３８８ 电力与能源 第３３卷第４期 ２０１２年８月 智能变电站的调试特点与建议 蔡晓越 （上海送变电工程公司，上海２００２３５） 摘 要：介绍了智能变电站“三层一网”的结构及特点，回顾与总结了智能变电站现场调试与常规变电站调试 的不同，主要是模型文件、新增试验项目、分系统试验、调试仪器的差异，给当前调试工作带来了新的挑战。 通过分析智能变电站与常规变电站对现场调试单体试验、分系统调试的内容及设备的差异，提出了主动转变 试验方式，深入研究对保护装置进行型式试验和变电站级动态模拟试验的模型系统、试验项目和调试方法， 包括研究现场单体调试及分系统调试的内容。在交流智能变电站现场调试经验的基础上，建议开发可视化 调试软件，用以提高智能变电站的调试水平。 关键词：智能变电站；结构分层；保护调试 中图分类号：ＴＭ６４ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５—１２５６（２０１２）Ｏ４一Ｏ３８８一Ｏ３ Ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ Ｆｅａｔｕｒｅｓ ａｎｄ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｃ口 Ｘｉａｏｙｕｅ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００２３５，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ’Ｓ Ｔｈｒｅｅ Ｌａｙｅｒｓ ａｎｄ Ｏｎｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｉｅｌｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｆｉｌｅ’Ｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｎｅｗ ｔｅｓｔ ｐｒｏｊｅｃｔ’Ｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｔｈｅ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ｔｅｓｔ’Ｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ’Ｓ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ，ｗｈｉｃｈ ｂｒｉｎｇ ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｆｏｒ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｗｏｒｋ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｏｆ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｍｏｎｏｍｅｒ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｇｕｌａｒ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｅｓｔ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｐｏｓｅ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｅｓｔ ｍｏｄｅ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅｌｙ，ｔｙｐｅ ｔｅｓｔ ｆｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ－ｌｅｖｅｌ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｆｉｅｌｄ ｍｏｎｏｍｅｒ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｆｉｅｌｄ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ ｏｆ ＡＣ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ，ｉｔ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｉｓｕａｌ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｓｏｆｔ ｂｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ；Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｔｒａｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｄｅｂｕｇｇｉｎｇ 智能变电站与常规变电站调试技术相比，在 信息采集、传输、处理等环节均有本质区别，新型 电气设备（电子式互感器、合并单元、智能终端、网 试验方式，研究对保护装置进行型式试验和变电 站级动态模拟试验的模型系统、试验项目和方法， 包括研究现场单体调试及分系统调试的内容。 