智能变电站保护自动化系统原理解析及系统调试要点

智能变电站保护自动化系统原理解析及系统调试要点
【摘要】智能变电站是以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求自动完成二次系统信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能。

智能变电站二次系统主要由保护装置、测控装置、智能终端、合并单元等智能组件组成，其主要特征是数据采集数字化、信息交互网络化。

本文主要对智能变电站二次系统调试的试验流程、试验重点和难点等进行探讨。

【关键词】智能变电站；二次系统；调试
1.引言
1.1概念与特征
近年来，随着我国经济快速的发展，电力系统如何变得更加安全可靠成为了迫在眉睫的话题，因此需要借助计算机、通信等技术将变电站智能化以解决电力行业面临的问题。

智能变电站的定义为通过采用先进的各种技术，目标使设备参数化，规范化，标准化，自动的完成各项工作并实现信息有效反馈和实时共享，其二次系统具有以下特征：
（1）高度集成，交互良好：整个系统结构完整简介，通过无缝连接通信技术联通变电站与控制中心，实现了全数字采集无遗漏，最大程度降低了维护工作。

（2）自动控制，协同保护：由于所有的数据都实现了数字化电子化采集，因此原本散乱的二次系统经过整合，实现了全面优化。

（3）在线反馈，实时决策：由于数据在线监测，实时反馈，因此可以有效的反映电网以及变电站的运行状态实现监测，反馈，决策同步。

1.2二次系统基本架构
智能变电站二次系统基本架构分为三个部分，在IEC6185A通信协议草案中将这三个部分描述为“过程层”、“间隔层”、“站控层”，如图1所示。

图1 二次系统架构示意图
过程层是智能化的核心，是一次设备和二次设备的结合点，主要包括电子CT/PT，合并单元，智能测控箱等。

间隔层可以及时汇总实时数据，对一次设备进行保护，完成网络通信功能并控制命令的优先级别，是信息传递的纽带，主要包括保护装置，交换机等。

站控层可以汇总整个变电站的所有信息，提供控制界面，实现多层管理控制，
并与控制中心进行远程通信，主要包括五防机，监控计算机，远动机等。

图2所示为某110KV智能变电站架构示意图。

图2 架构示意图
此智能变电站的二次系统采用的是三级设备加两层网络的结构。

变电站内过程层由GOOSE和SV网构建组网方案先关间隔层，过程层的所有GOOSE命令、IEEE1588V2的保温记录通过两条主干线网络传送，一次设备的所有信息，包括运行状态，控制命令都被转化成了数字信息[1]
1.3变压器保护装置
主变保护采用了两重一体化配置，变压器实时监控MU上的信号，依托GOOSE网络传递控制命令，最终实现控制每个断路器的效果。

依据现在的装备原则，变电站内主变保护一般要求两套保护必须为不同厂家的产品，以防在保护逻辑上出现同样的错误。

1.4备用自投装置
备用自投装置采用光纤与对应间隔层连接最终传递到合并单元，完成直接采样的目的，所有的控制命令也是依托GOOSE网络传递。

2.二次系统调试内容
在智能变电站初始招标时，应责成监控系统厂家在明确技术规范细节后，将所需装置运输至集成商处进行集成试验，在多方通力配合下验证各项功能后将设备运输至变电站施工现场。

电力设计院设计整个智能变电站的虚端子图，之后将其配置成SCD文件进行方法并装至各设备中，产生合格的CID文件，最终验证整个系统的正确性、可靠性和合理性，此时标志着智能变电站完成了所有的二次系统配置。

2.1单位装置调试
（1）合并装置：确保采样的完整性，包括幅角，极性，配置是否符合要求，电压的切换和并列功能是否完备，是否可以实现报警和实时对时。

（2）智能终端装置：确保报文可以准确收发，输入、输出开关量有正确的接点。

（3）过载保护装置：确保采样功能有良好的，保护功能逻辑正常，压板状态良好。

（4）遥控遥测装置：确保间隔五防闭锁逻辑正常，同期合闸正常。

（5）故障记录装置：确保故障模式的有效性，故障数据可以完整记录下来，录波功能正常。

（6）数据记录装置：确保数据记录报文的完整性，及时性和有效性，报文分析报警功能正常。

2.2 SV采样装置调试
在单位装置调试完毕后，可以开始SV采样装置调试。

将电压和电流加入在互感器的二次绕组处，确保采样的正确性，可以将信息正确传送至有需求的设备，并可以先删除接收到的SV报文。

2.3保护装置调试
通过故障树分析，模拟各种可能出现的故障，检查确认智能操作箱是否正常，故障是否被记录，后台信息显示是否完整[2]。

2.4监控装置调试
通过监视控制台检查确认如下要求：监控设备界面的图谱是否符合要求，遥控遥测值是否实时获取，警示信号是否及时提示，远方控制命令是否有效。

同期功能是否正确、有效。

3.集成化平台调试内容
3.1 SCADA调试
（1）利用l个测控装置，通过发送单个和批量的信号调试实时数据变位。

（2）利用2个测控装置发送SOE信号，测试记录的响应时间。

（3）利用多个测控装置，进行实时数据传送调试，测试收发一致性。

（4）利用任意对象进行遥控遥测调试，测试指向性。

（5）当保护动作启动时，测试保护装置是否提示并显示状态。

（6）利用历史数据，查询遥控遥测值的准确性和正确性。

3.2远程通信调试
通过分别对IEC61850-80-1进行调度，以及SOE和遥测上送，SNTP对时等
调试，记录响应时间，确认正确率和同步率。

3.3故障分析调试
故障智能分析功能调试：检查配置是否正确，按照故障树预案，逐条出发相关信号，观察警报程序和记录中的分析推理结果，并且进行查询，确认其可以按照警报的等级和类型进行分页显示，并可以通过关键字筛选对结果进行过滤，实现实时刷新、暂停、指定屏蔽效果，最终可以保存成多种格式的离线文件，例如TXT，PDF等格式。

