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一种智能变电站二次设备即插即用实现方法

发表时间：2021/5/14 来源：《基层建设》2021年第2期作者：郑昌圣

[导读] 摘要：智能变电站二次设备一般采用人工调试的方式，其耗时多且繁杂，成为了制约变电站投运进度的一大因素。

        四川电力设计咨询有限责任公司四川成都 610000
        摘要：智能变电站二次设备一般采用人工调试的方式，其耗时多且繁杂，成为了制约变电站投运进度的一大因素。本文针对二次设备调试过程当中的主要配置工作，提出了即插即用的实现方法。首先将物理接口、虚端子、虚回路进行了标准化，继而将装置名称、控制块等需要配置的内容按所编制的规则提前录入规则库中。现场调试时，通过主接线形式和装置安装位置这两个定值，对装置进行现场整定，从而实现二次设备的即插即用。通过分析全站调试时间，说明了该方法能够有效缩短变电站建设周期。
        关键词：智能变电站；二次设备；即插即用
        1 引言
        在智能变电站建设过程中，二次设备调试是十分的重要阶段。通过对设备进行功能、通信、信息交互等各方面的配置和测试后，才能确保安全投运。在调试阶段，全站配置文件SCD的配置过程是核心工作，具体包括全站装置命名、地址分配、控制块分配、虚回路配置等方面。变电站的二次设备由多个厂家提供，其配置步骤繁多，手工配置方法效率低下[1]。各种因素制约着工程投运进度，也增加了消除缺陷难度，亟需引入新的配置理念。
        近年来，“即插即用”的概念不断出现在智能站的设计方案中，最为典型的就是预制光缆以及航空插头电缆方案[2]。将其应用到二次设备上，能够促进二次设备的标准化，缩短智能站的调试周期，提升设计、建设、运维的工作效率和流程管控效果，对成本节约、节能环保等有着重要的促进作用。
        目前，常规变电站已有即插即用二次设备的工程实例，即就地化保护[3]。但该技术应用在智能变电站的二次设备上遇到了瓶颈，具体表现在以下三个方面：
        （1）虚端子定义不标准
        厂家模型的差异导致IED虚端子数据集定义的不同[4]。具体体现为不同的厂家对虚端子描述、含义和数量的差异。另一方面，一次设备提供的装置信号不标准也使得采集端的IED装置无法实现标准化。
        （2）通信接口配置的差异化
        由于IEC61850规约的开放性，使得设备在出厂前未对通信接口做具体定义，实际配置由调试人员现场完成，则导致IED设备的接口定义不一、排布方式不同。
        （3）IED自动配置规则的缺失
        人工配置的方法受限于调试人员的经验，虽然不同厂家有统一的配置原则[5]，但装置名称、地址、控制块以及实例化虚端子等具体配置方案各有差异，对于类似于国家电网这种大型企业而言不便于统一管理。
        为此，本文提出针对智能变电站即插即用二次设备的实现方法：在装置标准化通信接口和标准化虚回路的基础上构建标准化的“配置库”文件，预先将不同主接线形式和二次设备安装位置对应情况下的物理接口、虚回路接口排布和定义、IED装置命名、控制块分配等内容装入配置库文件。将主接线型式和二次设备安装位置两个关键因素分别作为即插即用功能的“定值1”和“定值2”，通过人工“整定”的方式，从装置的配置库文件中自动匹配出相应配置，包括，达到“自动匹配配置文件”的目的，继而实现即插即用。
        2 二次设备即插即用的基本思想
        实现本文智能变电站二次设备即插即用的功能，主要依靠三个层次的统一。首先是物理接口统一，需要预先确定设备的接口数量，使其能够满足该装置应用在不同主接线形式和不同安装位置下的需要。然后是虚端子、虚回路的统一，将虚端子定义标准化，虚回路订阅/发布关系标准化，使装置在不同主接线形式和不同安装位置下，收发的信息内容和对象明确。最后是装置名称、控制块、地址等具体配置内容的统一，通过标准化手段，将不同主接线形式和不同安装位置下的配置方案预制到库中，再通过定值整定的方法快速配置。
        3 实现即插即用方案的关键技术
        3.1 装置接口标准化的实现
        装置物理接口标准化的目的是将IED设备光口排布标准化，定义针对不同主接线型式、不同装置安装位置情况下的光口含义。当安装于边断路器时，其光口配置的标准化如下：

        图1 安装于边断路器时断路器保护背板光口分配
        3.2 虚端子、虚回路标准化的实现
        智能站IED装置标准化虚端子是智能站即插即用装置的前提。目前，大部分生产厂家的虚端子十分接近，说明虚端子标准化已初步具备条件。在此基础之上，还需结合调度部门的《典型信息表》要求，进一步将IED数据集定义标准化。以边断路器间隔断路器保护为例，该装置与外部的订阅、发布关系如下。
        表1 边断路器间隔断路器保护订阅/发布关系