络交换机）的性能及其与继电保护装置等二次设 备的整体配合性能，均成为确保变电站安全可靠 运行的重要因素。电子式互感器的稳定性、合并 １智能变电站的系统特点 目前，智能变电站系统采用“三层一网”结构。 单元的采样同步性、过程层网络的安全可靠性等 问题，都会影响到保护装置的快速响应和准确执 行，尤其是在新设备新技术应用的初期。而基于 三层：站控层、间隔层、过程层。站控层由后 台监控、远动通信、在线监测、视频监控等系统组 成。间隔层由各种智能组件组成，实现保护、测 量、控制、计量和检测功能。过程层由合并单元和 常规的单类保护装置的试研方法（单类保护装置 试验模型、常规模拟故障试验项目、常规保护装置 性能评价），已经不能满足对智能变电站二次设备 智能单元组成，实现各种实时信息的采集和控制 命令的执行，面向设备或间隔单元配置，通过网络 进行整体性能测试的要求。因此，目前需要转变 直连方式与间隔层智能组件互相通信。保护采用 蔡晓越：智能变电站的调试特点与建议 ３８９ 直采、直跳方式。 一网：三网合一，即网络采用ＳＶ、ＧＯＯＳＥ、 ＭＭＳ“三网合一”传输方式，分布、开放式网络系 统。站控层与间隔层按ＩＥＣ ６１８５０协议构建星形 网络，后台系统按照ＩＥＣ ６１８５０协议统一建模，分 层分布实现电气设备间的信息共享和互相操作。 ＩＥＥＥ １５８８对时信号共网传输。电动设备控制实 现远方集控中心、操作员站、测控、就地４级控制。 智能变电站采用多种新技术，整个二次系统的架 构、配置及与一次系统的连接方式与常规变电站 相比，均有较大变化。其主要特点：一是，间隔层 和站控层设备的通信接口和模型，全面支持ＩＥＣ ６１８５０标准，协议标准、开放，可实现网络化二次 功能；二是，过程层由常规的电流、电压互感器逐 步改为电子式互感器，通过合并单元接人装置；三 是，一次与二次设备之间的电缆连接改为光纤连 接。正是这些技术特点，给现场保护调试工作带 来了新的挑战。 ２现场调试工作的区别 ２．１模型文件的差异 ’ 常规变电站保护调试，只需按设计图纸进行， 而智能变电站保护调试，则要事先了解ＩＣＤ、 ＳＳＤ、ＳＣＤ、ＣＩＤ模型文件，他们之间的相互关系、 系统配置及工作流程，如图１所示。 －｜：－～一～ 由设计提供 装置配置工具 ＳＣＤ生成后交与各ｌＥＤ设备厂家，ｌ 用装置配置工具生 ｍ文件 １ＥＣ６１ ８５０装置 ｌＥＤ设备 图１系统配置及流程 由图１可知，各设备厂商提供装置自描述信 息ＩＣＤ。系统工程集成商，通过组态工具和设计 院的设计文件ＳＳＤ，包含一次系统的单线图、设备 逻辑节点、设备类型定义等，组态形成项目的 ＳＣＤ文件（包含变电站一次系统、二次设备配置、 通信网络及参数配置）。二次设备厂家使用装置 配置工具和全站统一的ＳＣＤ文件，提取ＣＩＤ文件 （包含与ＩＣＤ数据模板一致的信息，也包含ＳＣＤ 文件中针对该装置的配置信息，如通信地址、ｌＥＤ 名称等）下发到装置，供调试人员进行测试。 因此，调试人员在试验前必须熟悉全站ＳＣＤ 文件和装置的ＣＩＤ文件。掌握采样值报文的格 式（每个通道的具体定义），掌握ＧＯＯＳＥ报文格 式（虚端子数据集的定义及对应关系），掌握全站 网络结构和交换机配置。这是常规站调试所不具 备的内容。 ２．２新增试验项目的差异 智能变电站简化了二次接线，采用少量光 纤代替大量电缆。因此，需要进行光纤回路连 接正确性检查，即光纤端口发送与接收功率的 一客 检查。电子式互感器通常由传感模块和合并单 元构成，传感模块又称远端模块，安装在高压一 次侧，负责采集、调整一次侧电压和电流，并转 换成数字信号。合并单元安装在二次侧，负责 对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。 与常规试验项目相比，多了电流和电压信号的 同步检查，即利用标准源给合并单元加量检查 输出精度，接收合并单元发出的报文数据，对比 波形，分析电压和电流相位，以及检查并列功能 报文配置的正确性。 ２．３分系统试验的差异 把配置好的ＳＣＤ文件，利用设备配置工具下 发到各智能设备（保护、测控、智能终端、合并单 元），观察装置有无异常现象，如退出运行、死机等 问题。按调试大纲，利用数字校验仪及ＳＣＤ文件 对各智能装置进行校验。