IEC61850通讯规约在500kV芝堰变电站的应用

华北电力大学能源动力与机械工程学院 钱平 郑海明QIANPingZHENGHai-ming

浙江省电力公司生产技术部 钱平 QIANPing

IEC61850通讯规约在500kV芝堰变电站的应用

华北电力大学能源动力与机械工程学院 钱平 郑海明QIANPingZHENGHai-ming

浙江省电力公司生产技术部 钱平 QIANPing

随着用户对电能可靠性和质量要求的不断提升，智能电网、互动电网等技术逐步兴起。数字化变电站是智能电网的物理基础，国际电工委员会发布的IEC61850标准为数字化变电站技术奠定了理论基础。本文探讨了IEC61850规约在智能化一次设备以及数字化通信技术的发展及在500KV芝堰变电站的具体应用。

IEC61850标准；智能电网；数字化变电站；变电站自动化

1.言

IEC61850是国际电工委员会TC57工作组制定的《变电站通信网络和系统》系列标准，是基于网络通信平台的变电站自动化系统[1]唯一的国际标准。IEC61850标准采用自顶向下的方式对变电站自动化系统进行系统分层、功能定义和对象建模，规范了数据的命名、数据定义、设备行为、设备的自描述特征和通用配置语言，包括面向对象的标准、通信网络性能要求、接口和映射、系统和项目管理、一致性测试等方面内容，使不同智能电气设备间的信息共享和互操作成为可能。

500kV芝堰变电站是国家电网公司首座500kV智能型数字化变电站[2]，位于浙江省金华兰溪市黄店镇，变电站保护及自动化设备均采用IEC61850通信规约，并首次在500kV变电站间隔层、过程层中深入应用GOOSE技术，首次将断路器智能终端下放至开关场，监控后台采用程序化操作。

2.EC61850标准简介

IEC61850标准通信协议的核心概念之一是必须要在变电站内建立遵循IEC61850标准的数据模型。建模的实现包括3个过程：（1）虚拟化。（2）抽象化，体现在两个方面：一是仅对可见的且可通过网络访问到的真实设备(例如断路器)或真实功能的特性建模；二是仅定义了概念性的协调工作，不定义具体的交换信息。（3）分解。为支持功能的自由配置，将功能适当分解成相互通信的逻辑结点。由于IEC61850对大多数公共实际设备和设备组件进行建模，这些模型定义了公共数据格式、标识符、行为和控制。充分利用IEC61850的自我描述、可重复使用的建模用标准名和类型信息这一特性，降低整个系统设计、工程、运行、维护等费用，节约时间。

IEC61850标准按照变电站自动化系统所要完成的控制、监视和保护三大功能提出了变电站内功能分层的概念：无论从逻辑关系上还是从物理结构上都将变电站的功能分为3层，即变电站层、间隔层和过程层[3]。变电站层包括监控主机、操作员工作站、维护工程师站等，其主要功能是为变电站提供运行、管理、工程配置的界面，并记录变电站内所有相关信息；所有变电站层设备均采用100M工业以太网，并按照IEC61850通信规范进行系统建模并进行信息传输。间隔层的功能是利用本间隔的数据对一次设备产生作用，如线路保护设备或间隔控制设备，间隔层主要包括保护装置测控装置以及其他智能设备。过程层是IEC61850标准中提出的新概念，其包括智能I/O单元、电子式互感器、智能一次设备、智能传感器等，主要功能是实现各种电气量的就地采集以及实现对智能一次设备的直接控制。

变电站层与间隔层之间采用以太网通信方式，并采用IEC61850规范；过程层与间隔层设备之间的通信，对于智能I/O单元采用IEC61850标准，对于电子式互感器，可以采用 IEC61850-9标准，也可以采用IEC60044系列电子式互感器规范进行。变电站内还包括其他辅助设备，包括通信装置，其功能是将站内不支持IEC61850的智能设备(如UPS、直流屏等)转换成符合IEC61850规范；此外，设置一套GPS对时设备，实现变电站内统一对时。 IEC61850的分层模式与现有大多数变电站自动化系统不同，现有系统中的过程层功能都是在间隔层设备实现的，随着电子式互感器的应用，现代电力技术的发展趋势是将越来越多的间隔层功能下放到过程层，可见 IEC61850是面向未来的开放式标准。

