基于IEC61850的繼電保護系統的可靠性的研究

文明　龍軍　周可

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

【關鍵詞】IEC61850；數字化變電站；繼電保護系統；可靠性

現代化的進程極大地推動了智能電網的建設，如今，電力系統對繼電保護的研發、可靠性等提出了更高的要求，因此，數字化變電站正在逐步取代傳統變電站。智能變電站的結構、元件、技術等都與傳統變電站不同，智能化的繼電保護系統則是一種基于IEC61850標準的數字化系統，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 數字化變電站繼電保護系統簡介

繼電保護系統主要是為了處理電力系統中的事故，一旦電力系統發生故障，繼保系統會收集事故狀態的信息，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的模擬量輸入回路與開關量輸入輸出回路。數字化變電站基于IEC61850標準，建立起統一的數據模型和數據通信平臺，使站內智能化一次設備和網絡化二次設備的數字化通信得以實現，并保證智能化二次設備之間具有互操作性。在這種情況下，繼電保護系統配合變電站，也轉變成了數字化的系統。在數字化的智能變電站中，繼電保護通過網絡，接收過程層設備發送的IEC61850-9-1（2）采樣數據包，然后依靠IEC GOOSE 進行開關量數據的接收和發送。[1]

2 智能變電站繼保測試系統的優勢和原理

為了研究基于IEC61850標準的繼電保護系統的可靠性，有關人員開發了相關的測試系統。這種系統需要可以反映繼保裝置工作時的動態變化的仿真軟件。在變電站中，繼保接收和發送的數據都是間隔層與過程層的智能電子裝置IECs通信的內容，因此，相關的測試系統必須具備相應的以太網數據通信能力。簡單來說，測試用到的仿真軟件也必須能達到相應數字仿真技術。

2.1 測試系統的優勢

有關人員在測試繼電保護系統性能的時候，引入了具有自動化、網絡化功能的監測工具，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。這種測試系統不僅準確度高、可以在線監測，而且可以重復測試，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，系統是由高級應用軟件來自動分析、生成測試的任務和數據結果報告，這樣就降低了人為因素的干擾作用。

2.2 測試系統的原理

通過光纖網絡有機互聯的數字式光電互感器合并器，繼保系統可以得到IEC設備進行測控、保護、記錄事件等所需的標準信號。繼保系統過程層中的數字式光電互感器可以把采集到的系統運行時的模型信號轉換成數字式采樣值，并以光纖量的形式，傳輸到智能合并單元，經匯總和同步處理，再把數據打包校驗，集中發送到系統的通信網絡。智能合并單元輸出的數字式光纖量采樣值是符合IEC61850-9-1（2）通信規約的。在繼保測試系統中，通過測試儀對應開關量的輸入接點，保護動作信號會被輸入測試系統中，測試儀內部有設置好的程序與判斷邏輯，可以對采樣數據信息進行實時分析，并對輸出量的幅值、相位等參數加以改變，以實現實時測試分析[2]。

3 系統試驗

3.1 搭建系統需要注意的問題

搭建系統時，首先要確保系統可以模擬智能變電站中繼保設備的外部特征，軟件要有足夠的仿真效果并能處理數字信息，具備實時性，整體系統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，測試人員應進行一次系統建模，該過程根據需求，可以分為一次主接線建模及控制模塊建模，需要配置相應的子系統，并建立操作面板，以方便控制一次系統中的潮流和設置故障。配置GOOSE信號時，也要配置相應的文件。

建構系統需要有適宜的網絡接口技術，通常采用的一種用于捕獲報文的相應技術就是Winpcap編程。在Windows平臺下，它可以捕獲以太網數據包，對數據進行網絡分析，并進行數據包的發送和統計網絡流量。這一編程在工作時有固定的流程，并可以在需要時設置過濾數據包的條件。

同時，系統要具有可以解析報文的語言（如C語言），可以根據IEC61850的數據結構定義、基本編碼規則等來解析報文編碼，以便進行分析。此外，應根據變電站的要求和實際情況來開發保護主程序，并使之與人機交互界面有良好的兼容性，以便提高系統的可視化程度和可靠性。

3.2 系統試驗

搭建好模型后，現在系統的專用PC機上導入描述變電站結構及設備之間關系的文件，建立變電站系統的實時及歷史數據庫。之后，導入保護裝置的配置文件，這一文件相當于實際系統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的性能，可以專門設置特定故障并進行母聯開關的失靈試驗，由于系統中的支路運行設計結構不同，旨意在區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。在經過相應的設置后開始試驗，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，試驗人員發現各設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系，具有較好的聯調聯式性能，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 系統的實際試用情況

事實上，500kV崇左變電站已經開始試用基于IEC61850的繼電保護系統，該系統被接入了站內所有的繼電保護裝置。變電站內部的網絡系統結構是總線型，各保護小室的繼電裝置是以以太網的形式接入同一交換機，并能通過光電轉化把數據傳送到總控樓機房，之后數據被恢復成網絡信號，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、總調數據網交換數據。

IEC61850規約的核心是不同廠家的系統、設備使用同樣的信息模型，以達到更好的兼容性。變電站內，各小室設處理保護信息的子站屏、交換機及其他相應裝置，采取模塊化設計的系統軟件。模塊各自獨立，但又聯合起來，構成完整的故障處理平臺。軟件可以與站內的MIS、自動化等系統聯網，實現數據的交換。系統軟件的功能主要有：拓撲繪圖、故障分析、查詢故障信息、采集數據、子站通信服務、GPS對時、權限管理和數據庫管理維護。

整個系統的工作過程大致為：現有設備層的模塊采集信息，輸入間隔層，根據IEC61850規約進行轉換。之后，轉換后的信息/數據進入站控層，相應的模塊進行信息處理和存儲，最后向應用層上傳信心，進行在線監控并顯示分析結果。

在實際的運行中，盡管還有一些問題和不足，系統與保護設備、錄波設備的接口良好，可以順利進行查詢設備信息、召喚定值等功能，與遠方控制中心和南方總調數據網較好配合，共同實行對變電站的管理和監控，實現故障的及時處理[4]。

5 結束語

在電力系統中，IEC61850的作用越發重要，并被逐漸推廣到實際，應用與繼電保護系統，但IEC61850還處于初步開發階段，盡管比傳統變電站更具優勢，提高繼電保護系統的可靠性，但也存在問題，因此，還需要繼續進行測試，充分發掘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[J].電力科學與技術學報，2010，01：43-48+53.

[2]趙春利.基于IEC61850標準數字化變電站繼保測試系統研究[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同測試系統的研究[J].電力系統保護與控制，2012，05：59-63+68.

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

[責任編輯：王偉平]