智能变电站继电保护试验方法的探讨与研究

李立刚，李洪凯，陈祝新

（国网朝阳供电公司，辽宁 朝阳 122000）

智能变电站继电保护试验方法的探讨与研究

李立刚，李洪凯，陈祝新

（国网朝阳供电公司，辽宁 朝阳 122000）

智能变电站应用了智能终端、合并单元、交换机等大量新设备，传统的电缆二次回路被光纤和交换机代替，使变电站的信息传输方式和表现形式发生转变，智能变电站继电保护验收也发生了变化，常规变电站的试验方法已经不再适应智能变电站继电保护验收工作。以马山、何家220 kV智能变电站的现场验收为例，分析智能变电站继电保护试验方法存在的问题，提出了依据变电站相同结构及继电保护原理，将智能变电站继电保护现场验收与常规微机继电保护验收融合来解决智能变电站继电保护试验问题的观点。

智能变电站；继电保护；验收方法

1 智能变电站与常规微机保护变电站的区别

智能变电站中，增加了光学电流互感器、电子式互感器、综合智能单元、智能终端、合并单元、交换机等大量新设备，传统变电站的电缆二次回路被光纤和网络所代替，复杂的二次接线已不复存在，智能变电站中增加了SCD配置文件，真实的端子排被虚端子代替，使变电站的信息传输方式和表现形式发生了变化。交流电流、电压信号以及直流控制、位置、告警信号被SV、GOOSE所取代；装置的功能及各装置间联接关系体现在全站SCD配置文件及虚端子中。但是变电站的结构及保护原理没有发生变化。智能变电站的新增技术，将保护功能和保护所采集的交流模拟量、保护开入开出量分离，保护所采集的交流模拟量、保护开入开出量就地化，简化二次回路，降低成本，提高保护功能的冗余度，从而达到智能化的目的，实现与智能电网的更好同步。

智能变电站的试验模式、试验内容、试验方法也将随着新形式、新设备、新技术的发展而发生变化。从试验工作的内容而言，智能变电站比常规变电站增加了许多新内容，试验过程中必须对全站配置文件SCD进行校核并管理；设备间的互联、互通测试成为了试验的重点；而常规变电站的试验项目，如保护性能、断路器传动、五防联闭锁、遥测、遥信、遥控等，在智能变电站试验过程中并没减少，只是试验方法有所改变，常规的模拟量和开关量输入、输出被数字形式的SV和GOOSE所取代。对于整个SCD的验证就如同对变电站整个二次回路的验证。如母差保护接受与发出的数据与各个间隔的关联，备自投充放电及动作需要的条件，动作后作用于的间隔。对于综合智能单元机智能终端的验收就类似于对微机保护的操作箱验收。各种开入开出、闭锁及操作回路仍然存在，而且与现有的保护验收规范相同。将智能变电站继电保护现场验收与常规微机继电保护验收融合起来是论文讨论的重点。

常规变电站建设过程中，一次系统和二次系统在现场安装完成后需要进行试验，以确保设备安装的正确性以及二次系统功能符合设计需求。微机继电保护装置的现场验收项目如下［1］。

测量绝缘；检验逆变电源；检验固化程序是否正确；检验数据采集系统的精度和平衡度；检验开关量的输入和输出回路；检验定值单；整组检验；用一次电流及工作电压检验。

而智能变电站的保护装置现场验收项目与常规站基本相同：外观检查；装置通电检查；采样值输入检查；GOOSE开入开出检查，配合压板试验；保护元件定值检查；保护逻辑功能检查；保护整组试验；保护传动试验；保护信号检查，测试保护动作报文正确性。

要将现有的成熟微机保护验收方法和智能变电站保护验收融合在一起，首先要了解智能变新增的技术、概念，理解微机保护系统。下面对微机保护与智能变电站的区别进行讨论。

由于常规综合自动化变电站设备功能和性能相对成熟，试验技术相对规范，试验重点为装置单体功能调试、二次电缆核对、断路器联动、遥测和遥信量检查以及一次通流／通压等。而智能变电站中，电子式互感器的应用改变了常规分散采样的模式，由其提供统一的电流、电压采样值给保护、测量、计量等应用，实现了采样的数字化和共享化，其本身的性能直接影响到终端应用；智能终端的应用使二次系统与一次设备之间的联系实现了数字化、网络化，其功能和性能直接关系到对一次设备信息采集和控制的正确性和可靠性；以太网络的应用改变了信号的常规电缆传输模式，实现了信息的共享，网络的实时性和可靠性决定了全站二次系统的功能和性能；采用面向对象的统一建模方式，装置原有的输入输出端子转变成了配置文件中数据集形式的虚端子，原有的装置间电缆连线也随之转变成了虚端子联系，装置间的联系体现在配置文件中，变得非常抽象，但依然是实现系统功能的基础和关键；配置文件中的虚端子联系和数据集输出相当于常规变电站的二次电缆端子排图，决定了系统中装置的输入、输出以及相互之间的联系，其正确性直接关系到保护、监控等二次系统安全、可靠运行；配置文件中IED的GOOSE、SV、MMS等参数是系统正常可靠运行的基础，因此试验工作必须首先对配置文件中的虚端子以及装置相关配置参数的正确性进行检查、验证。网络通信成为智能变电站中设备之间信息交互的主要方式，过程层设备与间隔层设备间的SV、GOOSE互联、互通以及间隔层设备与站控层设备间的MMS互联、互通都基于网络通信，网络通信方式的互联、互通成为了智能变电站系统功能实现的基础和正常运行的关键，因此是试验工作的重点，必须对设备信号收发的正确性、设备间信号传递的正确性和可靠性以及VLAN等网络配置的正确性和安全性进行验证。