        如上表所示，在断路器保护、线路保护、母线保护、断路器合并单元、线路合并单元、断路器智能终端内部订阅和发布的虚端子已标准化的前提下，无论是向外发布还是订阅，其外部设备都能提前确定，且该设备全站唯一。
        以断路器保护为例，其SV订阅内容的外部设备为边断路器合并单元和线路合并单元，通过前述方法已实现其物理接口的标准化。还需实现对装置内部GOOSE报文的发布/订阅的虚回路通道进行区分，这里引入装置内部用来表征数据内容的参数—“数据集”（Data Set）。
        数据集内包含的是装置虚回路中传递的所有信息，传统的数据集是按照包含信息的类别区分的，从断路器智能终端向断路器保护发布的信息可能包含在两个数据集中，数据集与GOOSE发布/订阅的虚回路并无具体联系。
        通过对数据集重新梳理分类，将需要向同一外部装置发送/订阅GOOSE的信息打包至同一个数据集，并从装置内部指定该数据集的发送/订阅方向。以断路器保护为例，将其GOOSE发布/订阅信息按设备去向整合成8个数据集，如下表所示：
        表2 基于数据集的虚回路配置表

        3.3 配置库规则制定
        3.3.1 装置名称配置规则
        在配置文件中，变电站中每一台IED的名称是唯一的，其名称配置为7位数字或字母的组合。
        1表示设备类型：C-测控，P-保护，S-四合一，R-录波器，I-智能终端，M-合并单元，U-合并单元智能终端一体，DZ-低周减载，SB-失步解列，WK-稳控，Z-在线监测，PMU-同步相量，Q-其他IED。
        2表示间隔类型：G-公用，B-开关，T-主，变L-线路，M-母线，D-直流，X-规约转换，R-电抗器/高抗，C-电容，S-站用变，U-站用电，E-母联/分段，Z-备自投，Y-短引线，J-远跳判别，N-非电量，Q-其他。
        34表示电压等级：00-公用，10-10kV，35-35kV，以此类推。
        56为序号：从01到FF。
        7为编号：A-第一套，B-第二套，C-第三套。
        根据上述规则，例举750kV智能站3/2接线型式下，安装在750kV第一串边断路器的第一套保护为PB7511A。
        3.3.2 控制块配置规则
        IED以数据集为单位发送信息，发送数据集必须配置相应的控制块。根据ICD文件中的数据集个数进行控制块个数分配，一个控制块对应一个数据集。智能站采用发布/订阅机制，数据集的发送者必须配置控制块，接受者则无需配置。
        以750kV智能站3/2接线型式下750kV部分第一串边断路器第一套保护装置为例。该装置需要向边断路器第一套智能终端、中断路器智能终端、相关线路第一套保护、母线第一套保护发送GOOSE信息，则需要配置4个GOOSE控制块。
        4 定值区的规则制定
        4.1 定值1-主接线形式
        参照国网发布的标准化设计文件，以通用设计作为编制定值的基础。具体规则如下：
        4.2 定值2-装置安装位置
        装置的安装位置跟电压等级，间隔类型相关，因此，其定值可按四字段格式编排，具体编制规则如下：
        （1）第一字段表示电压等级：75对应于750kV电压等级，33对应于330kV电压等级，以此类推；
        （2）第二字段表示间隔类型和设备类型：其中第一个字节表示间隔，第二个字节表示设备。其分类方法与3.3.1中一致。
        （3）第三字段表示装置序号：如第一串的边断路器1可定义为11，中断路器可定义为12，边断路器2可定义为13；
        （4）第四字段表示装置编号：A表示第一套，B表示第二套，C表示第三套。
        根据上述编制规则，具体定值可参见下表：
        表3 定值1及其含义

表4 定值2及其含义

        在实际调试过程中，人工“整定”类似于传统保护定值下发的操作。选择适用于具体工程的主接线和装置的实际安装位置的定值后，在现场录入装置，从而完成后续自动配置功能。
        5 结论及展望
        IED设备传统的组态配置由调试人员在预制舱内完成，针对于偏远地区在建的变电站而言，调试环境较为恶劣，且在舱内耗时较长。在装置配置顺利的前提下，平均每台IED需耗时30分钟左右，如若遇到装置重复修改配置的情况，耗时约1~2小时。采用即插即用装置后，单台IED装置的组态配置时间可以缩短至5分钟左右。按此估算，整站的调试时间可以缩短80%以上。
        智能站IED设备的传统调试和配置方法较为复杂，整站的IED设备需要进行反复多轮配置和调试，才算最终完成调试工作。利用即插即用装置后，可快速完成每台IED装置的配置工作。装置具有可以重复利用、交替利用和推广的优势。大大节约了设备配置和调试投入的人力资源，为缩短变电站建设周期提供了条件。
        参考文献：
        [1]王优优，朱维钧，余斌，等.变电站继电保护的即插即用接入技术研究[J].湖南电力，2019，06：79－82.
        [2]周颖.智能变电站光缆与电缆即插即用优化设计[J].通信电源技术，2019，06：158－160.
        [3]柯人观，杨涛，戚宣威.即插即用就地化保护技术方案探讨[J].浙江电力，2017，10：11－16.
        [4]高亚栋，朱炳铨，李慧，等.数字化变电站的“虚端子”设计方法应用研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（5）：124－127.
        [5]刘俊红，邓兆云，李泽科，等.基于即插即用的智能变电站信息自动校核技术[J].电力系统保护与控制，2018，02：137－143.
        作者简介：
        郑昌圣（1990-），男，汉族，硕士，工程师，主要从事电气设计工作。