（1.国网山西省电力公司检修公司 山西太原 030032；2.内蒙古工业大学 010051）
摘要：本文主要研究了110kV智能变电站结构框架，重点对智能站数据采集方式及变电站内各类信息传输进行论述，通过与传统的常规变电站比较，阐明现阶段智能变电站的发展，结合工程实践，总结了智能变电站继电保护装置的校验方法，提出比较有效的智能站施工及验收策略。
关键词：智能变电站；智能终端；信息共享；网络化
引言
采用先进、可靠、集成的智能设备，以实现全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，能自动完成信息采集、测量计量、控制保护等功能，并根据电网需求支持电网实时控制、智能调节是现阶段智能站的基本要求[1-2]。相对于常规变电站，智能变电站系统保护功能的实现，不仅需要独立保护装置，还需要过程层、间隔层、站控层设备以及站内光纤网络及网络交换设备的配合。网络化的二次设备信息共享是目前智能站的最突出特点。信息网络化中信息传输正确性、稳定性成为变电站稳定运行的关键因数。
1 数字量信息的传输
常规的变电站是通过电缆由模拟电量信号直接接入到保护测控装置中的，实际运行中，不同的信息采集单元设备信息无法共享，这种利用金属电缆的模拟量通信方式主要存在以下弊端：
（1）传输的二次信号距离远，需求的电缆截面积大，二次设备独立采集电量信号，造成电缆耗材大，二次接线复杂。
（2）可扩展能力差，互感器的输出电量需要被多套设备使用，加重了互感器的使用负担。
（3）抗干扰能力差，当电气量信号易传递引入到二次设备，造成设备的不正确运行。
目前的智能站组网方式多采用的通信结构为星形结构，由光纤替代二次电缆实现数字量信息的传输，由二次网络虚端子连接，实现数字式保护测控装置的功能。
图1智能变电站信息传输原理
信息的网络化传输使智能变电站的回路在视觉上变得抽象，变电站功能实现基于数据模型配置和数据流连接，数据模型包括反应一次接线的SSD 文件和包含SSD、ICD及数据流配置的SCD文件[5]，数据流连接包括通用面向对象的变电站事件GOOSE（Generic Object Oriented Substation Event）和采样SV（Sampled Values）的虚端子连接。核心SCD 文件的生成来源于站内二次设备之间的逻辑关系和物理连接，而这种逻辑关系和物理连接又是传统继电保护、自动化等技术在智能变电站的应用。在智能化变电站施工图设计过程中，如何表达二次设备之间的逻辑关系和物理连接尤为重要。
全站的中低压保护大多数采用常规微机保护装置，主变保护采用智能终端装置配置，实现全站运行功能。
2 实时报文网络通信模式描述
随着网络设备的增多，网络中的信息量也逐步增多，当信息量达到网络宽带的25%以上时，网络性能就会下降[5]。IEC61850标准规定：SV报文和GOOSE报文这两类重要的实时报文均采用发布者/订阅者模型进行通信。具体实现方法有基于VLAN的多播模式和基于MAC多播地址过滤的多播模式。
交换机接收到多播报文后，根据报文帧的VID，将该帧转发到相同的VID端口上，完成信息的正确传输。
图2基于VLAN的多播模式
另一种基于MAC多播地址过滤的技术是交换机接收到多播帧后，交换机将该帧转发给所有的交换机端口，接收端的网卡可通过编程对多播地址进行过滤，决定是否接收该多播帧。如果订阅者的多播地址列表中含有该帧的多播地址，就接收该多播帧，否者将该帧丢失。目前多为这种方式。
3 现场工程测试讨论
3.1同步功能测试重要性
智能化变电站的同步数据源主要是电力互感器传变的二次值，由于间隔合并单元和母线合并单元分别实时采集系统电气量，电压采集主要通过母线PT完成，间隔的电流是由本间隔的CT实现，线路的电压主要由线路PT实现，而过程层的保护装置所需的电气量都是由本间隔合并单元SV采集，这就造成母线PT合并单元所采集的电压与本间隔采集的电流、电压存在时间上的同步误差，如果这些电气量不能同步，将使二次装置的可靠性带来很大的影响。
图3 同步数据采集
目前同步的方法主要是：插值同步采样，该方法放弃了合并单元的协调采样、不依赖外部时钟，严格要求其等间隔脉冲采样以及精确的传变延时，二次设备根据传变延时补偿和插值计算在同一时刻的重采样，保证采样值的同步性能，这种方法比较成熟，误差主要是保护厂家算法的影响。
表1 现场同步测试数据
上表是在现场实际测试中，不同厂家的合并单元在集成中测试数据，可以发现该组数据并不满足保护装置的精度要求，经过检查后，母线PT合并单元与间隔合并单元的固有额定延时存在问题，最终通过改变母线合并单元或间隔合并单元的固有额定延时来调整这种偏差。最终实现采样值的同步。修改后，重新加采样满足了精度要求。
3.2 保护单体功能及整组传动测试
图4 保护测试平台
测试平台利用IEC61850数字测试仪，输出的采样值为IEC61850-9-2报文和GOOSE信号报文。保护装置接受到报文后，解析报文数据输出必要的动作逻辑。保护装置输出GOOSE跳闸信号到相应的间隔智能终端上，完成动作跳闸和必要时的重合闸逻辑。对于重合闸GOOSE闭锁信号，如手分、遥控分断路器时，对装置重合允许放电。必须在实际传动开关中检验。防止相应虚端子连接错误。同时观察充电允许信号指示灯的正确性；其次是必须对站内设备的逻辑闭锁功能进行功能测试。
3.3 过程层网络流量和通信带宽分析
SV按照IEC61850-9-2要求，目前采样速率一般采样每周波80点。若按照每帧报文250字节计算，单间隔的流量为[4]：
250×8×80×50=8 Mb/s（1）
（1）式中8 为字节位数，50为电网频率。
正常工作的GOOSE 报文流量很小，主要考虑突发事件的情况。按照每帧GOOSE报文300字节和最小重发时间2ms计算，单间隔最大流量为：
300×8×500=1.2 Mb/s（2）
（2）式中500为GOOSE报文发送频率。
基于以上分析，当变电站接入过程层网络的间隔小于10个时，可采用100 Mb/s带宽。当变电站接入过程层网络的间隔大于10个时，应采用1000 Mb/s。
4 结论
严格控制智能变电站的调试及验收的质量是智能站运行可靠的重要保障，目前在建的大多数示范运行智能站，许多数字化设备的关键点测试项目，都必须根据现场的条件逐一整组测试，比较重要的项目是设备间的相互闭锁、相互关联条件，都必须按运行要求测试到位，防止应虚端子的未连接或链接错误而造成装置拒动或误动。
参考文献：
[1]Q/GDW383-2009，智能变电站技术导则[S].
[2]Q/GDW441-2010，智能变电站继电保护技规范[S].
[3]110kV智能变电站典型接线型式的IED 配置方案研究[J].电力系统保护与控制（Power System Protection and Control），2012，40（13）：152-153.
[4]基于保护独立和信息共享的变电站通信结构[J].电力系统及其自动化学报（Proceedings of the CSU - EPSA），2012，24（2）：117.
[5]智能变电站原理及测试技术[M].北京：中国电力出版社，2014.
[6]数字化变电站应用技术[M].北京：中国电力出版社，2010.
[7]智能变电站继电保护技术与应用[M].北京：中国电力出版社，2014.
论文作者:赵明君1,韩文颖2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/16
标签：变电站论文; 智能论文; 报文论文; 间隔论文; 设备论文; 信息论文; 单元论文; 《电力设备》2017年第28期论文;