保护、测控等装置的单体功能试验以及少部分的二次电缆核对在智能变电站试验过程中仍然是不可缺少的部分，但由于保护、测控等装置的功能算法并未改变，对其试验方法也未改变，这些试验的工作量、所占比重以及所需时间相比常规变电站要少很多。因此，智能变电站与常规变电站相比，试验工作有虚端子和配置检查、互通试验、电子式互感器性能测试、网络性能测试、采样同步性能测试等。这部分工作是智能变电站现场试验的重点和关键，也是后续试验工作的基础和前提。而常规微机保护性能试验、传动试验等工作也是智能变电站试验中的内容。SCD文件类似于微机保护的二次图纸，把SCD文件下装到保护和试验仪，相当于完成了微机保护二次回路电缆敷设、二次接线，这样各保护及元器件之间的联络已经完成。1个GOOSE、SV就是1个数据集，1个数据集相当于1根电缆，1个数据集里有几个传输数据就如同电缆里的电缆芯，每根电缆线所接的开关量就是数据集里传输的开关量。GOOSE多用于传输直流开关量，SV用于传输交流采样值。如GOOSE1接收A套保护装置发送的动作信号：跳A、B、C出口动作，永跳出口动作，重合出口动作。当GOOSE1断链时，就说明跳A、B、C出口动作，永跳出口动作，重合出口动作数据无法传输，相当于微机保护中的跳A、B、C动作，永跳动作，重合动作的二次回路“断线”。如SV1是保护用电流：A、B、C三相电流。当SV1断链时，说明保护接收不到保护电流互感器传来的电流采样值。

了解变电站继电保护各相关元件的联系及继电保护验收的相应规程、反事故措施，才能更好地对智能变电站进行现场验收。如220 kV线路保护装置的出口软压板设置有GOOSE跳闸出口软压板、GOOSE重合闸出口软压板、GOOSE启动失灵软压板，软压板不分相；220 kV线路间隔智能终端出口硬压板设置有A相、B相、C相跳闸出口硬压板和重合闸出口硬压板，跳闸出口分相、重合闸出口不分相。因此，220 kV线路保护在整组联动测试过程中需要验证上述3个软压板和4个硬压板的正确性以及与回路一一对应关系，同时考虑检修机制，保护需验证保护装置和智能终端的检修压板对应关系的正确性。

压板测试（投检修：1，退检修：0。这里的试验仪可以看作合并单元），如表1所示。

表1 压板测试动作情况统计

2 装置单体及带开关试验

2.1 直采直跳结构模式

直采直跳模式的保护，可以用数字式试验仪进行现场试验，如图1所示（马山220 kV智能变电站）。首先，将全站SCD文件下装到数字式试验仪，相当于把试验仪输出和输入的交流电流、交流电压及开关量用数字形式与保护端子排连接在一起。然后，将试验仪的SV及GOOSE光纤分别接到保护装置，在试验仪中进行该装置的SV输入、GOOSE输入输出配置后，在试验仪中进行各种模式的试验，包括精度、整组、定值校验［4］。此时的试验仪可以当数字模拟开关用，可以看到保护动作时间、保护动作逻辑及开出量，以及与其他保护相关联的开出量、压板的投退、出口动作情况都可以在试验仪中得以验证。最后，拔掉试验仪GOOSE光纤，并将过程层设备光纤接回保护装置后，进行开关传动试验。

图1 直采直跳网络结构

直采直跳模式的保护试验与微机保护试验方法一样，如图2所示，与在端子排处接入交流试验仪和模拟开关相同。按照微机保护标准化作业指导书可实现数字保护装置的单体及带开关传动试验。

图2 直采直跳模式保护试验接线

2.2 网采网跳结构模式

网采网跳结构模式的网络结构与直采直跳结构模式的区别在于：直采直跳结构模式不经过交换机（1根光纤把2台设备联系起来），而网采网跳结构模式是把所有的数据通过光缆传输到交换机，然后交换机通过VLAN［2］划分传输到各装置，每个装置有自己的IP地址和MAC地址，信息的传输依靠装置的地址来接收和发送自己的数据到所关联的设备上去。如图3所示（何家220 kV智能变电站）。