3.用IEC61850规约后对变电站的影响

采用的IEC61850规约的数字化变电站与传统变电站的存在许多不同特征，这些特征对数字化变电站运行、检修和扩建等方面产生了重要的影响。

3.1.行方面的影响

运行部门需制定链路断链时的判断方法及处理原则，制定软压板命名规范并在现场粘贴命名对应表。需增加交换机的运行巡视以及异常的判断和处理，通过红外测温等手段加强温湿度监视。后台需具备链路断链监视、断链告警信息显示、温湿度监视和检修态信号及未复归信号分栏列出等功能。需具备置数和取代功能并能以不同的颜色加以区分。

3.2.修方面的影响

原来的二次回路试验变成了GOOSE链路及通信报文的测试[4]。安措方面，原来的二次回路物理隔离变成了网络隔离和通信报文的屏蔽。扩建方面，增加二次回路的接线变成了对SCD系统文件的配置。智能终端户外就地布置后，由于户外环境恶劣，可能会导致故障率提高，增加检修工作量，需制定相应的事故预案。采用软压板后，设备间无明确的断开点，增加了检修的安全风险。需增加网络测试、光纤测试、二次装置对检修态一致或不一致情况下的信息处理和控制的正确性测试等工作。施工时需增加光纤施工。

3.3.收方面的影响

验收过程中需对GOOSE断链、交换机及光纤网络、软压板功能的正确性、软压板信号上送的正确性，遥控操作的正确性、二次装置对检修态一致或不一致情况下的信息处理和控制的正确性、同期逻辑的正确性等方面进行测试。需进行互换试验。

3.4.理方面的影响

需制定温湿度定制、巡视要求，需考虑备品备件。需制定软压板的操作规范、检修压板的管理规范。需制定交换机参数管理和缺陷处理细则。需制定取代功能的管理规范。

3.5.板信息化的影响

压板信息化产生的影响则表现在：运行部门需制定软压板命名规范，现场需粘贴命名对应表，后台需增加遥控操作界面；在检修方面，采用信息化压板后，设备间无明确的断开点，增加了检修的安全风险；在验收方面：软压板功能的正确性、软压板信号上送的正确性，遥控操作正确性。

采用信息化的压板后，便于程序化操作的实现，在数字化变电站中采用程序化操作的模式也值得研究。采用IEC61850技术后，互操作得以实现，信息得到充分共享，装置的一些新功能便于实施，比如测控装置可以实现同期电压自动选择功能。

此外，智能终端的统一建模和户外就地布置、检修态的深层应用、光纤的大量应用、保护及测控取代功能的实现和等也都对数字化变电站的运行、检修和扩建等方面产生了不同程度的影响。

4.于IEC61850规约数字化变电站的技术特点

基于IEC 61850标准的数字化变电站与传统的变电站具有较大差异，分析并准确把握数字化变电站的技术特点是对数字化变电站运行、检修、验收和管理等方面进行研究的基础。

与传统变电站相比，基于IEC61850标准的数字化变电站的技术特点及其对运行、检修、验收和管理等方面的影响主要表现在：

GOOSE机制的深层应用全站所有保护装置、测控装置及智能终端之间的信息交互全部采用GOOSE技术，包括保护跳闸、测控遥控和间隔层的联闭锁等。

智能终端统一建模，户外就地布置因一次设备采用常规设备，智能终端就地安装后，智能终端到一次设备虽然为电缆连接，但和间隔层联系为光纤，这就节省了大量的电缆。智能终端按间隔双重化配置，第一套智能终端实现第一套保护跳闸、测控装置的遥控及现场信号的上送，第二套智能终端实现第二套保护跳闸。

