Inst/prefix/ln Class/ln Inst/do Name/da Name 构成该数据集的引用。所有该 IED 的逻辑设备及逻辑节点下的数据集, 构成检修 IED 的发送数据集列表。(3) 遍历 IED/Access Point/LDevice/LN0 下的 Inputs 节点, 外部引用 ExtRef中 ied Name、与检修 iedName 一致的 IED 为检修设备的发送关联 IED, 该 IED接收检修设备发出的 SV 或 GOOSE 数据集。同时, 按照引用 ld Inst/prefix/ln Class/ln Inst/do Name/da N
11、ame 与检修 IED 的发送数据集列表中数据进行匹配, 并将发送数据集映射到接收 IED 的内部短地址 (int Addr) 中, 这样就构成了检修 IED 发送虚回路的联接关系。(4) 对检修 IED 中的 Inputs 节点进行逐个的 ExtRef 搜索, 依据 ied Name 搜索出所有检修设备的接收关联 IED, 按照引用 ld Inst/prefix/ln Class/ln Inst/do Name/da Name 与搜索 IED 的发送数据集列表中数据进行匹配, 构成检修 IED 的接收虚回路联接关系。(5) 将检修 IED 的关联模型以图形化方式进行展示。(3) 按照“线路保
12、护及辅助装置标准化设计规范”、“变压器、电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范”建立 SV/GOOSE 虚拟二次回路连线、虚端子、软压板间、引用路径间的一一对应关系。(4) 依据 IED 类型、接线方式、保护原理, 制定线路保护、变压器保护、母线保护、电抗器保护及其辅助装置 (合并单元、智能终端) 检修及改扩建操作的安措总模板。(5) 在安措总模板基础上, 根据安全操作规程与良好习惯, 生成安措库。1.2 安措库生成在进行安措校核之前, 需新建一个“安措模版库”。在安措模板库中, 保护动作主要分为线路、母线和主变三种保护, 每种保护下分出 SV/GOOSE 压板、硬压板、功能压板以及一次操作
13、和其他五类。在功能设计上, “退出”可以选择分开、投入、合上三种动作;“本套”可以选择双套、A 套、B 套三种模式。新建一个安措模板库, 首先选择要编辑安措库的间隔, 在所选间隔添加按错库模板, 然后对模板进行编辑, 设置保护动作, 在模板编辑完成后, 保存为“*.xml”文件。2 安措离线预演依据相关安全操作规程制定的安全措施原则, 在实验室环境下对虚拟 IED 设备的运行/检修硬压板、保护功能压板、SV 输入/SV 输出软压板、GOOSE 输入/输出软压板的投退、出口硬压板、光纤通断、开关分合进行设置与模拟, 对设置的安全措施进行演绎。按线路保护、主变保护、母线保护、母联保护、断路器保护对
14、保护装置进行分类, 实时采集虚拟的开关位置信号、保护装置、合并单元、智能终端的硬压板信号、保护功能软压板信号、SV 输入以及 GOOSE 输入/输出信号, 进行逻辑计算, 判断保护装置是否会出现误动作、误闭锁等情况。2.1 安措预演模式安措预演有两种模式, 模式一依据操作任务进行进行动作。导入操作任务, 界面如图 3 所示, 主要分为四大模块:安全措施条目列表、IED 设备列表、当前间隔线路图、保护装置面板及其所有压板;列表选择不同的 IED 设备, 保护装置面板图及其压板信息会相应改变。首先按照“安措条目”更改压板初始状态 (与安措相反) , 在操作界面点击压板进行投退。更改完毕后“开始”,
15、 系统“初始状态”和“当前状态”两栏将显示各个压板投入/退出状态。若初始态的压板投退不正确, “备注栏”将显示“初始化错误”, 当前 IED 的运行灯变色;若无异常, 每点击一次下一步, 压板图标会按照安全措施依次更改状态。模式二是根据保护逻辑进行动作。安措预演开始后, 依照保护动作的逻辑, 模拟压板投退的状态, 如图 4 所示, 系统会详细显示动作的时间、动作的具体描述, 备注显示装置闭锁等告警信号;IED 设备列表中有告警的 IED 运行灯变色。图 3 安措预演模式一 下载原图图 4 安措预演模式二 下载原图2.2 安措预演的特点本文提出的基于智能变电站 SCD 文件和智能变电站检修机制的
16、安措离线预演具有以下特点:(1) 初态设置:可设置保护装置初态为运行 (跳闸) 态、信号态、及停用态, 也可手动设置为任意态。(2) 安措预演操作支持分合一次开关、刀闸, 投退硬压板、功能软压板、SV/GOOSE 输出输出软压板, 支持光纤插拔操作。(3) 预演过程中, 保护装置跳闸及告警采用保护装置指标灯显示, 与实际保护装置保持一致。(4) 监视虚实回路, 检查检修设备是否被安全隔离。(5) 保护装置动作/闭锁逻辑:采用 XML 文件进行保护逻辑编辑与设置, 操作灵活、修改方便、通俗易懂。3 安措痕迹追踪 (安措回放) 安措回放是将安措过程记录下来, 并提供查看的功能模块, 界面如图 5
17、所示。图 5 安措回放 下载原图系统能自行记录预演模式或在线校核下的动态过程, 选择已保存好的安全措施操作过程, 点击安措回放, 可在设置栏选择手动回放, 或用户自定义时间进行自动播放, 选择完成后屏幕将显示播放截图, 用户可以清楚的看到安全隔离措施的处理过程, 包括压板投退状态的改变、光纤连接和开关的通断、IED 列表的告警等信息。若选择手动回放, 开始后每点击一次下一步, 将切换一张图片。若选择自动回放, 开始后图片将用户自定义的频率进行播放。4 现场测试本文基于 SCD 文件的智能变电站标准化安措预演纠错系统参与多个 110k V、220k V、500k V 智能变电站安全措施测试, 现
18、场测试场景如图 6 所示。在某 220k V 智能变电站进行安措离线预演, 结果如图 7 所示, 退出母线第一套保护支路 4 SV 接收压板, 母线第一套保护面板动作灯变红, 备注显示装置跳闸告警信号, IED 列表母线保护运行灯变红。试验证明采用本文基于 SCD 文件的智能变电站标准化安措预演纠错系统, 实现安全措施的离线预演及自动纠错, 可以减少工作人员的劳动强度, 提高安全措施票制定的效率及可靠性。图 6 现场测试 下载原图图 7 现场安措预演 下载原图5 结束语智能变电站继电保护二次安措的实施是智能变电站运行维护的一个重要课题。目前, 智能变电站技术仍处于不断发展完善的过程中, 不同保
19、护厂家的差异给现场保护人员执行安全措施造成了干扰。基于 SCD 文件的可视化、标准化智能变电站安措预演纠错系统的开发, 为推进智能变电站标准化运维检修技术的发展有着非常重要的意义。参考文献1宋述勇, 郝伟, 李瑞, 等.IEC 61850 工程继电保护应用模型在二次安全措施中的应用J.电气技术, 2015 (10) :114-116. 2彭少博, 郑永康, 周波, 等.220 k V 智能变电站检修二次安措优化研究J.电力系统保护与控制, 2014, 42 (23) :143-148. 3侯伟宏, 裘愉涛, 吴振杰, 等.智能变电站继电保护 GOOSE 回路安全措施研究J.中国电力, 2014 (9) :143-148. 4朱维钧, 黄巍, 唐志军.智能变电站继电保护现场工作保安细则的制定J.电力与电工, 2013 (3) :26-31.