图3 网采网跳网络结构

网采网跳结构模式的保护也可以用数字式试验仪进行现场试验，试验方法如图4所示，只是在光纤接线上略有不同。

图4 网采网跳模式的保护试验接线

首先，将全站SCD文件下装到数字式试验仪。然后，将试验仪的光纤接至交换机备用光口，关掉该间隔综合智能单元电源（双源输入时保护闭锁），在试验仪中进行该装置的SV输入、GOOSE输入输出配置后，可以在试验仪中进行各种模式的试验，包括精度、整组、定值校验［3］。此时的试验仪可以当数字模拟开关用，可以看到保护动作时间，保护动作逻辑及开出量，以及与其他保护相关联的开出量、压板的投退、出口动作情况都可以在试验仪中得以验证。

何家智能变电站三网合一的网络结构、综合智能单元的应用，使得开关传动试验方法不同，需要使用DF5000数字式互感器模拟试验仪，在综合智能单元处加入交流量进行保护传动试验，此时保护相关信息均能在保护装置上正确体现。此模式如图5所示，相当于微机保护在户外TV、TA的二次侧给保护装置加交流量。重要说明，过程层的A、B网完全独立，对于需要在2个网络里交叉传输的开关量须在综合智能单元处用硬接点开入，经2套综合智能单元变成数字量后进入过程层A、B网。

图5 网采网跳模式的保护开关传动试验接线

网采网跳的网络结构中，还要对综合智能单元及电子式互感器、光学互感器的同步性和一致性加以验证。同步要求全站各间隔的交流采样传输延时一致，包括与纵差保护对侧电磁型互感器的传输延时比较。原理是将电磁型电流互感器与光学互感器（或电子式互感器）串接在一起，分别将两侧保护的交流采样接入对应的微机保护与数字保护中，检验两侧差流的大小及相位在合格范围内。一致性的验证可以在对变压器通电试验过程中完成。原理将主变高（低）压侧按正相序接入380 V电压，主变低（高）压侧A、B、C三相短接。查看主变差动保护电流相位及差流在合格范围内。

在以上试验过程中，智能变电站试验重点内容更多侧重于虚端子检查、互通性试验和保护GOOSE／SV中断告警及信号处理功能检查。智能终端、合并单元检修［4］时保护装置处理功能检查，GOOSE、SV断链时保护装置告警信息检查的测试等，可充分利用厂内环境，按照实际工程配置，将所有保护、测控、合并单元、智能终端、交换机、监控后台等试验项目完成。

系统集成测试是智能变电站试验的重要特点［5］，在试验室或厂内，利用一次升流技术有利于开展采样值同步性能测试，特别是线路两侧光纤差动保护采样同步性测试；利用网络测试环境有利于开展网络性能测试，特别是过程层网络性能的测试。智能变电站中新设备、新技术应用成熟以后，系统集成测试也可在现场进行。

3 结束语

随着智能变电站的全面快速发展，智能变电站的保护验收工作也在逐年增加。常规的微机保护试验方法已不能满足智能变电站的发展，根据相同变电站的结构及继电保护原理提出的智能变电站继电保护试验方法在2012年投运的马山、何家220 kV智能变电站继电保护验收中首次应用，目前2座智能变电站系统运行良好，保护动作正确。该试验方法是未来智能变电站继电保护验收的重要依据。

［1］继电保护和电网安全自动装置检验规程：DL／T 995—2006［S］.

［2］智能变电站网络交换机技术规范：Q／GDW 429—2010［S］.

［3］智能变电站继电保护检验规程：Q／GDW 1809—2013［S］.

［4］黄 未，周家旭，张武洋.智能变电站合并单元现场测试技术研究［J］.东北电力技术，2014，35（1）：11－12.

［5］王学超，李文鹏.智能变电站二次系统集成测试工作浅析［J］.东北电力技术，2014，35（10）：33－35.

Study on Acceptance Method of Relay Protection in Intelligent Substation

LI Li⁃gang，LI Hong⁃kai，CHEN Zhu⁃xin
（State Grid Chaoyang Power Electric Supply Company，Chaoyang，Liaoning 122000，China）

A large number of new equipments such as intelligent terminal，merging unit and switch are applied in intelligent substa⁃tion.Traditional secondary circuit of cable is replaced by fiber and switch.The mode of information transmission and the form of expres⁃sion in substations have been changed.Field acceptance of Mashan and Hejia 220 kV intelligent substation is taken as the research ob⁃ject in this study，by analyzing existing problems of relay protection，according to the structure of the substation and the principle of re⁃lay protection，the point how to integrate the field acceptance of relay protection into traditional one is further proposed.

Intelligent substation；Relay protection；Acceptance method

TM63；TM77

A

1004－7913（2016）03－0048－04

李立刚（1976—），男，高级技师，从事继电保护、智能变电站关键技术研究。

2015－11－27）