3.4顺序控制调试
通过应用OptManaer模块，任意调用已有操作票，进行增删改等操作，保存并重新启动后确认操作程序是否发生变化。

通过调度发送控制指令，检查总控执行过程以及响应是否正确并且一致[3]。

3.5 VQC功能调试
在智能无功优化控制（简称VQC）系统中设置全部参数，包括系统参数，电容器参数，电抗器参数，主变参数，母线参数，通过人工改变相关数值的情况下检查VQC的运行区域和动作情况。

3.6远动通信调试
通过调度主站发出的规则约定应该与实际情况一直，具备所有的遥测量、遥信量、报文量联通显示功能，并可以通过操作端的面板实时遥控。

主要调试需要覆盖以下方面：设备外部绝缘，变电站工程配置远动信息表，遥信遥测功能，主备切换功能，GPS时间同步，通信信号频率及稳定性[4]。

4.调试的影响、作用及要点
现阶段智能变电站对二次系统调试产生了很多的影响和作用，例如促进了二次系统智能集成化，使二次接线设计在优化设计后变得更加简洁，优化了智能变电站的保护配置模式。

下面对二次接线设计优化进行重点剖析。

由于数字化的大行其道，并且得以在EVT和ECT中实现，借助光纤通信链路，答复的提升了抗干扰能力，完全摒弃掉以往广泛使用的互感器二次交流回路，真正意义上实现了第一次和第二次系统间的电器隔离。

由于有了智能开关，现阶段主控制室保护装置和实施现场执行机构以及测控设备间没有直接联系，作为一个智能终端，智能开关通过传递和发动控制命令，控制各个电器单元，大幅度减少了以往工作中的错误接线以及误碰误触情况的发生。

正是因为二次接线设的优化设计，有效地减少了继电保护装置中的I/O插件，并进一步降低了智能变电站的制造成本，从另一个角度延长了其使用寿命。

保护装置的原理更新很快，在同一保护装置上，各个厂家的产品有共同点也有不同点，在进行保护单体调试时一定要进行区分，不以经验办事，在定值计算机运规编制时要根据每个厂家的特点具体对待。

例如：某220kV变电站主变保护装置
A套PCS-978NE （南京南瑞继保电气有限公司）
B套PRS-778S（长园深瑞）
主变保护A套及B套保护在发生PT断线时会自动闭锁阻抗保护，而投运时1号主变保护A套一直在报PT断线告警，1号主变保护B柜没有报PT断线告警。

后备保护中均含有阻抗保护，其中PT断线或异常时均退出阻抗保护，但PT 断线的判别却有差别，具体如下：
南瑞的PCS-978NE PT断线判据为：
（1）正序电压小于30V，且任一相电流大于0.04In或开关在合位状态。

（2）负序电压大于8V。

（3）相电压中的三次谐波分量超过工频分量的10%，用来检测PT的N线是否正常。

长园深瑞的PRS-778S PT断线判据为：
（1）正序电压小于30V，且任一相电流大于0.04In。

（2）负序电压大于8V。

现场220kV主变保护的电压取自主变间隔专用的一组PT，未采用母线PT，所以1号主变冲击时无PT电压（冲击时PT二次空开未合闸），但因为主变A套保护南瑞的PCS-978NE PT断线判据有“或开关在合位状态”的判据所以具备了PT断线的判据发出了PT断线信号退出了阻抗保护，主变充电时保护未动作。

而主变B套保护长园深瑞的PRS-778S PT断线判据没有“或开关在合位状态”的判据，未发出PT断线信号，导致阻抗保护动作。

在两个厂家的说明书中均写到：当某侧PT检修时，为避免阻抗保护的误动作，需退出“本侧电压投入”压板，此时自动退出阻抗保护，由于主变高压侧采用了专用PT，在主变冲击时条件类似于PT检修，所以在主变投运时按厂家说明书要求需退出本侧电压投入压板。

在第二次主变冲击时按中调要求带主变高压侧PT空开直接合闸一次充电，投运成功。

5.结束语
智能变电站是智能电网建设的重要核心组成部分，同时也是发展智能电网的核心竞争力，其建设过程和智能变电站二次系统设计的总体目标紧密相连，因此开展智能变电站二次系统调试方法的研究工作显得十分重要，在整个过程中需要严格参考行业内的标准进行对比，从全局出发，统筹规划，实现运行高效化，结构紧凑化以及集成稳定化。

本文论述了智能变电站二次系统调试中遇到的相关问
题并对调试方法和步骤进行了深入探讨和分析，目的在于对智能变电站的整体结构有更加深入的了解，尽可能的发挥二次系统的优势，使得智能变电站伴随着智能电网的发展更加协调有效，整个系统运行更加稳定可靠。

【参考文献】
[1]张强，李学林.数字化变电站二次调试技术研究[J].东北电力技术，2008，30（1）：9-11.
[2]吴博，于江.数字变电站继电保护调试研究[J].河北电力技术，2007.37（4）11-15.
[3]吴大军，胡瑞钦.只能变电站自动化系统研究[J].电网技术，2005.57（20）：51-56.
[4]徐春生，王益红.智能变电站二次系统全面研究[J].华北电力，2011，4.。