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摘要：自2009年国家电网公司组织推进智能电网战略以来，基于IEC 61850标准的智能变电站自动化技术获得了快速发展。在工程应用中采用光缆代替电缆，二次系统装置之间的连接关系由数据包通信代替以往硬接线的连接，这样，基于装置端子排的管理边界不复存在，整个二次系统成为“黑匣子”，给运行维护带来了诸多问题和困难，增加了智能变电站二次系统运行风险。
关键词：智能变电站；继电保护；SCD；可视化
1 SCD工程应用现状
由于IEC 61850标准主要是从通信机制上体现信号关联性，强调逻辑链路，弱化网络设备。由此，带来了二次系统模型描述机制上的不完整性。二次系统中的物理维护对象和操作对象缺乏有效的模型描述方式，如IEC 61850标准Ed1.0没有交换机模型，也没有连接光缆、软压板等模型。这样，就无法实现基于模型的可视化应用。因此，现阶段智能变电站由于SCD模型文件的不完整，并没有实现面向对象的信息应用。基本上将IEC 61850标准等同于通信规约，应用效果类似常规综自站的IEC 61870-5-103。
2需要解决的关键问题
2.1完善SCD建模机制
现阶段SCD文件中模型不完整，如没有系统描述文件（substation specification description，SSD），缺乏一、二次关联模型，没有过程层交换机模型等，无法实现基于变电站二次系统物理维护对象和操作对象模型化描述的可视化应用。因此，需要根据工程应用要求，从二次系统运行维护、检修操作、故障分析的视角，规范建模原则，补充必要的模型，为构建基于“源端数据维护”信息应用机制奠定模型基础。
2.2“图实相符”的可视化
作为智能变电站二次系统载体，SCD文件通过XML格式描述智能变电站二次系统之间的连接关系，其展现模式与常规综自保护二次回路图形态上差异很大，专业人员很难直观上依据保护专业技术领域知识把握SCD文件的核心要素。因此，需要在全模型SCD基础上，通过建立通信物理连接与逻辑链路映射，及链路与功能回路映射，采用图模映射技术，实现“图实相符”的可视化运维。
2.3基于模型的智能运维
在构建全模型SCD后，信息具备了“自我描述”特征。由于不同信息之间的关联关系已经在SCD模型中清晰定义，因此，在智能变电站运行过程中可实现实时报文与模型的匹配，实现基于模型的智能运维。如二次系统异常智能诊断，检修安措可视化预演，电网故障智能分析等，可极大地提升智能变电站二次系统运行维护安全性和可靠性，为“变电站无人值守”、“调控一体化”、“运维一体化”模式的推进提供技术支持。
3可视化运维
3.1变电站全景可视化
在完成SCD全模型建模后，可以采用图模映射技术，实现逐层可视化展示。第一层为变电站单线图，展示全站一、二次设备状态信息，在任何间隔出现异常情况时能够实现报警，提示运维人员处理。
3.2逻辑链路与功能回路关联可视化
通过逻辑链路与功能回路的映射机制，实现光纤中GOOSE链路及各链路通信状态，与二次功能回路直接对应。
3.3基于保护二次原理图可视化
在上述可视化展示的基础上，以保护装置本身为核心，实现交流环节、控制回路及启动（闭锁）回路等关联关系的完整展示，以便于从应用层面上屏蔽IEC 61850标准的复杂性。
4二次系统信息流优化方案
4.1典型配置方案
鉴于现阶段智能变电站技术的实现方案给现场运行、检修及故障判别带来很大困难，运行风险增加，国调中心2014年下达了“关于印发《继电保护设备在线监视与分析提升方案》文件的通知”（简称80号文），明确提出在智能变电站要部署保护设备在线监测与智能诊断装置。保护设备在线监测与智能诊断装置需要接入过程层合并单元、智能终端的信息，及制造报文协议（manufacturing message specification，MMS）的保护装置信息，在过程层信息采集上与网络分析仪、故障录波器一致，在MMS网络的保护装置信息采集上与故障信息系统子站一致。从这个意义上讲，保护设备在线监测与智能诊断装置具备了二次系统信息优化和整合的基础。
4.2优化配置方案探讨
根据国家电网公司企标Q/GDW 11361—2014《智能变电站保护设备在线监视与诊断技术规范》［11］，保护在线监测与智能诊断设备逻辑结构如图1所示。
图1
保护在线监测与智能诊断设备分为数据采集单元和数据管理单元两个部分，其中数据采集单元按照网段部署，采集过程层SV、GOOSE信号，在实际工程中需要按照保护小室配置。数据管理单元汇集全站所有数据采集单元的信息，并经MMS网络，汇集保护装置MMS报文。此外，在实现全模型SCD建模后，具备了实时报文与模型的镜像匹配基础。可基于完整应用模型，建立变电站一次设备与保护的关联模型、一次设备与录波通道的关联模型、一次设备电气拓扑模型，在此基础上，电网发生故障时实现面向对象的故障自动分析，并以可视化的方式展示故障诊断结果，为电网事故后的系统快速恢复提供辅助决策支持。由此可见，保护设备状态监测和诊断装置具备了整合网络报文甄别、在线运行状态监视、异常智能诊断、检修安措可视化、故障自动分析等功能的可能，可实现二次系统配置方案的优化，减少现场维护工作量，提升信息共享和应用的集成度。
5应用实例分析
本文所研究的继电保护状态监测系统（简称RSS系统）在福清赤厝220kV变电站现场得到了应用，该变电站工程建设规模：2台主变压器，4回220kV出线，2回110kV出线，14回10kV出线。应用具体方案如图2。赤厝220kV变电站部署的RSS-501继电保护在线监测系统结合本文研究成果主要实现了以下功能：①在工程SCD的基础上实现全模型建模；②实现了SCD在线管理，确保设计结果与运行配置的一致性；③实现了基于“图实相符”的可视化应用；④实现了基于SCD模型的可视化安措，为检修人员提供了防“三误”的技术措施；⑤实现了面向对象的故障自动分析，为电网事故恢复处理提供了辅助决策手段。
图2
6结束语
本文针对智能变电站技术特征，分析了SCD应用现状，阐述了智能变电站工程应用需要解决的主要问题，展示了基于全模型SCD的可视化运维效果，提出了智能变电站二次系统优化配置方案，介绍了基建依托工程的基本应用模式，对于未来智能变电站基于模型的智能化应用提供了可借鉴的技术路径。
参考文献：
［1］高翔.智能变电站技术［M］.北京：中国电力出版社，2012.
［2］罗皎虹，刘韶俊，俞亮.智能变电站SCD在线应用探索［J］.供用电，2015，32（3）：47-51
论文作者:黄小英
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/15
标签：变电站论文; 模型论文; 智能论文; 在线论文; 系统论文; 设备论文; 回路论文; 《电力设备》2017年第21期论文;