對數字化變電站繼電保護調試技術再探討

祝文蘭 徐國才

摘要：數字化變電站建設從施工圖設計、保護與自動化系統出廠驗收、現場安裝調試直到竣工驗收、投運，環環相扣，任何一個環節出現問題都會對變電站正常運行帶來不利影響，其中出廠驗收、現場調試都是重要環節。由于數字化變電站調試在內容與方式上都與傳統調試方法變化很大，也出現了一些新問題，尤以二次部分的繼電保護調試更具挑戰性，因此本文對相關內容進行了分析和探討。

關鍵詞：數字化變電站；繼電保護；調試技術

中圖分類號：TM411文獻標識碼： A

一、數字化變電站和繼電保護

數字化變電站是由智能化一次設備（電子式互感器、智能化開關等）和網絡化二次設備分層（過程層、間隔層、站控層）構建，建立在IEC61850標準和通信規范基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站，它具備數據采集的數字化、信息應用的集成化和系統結構的緊密化等功能，相比于傳統式的變電站，它凸顯的是自動化的管理模式，高精密的測量結果、操作更加靈活等優勢。繼電保護主要是研究電力系統發生故障和危及安全運行的異常工況，進而分析采取何種對策的反事故自動化措施。由于其在發展過程中曾主要用有觸點的繼電器來保護電力系統及其元件（變壓器、發電機、輸電線路等），使之避免遭受損害，所以又簡稱為繼電保護。

二、數字化的繼電保護裝置

(一)數字化裝置的特點

繼電保護裝置是指：當電力系統中的電力元件（如線路等）或者電力系統內部本身出現故障，并危及到電力系統的運行安全時，它能夠向運行值班人員及時發出警告信號，或者直接向所控制的斷路器發出跳閘命令以終止這些事件發展的一種自動化措施和設備。能夠實現這種自動化措施的成套設備，一般通稱為繼電保護裝置。數字化裝置較傳統裝置而言，具備以下特點：數字電路的基礎構成是微處理器，而核心單元的接口更加多樣化。主要利用電子式的互感器作為介質實現數據收集，其基本的構成部分詳見圖1。

圖1數字化的保護裝置內部硬件圖

(二)裝置接口的有效實現

目前我國的數字化變電站，主要是利用電子式的互感器作為介質實現數據收集，并對收集所得的信息進行處理，進而以互感器內的光纖作為“平臺”，采用數字信號的傳送方式將其輸送到低壓端，然后完成轉化之后，再根據需求輸送格式，獲取正確的數據。這樣數字化繼電保護裝置接口的實現方式，顯著優于傳統的模擬量的輸入方式，前者采用的是光纖實現傳輸，可有效緩解變換插件等的工作負荷，大大提高了工作的效率。

三、數字化變電站繼電保護裝置調試工作要求

(一)做好調試工作安全措施，促進員工積極完成調試工作

首先，意識是實踐的前提。電力自動化運行過程當中之所以問題頻頻出現，安全意識缺乏是主要原因。所以，如果想提高繼電保護裝置的調試工作安全性，使員工的安全意識得到強化、優良作風得到培養和發展首當其沖。其次，電力系統的工作人員要牢固樹立安全第一的施工原則，明確自己身上肩負的重大責任，注意每一個細小的環節，預防為主，做到防患于未然，在具備充分的安全意識的前提下，將其自然地轉化到實際應用當中。要著力借鑒以往的經驗，對過去發生的安全事故進行仔細的分析與研究，找出出現問題的導火索，并制定方案，予以及時的解決，按規律和規章制度辦事。最后，數字化變電站的科技型更強、掌握難度更大、更具有挑戰性，所以這對電力系統的工作人員提出了更為嚴格的要求。相關人員需要樹立負責人的工作態度和工作作風，在其位謀其政，定期檢查電力設備，確保其正常運行。對規章制度和法律法規的遵守和執行力度不夠大是造成操作失誤、事故頻發的重要原因。

(二)數字化變電站與傳統常規化變電站無論是外觀還是內部構造都有較大差別

圖2常規變電站與數字化變電站的對比

數字化變電站與傳統常規化變電站相比，在通信標準、設備間的連接方式以及網絡結構、設備接口等等都具有極大的優勢，都更具有自動性、安全性和科技含量。數字化變電站的硬件條件和軟件條件都遠遠的超出了傳統常規變電站，數字化變電站取代傳統常規變電站及其應用推廣將是必然。也正是由于其硬件與軟件與過去相差較大，所以在進行機電保護裝置調試時不能仍按照過去眼光和技術對待，要根據數字化變電站的性能及特點來進行。