软压板的全面应用

全站二次设备除保留了装置的一块检修硬压板及智能终端的出口压板外，其余全部采用软压板（包括保护功能投退软压板、保护出口软压板、启失灵软压板等），除远方修改定值、远方修改GOOSE软压板外，其余软压板都可在后台进行遥控操作。

检修态的深层应用当装置检修压板投入时，装置发送的MMS报文或GOOSE报文中的Test位应置位；对于信号转发，发送装置或接收装置中任一个带检修位，则发出的信号带检修态；保护跳闸时，只有在终端和保护装置检修态一致时，才能出口。遥控时，若通过测控装置面板遥控，终端和测控装置检修态一致时，才能遥控成功；若通过后台遥控，后台通过对相应间隔的挂牌操作，使对该间隔下发的报文也打上检修标志，后台、测控、终端，三者检修态一致时，才能遥控成功。

光纤网络的大量应用

全站MMS网络、GOOSE网络全部采用光纤网络，光纤网络取代了传统的二次电缆，一根光纤可以传输多个信号，从而节省了大量的电缆。保护装置之间以及小室之间的联系全部采用光纤通过ODF熔接方式实现，所有光纤的备用芯也进行了熔接，一方面起到了备用的作用，另一方面避免了备用尾纤的杂乱布置。

保护、测控实现取代功能全站所有保护装置、测控装置真正实现取代功能，能够在后台对装置的遥测和遥信进行取代。取代后，装置送到MMS网上的信号为取代后的值。

测控装置的自动同期功能

测控装置输入两条母线A相电压和线路三相电压，由测控装置根据母联开关位置自动选择母线同期电压。

5.论

500kV芝堰变为浙江省电力公司以及国网公司IEC61850技术推广及工程应用的示范工程，为目前国内IEC61850规约应用最深的数字化变电所。对于数字化变电站运行、检修，相关运行、检修人员经验比较缺乏，相关知识储备不足，因此研究数字化变电站的运行、检修、扩建的相关技术对维持变电站的长期稳定运行具有重要意义，对今后的数字化变电站的建设、运行、维护、扩建、管理等方面也具有借鉴和推广价值。通过本项目的研究，我们掌握了500kV数字化变电站的运行、检修维护、验收试验等技术，并形成了相应的技术规范。提高了对500kV数字化变电站的运行、维护、验收的水平。为500kV兰溪变今后的稳定、可靠运行提供有力保障。

[1]周新彭．变电站综合自动化技术应用分析[J]．水泥工程，2 0 0 9年第1期：5 6-5 7．

[2]许林生．浅谈数字化变电站自动化技术[J]．广东科技，2 0 0 8年第3期：6 3-6 4．

[3]茹锋，夏成军，许扬．I E C 6 1 8 5 0标准在变电站自动化系统中的应用探讨[J]．江苏电机工程，2 0 0 4，2 3（3）：8-1 2．

[4]石 磊．数字化变电站保护调试［J］．电工技术，2 0 0 9第4期：4 4-4 5．

Application of IEC6185 Communication Protocol in 500KV ZhiYan Substation

As a result of global resources and increasing environmental pressures,the electricity market in the deepening of the process,the user of the power requirements of reliability and quality than ever,the concept of smart grid and interactive grid step by step into the public view.With the rapid development of the power industry， electronics and communications technology,the substation automation technology has improved continuously.The Digital Substation as the physical basis of the smart grid,have sprung up his head.IEC61850 standard that issued by the International Electro technical Commission have laid a theoretical basis for substation digital technology.Intelligent equipment and a digital communications technology development and practical use to enable the construction of the standard IEC61850-based substation digital possible.

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钱平（1 9 8 0.8-），男，浙江金华，工程师，本科，主要从事智能电网技术的运行与管理等工作。