模拟故障验证配置文件 及虚端子逻辑关联的完整性试验内容、连接正确 性、保护跳闸逻辑的正确性、报文及事件顺序记录 （ＳＯＥ）时标、故障录波及监控显示的正确性。试 验方法与常规变电站相同。 与常规变电站调试项目不同的是，新增了网 络报文记录分析功能调试。网络状态通信实时状 态检测，增加了使用专用仪器的软件（模拟网络风 暴），检查ＧＯＯＳＥ网络的稳定性。对网络交换机 进行局域网（ＬＡＮ）划分，保证网络采集ＳＶ数据 端口的实时性；利用分析软件检查相应端口 ＭＡＣ地址输出的正确性 将保护装置后台监 控、故障录波、对时系统、模拟断路器信息接入相 应网络，完成设备信息互联。 ３９０ 蔡晓越：智能变电站的调试特点与建议 ２．４调试仪器的差异 ．． 射关系，仍然需要手动配置。 依据智能变电站调试项目的特点，在常规变 电站调试设备的基础上，需要增加以下设备： １）数字化继电保护测试仪至少有６对光 纤以太网接口，参数可配置；至少有３个ＦＴ３ 光纤接口，用于ＳＶ报文发送；至少有８对硬接点 输入接口和４对硬接点输出接口。 ２）电子互感器校验仪 提供模拟量输入端 口和数字量输入光纤接口，适应输出为模拟量和 数字量的电子式互感器；可以接受不同格式的 ＳＶ报文（ＧＢ／Ｔ ２０８４０．８及ＤＬ／Ｔ８６０ ９．２）；提供 时钟输出端口，适应需要外同步的电子互感器；具 有准确度测量、绝对延时测量、极性测试和ＳＶ报 文离散性测试功能。 ３）网络记录分析仪 进行实时抓捕网络报 文，对ＧＯＯＳＥ、ＭＭＳ、ＩＥＥＥ １５８８、ＤＬ／Ｔ８６０ ９－２ 报文进行解析，并绘制出模拟量波形，另存为 ＣｏＭＴＲＡＤＥ格式文件。 ４）网络测试仪对交换机进行性能测试，模 拟网络背景流量，流量的报文格式、大小、发送频 率，均可手工配置。 ３调试工作交流 １）ＭＵ的配置 选择ＤＬ／Ｔ ８６０ ９－２的采样 模式。Ａｓｄｕ为１，代表每个数据包内有１个采样 点数（每２０ ｍｓ采样点数为８０），则意味着每秒钟 采样４ ０００点（０～３ ９９９）。此时，每秒钟发送 ４ ０００个数据包，这对硬件要求相对较高，而丢包的 风险则相对较低。如果把Ａｓｄｕ参数设置过高，则 可降低对硬件的要求，但会增大丢包的风险。 ２）变比的设置 由于ＤＬ／Ｔ ８６０９—２模式下 传送的是一次值的大小，因此必须对ＤＬ／Ｔ ８６０９— ２采样模式下的信号输出方式设置变比，否则会 造成保护不能正确动作。 ３）ＧＯＯＳＥ报文 ＧＯＯＳＥ报文包含了诸如 ＧｏｃｂＲｅｆ、ＧｏＤ、ＤａｔＳｅｔＲｅｆ等信息，这些信息是识别 ＧＯＯＳＥ的标记。接收ＧＯＯＳＥ的装置中也配置了 要接收ＧＯＯＳＥ的ＧｏｃｂＲｅｆ、ＧｏＩＤ、ＤａｔＳｅｔＲｅｆ等信 息。接收装置中的配置与收到ＧＯＯＳＥ报文中的 信息内容一致时，则订阅成功，该ＧＯＯＳＥ报文的 内容将被接受。测试仪可根据收到的ＧＯＯＳＥ报 文，自动生成ＧｏＯＳＥ开入的订阅配置及ＧＯＯＳＥ 开出的配置。但是，虚端子与测试仪开关量的映 ４）通道延时及识别 在被测终端设备通信 网络上加入带外、带内两种报文，以一定的负荷发 送报文。带外广播报文的目的ＭＡＣ地址为ＦＦ— ＦＦ—ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ－ＦＦ，带内报文在数字化变电站系 统内抓包获得，以确保带内Ｇ０ＯＳＥ报文的帧格 式为终端被测设备接受的帧格式。测试在不同负 载的带内、带络风暴下，终端设备的状态反应 及发生异常的耗时。不同间隔电流和电压合并时 的同步（变换延时不一致）：如某间隔的电流需要 同母线电压间隔的合并单元合并，需要在电流合 并单元内将电压合并单元来的电压进行校正，使 之与本合并单元的电流同步。 跨间隔保护（母线差动和变压器差动）：跨间 隔的保护应具备对来自不同间隔合并单元电流和 电压的校正能力。： 上述两种来自不同间隔的校正方法，基本相 同，都应通过ＳＶ数据集中所带的通道延时来识 别，并加以校正。 ５）校正同步能力 线路电流纵差保护对端 的常规保护，本端差动保护须有与对端校正同步 能力，由本端保护完成校正。 ６）电能表获取信息 电能表必须从合并单 元中取出电压和电流信号，防止不同合并单元由 于固定延时不一致，导致计量错误。 ７）固定延时的影响 数字式信号仪在检测 ２个合并单元的信号时，由于固定延时的影响， 会有固定的角差。同样，故障录波仪也存在这 个问题，可通过回查采样包号加以解决。 ４建议开发可视化调试软件 建议开发可视化调试软件，服务于调试阶段 模拟故障及运行阶段对故障告警信息的分类和过 滤，对变电站的运行状态进行在线实时分析和推 理，自动报告变电站异常并提出故障处理指导意 见。对包括事件顺序记录信号及保护装置、相量 测量、故障录波等数据进行数据多专业综合分析。 调试人员及运行人员应用可视化调试软件，可以 一目了然地分析问题，解决问题。 收稿日期：２０１２－０６—１８ 作者简介：蔡晓越（１９７７一），男，工程师，本科，从事电力工 程电气设备安装及继电保护调试工作。 （编辑：杜建军）