四、數字化變電站繼電保護調試技術

(一)工廠調試

(1)調試準備。準備內容包括：1）設計單位提交虛端子圖、網絡結構圖、光纜連接圖、同步時鐘對時圖、遙信點表等設計成果；2）集成商根據虛端子圖進行全站SCD文件配置、搭建全站站控層與過程層、定義全站遙信點表與遠動點表數據庫、定義全站主接線圖與間隔細節圖、配置IED的CID文件、命名各裝置名稱與斷路器編號、將全站SCD文件導入五防服務器、搭建同步時鐘對時網絡、將全站SCD文件導入網絡報文分析儀與故障錄波裝置等。

(2)調試內容。具體內容包括：1）模型測試，包括ICD模型是否符合《變電站通信網絡和系統》（DL/T860）要求、配置是否與模型文件一致等；2）關聯測試，通過建立后臺與裝置的關聯，測試關聯性能是否符合要求；3）SV測試。通過測試SV發送、接收、采樣同步性，對合并單元、保護測控裝置、監控后臺的采樣（采集電壓、電流、功率等信號）性能進行檢查；4）GOOSE測試。GOOSE用來實現間隔層設備之間信息的快速傳遞，它是數字化變電站關鍵技術之一，通過測試來驗證GOOSE機制。內容包括報文測試、處理能力測試、聯鎖閉鎖測試，通過遙控、遙信核對、網分及故障錄波測試、保護試、整組試等多種方式進行驗證；5）驗證IED元件之間邏輯關系是否正確，以便為全站SCD文件的配置打下基礎；6）驗證網絡結構設置、交換機接口配置是否合理，以防止過程層交換機負荷分配不當、數據溢出等問題出現；7）驗證不同品牌IED設備在IEC61850標準下的兼容性；8）驗證IED設備采樣、邏輯、動作等行為是否正確；9）網絡報文記錄儀、故障錄波裝置等是否配置正確等。

(二)現場調試

(1)調試流程。電氣安裝完畢并滿足現場調試要求→成立現場調試工作組→編制現場調試方案→進行現場調試并記錄調試數據→整理現場調試報告→向建設、運行單位移交資料→帶負荷試驗。

(2)調試內容。在調試之前，應認真研究相關技術文檔，包括出廠驗收調試報告、系統與設備技術說明書、各類配置文件、施工設計圖紙等。然后準備測試儀器儀表，這些儀器儀表應校驗合格，測試設備等級應符合相關規范要求。繼電保護裝置的測試有兩種方法：一是常規微機保護測試儀結合模數轉換裝置進行校驗。常規微機保護測試儀產生信號源，經模數轉換裝置形成數字信號，送至合并單元并接入數字化繼電保護裝置，通過抓包分析工具監測保護裝置GOOSE反饋信息。二是采用全數字化測試儀（如博電PWF-3測試儀）進行校驗。利用全數字化測試儀產生的數字信號直接輸入到數字化繼電保護裝置中，而繼電保護裝置產生的GOOSE反饋信息輸回到全數字化測試儀。前一種方法由于模數轉換過程中消耗一些時間，也就是存在ms級的滯后誤差，因此并非理想方法，而只是一個過渡方法。后面一種方法不存在這個缺陷，今后必將全面取代前一種方法。

采用全數字化測試儀進行調試時，裝置第一次上電要對上位機采樣值接口、GOOSE進行軟件配置。配置并保存、固化后，即使掉電也不會丟失，方便下次開機直接使用。采樣值配置可根據被測試繼電保護裝置的協議或直接導入變電站的SCL配置文件。GOOSE配置內容包括GOOSE訂閱和GOOSE發布。訂閱時將GOOSE數據映射到測試儀“開關量輸入”上即可。

五、數字化變電站保護系統的可靠性

數字化變電站新技術的應用能有效地提高保護系統的可靠性：

（1）電子式互感器無飽和現象，簡化了保護判據，有效提高了保護的可靠性、快速性。傳輸頻帶寬、暫態性能好、不存在電磁式互感器和電容式電壓互感器等傳統互感器的測量誤差和暫態特性，能很好地將電力系統運行狀態信號傳到二次側且無CT二次開路問題。

（2）由于網絡數據傳輸的共享性，可以獲取全站相關設備元件的信息，采用帶數字接口的智能斷路器，跳合閘等控制信號的傳輸方式也由二次電纜改為數字信號的網絡傳輸，光纖取代電纜，電磁兼容性能優越，安全性高。

（3）由于直接采用數字量，能真實反應系統一次電氣量信息，裝置可采用更先進的原理算法，其集成度可以更高，抗干擾能力大大增強。在線監測、在線檢修自動化使裝置運行將更加穩定。信號傳輸通道都可自檢，可靠性高。

結語

數字化變電站與常規變電站相比有許多變化，反映到工程調試方面也有不少差別。數字化變電站代表了未來發展的方向，所以必須熟悉其調試方法。但在目前過渡階段，部分數字變電站是由常規變電站改造而成，保留了部分傳統控制手段，調試技術更加復雜，因此測試人員應掌握各種調試方法，這樣才能在調試工作中游刃有余和得心應手。

參考文獻

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