智能变电站继电保护竞赛考评模块开发

廖小君 张里 向倩

摘 要：目前，继电保护竞赛常常采用常规变电站进行实操考试。智能变电站继电保护竞赛主要考点在SCD配置文件的查错和比对。本文针对智能变电站继电保护竞赛开发了智能站虚拟仪器库使用、二次安全措施、SCD配置、保护及测控调试检验、带负荷测试、IEC 61850网络报文分析、异常缺陷处理、事故分析及处理等技能考试模块，该系统使得智能变电站继电保护竞赛考评工作更加客观公正，在现场应用中取得较好的效果。

关键词：智能变电站;继电保护;竞赛考评;考评模块

2009年国家电网有限公司开启智能变电站建设以来，基于IEC-61850体系的继电保护相关产业与科学技术飞速发展。相比于常规变电站，智能变电站存在操作过程混乱、易出错、不易发现等特点，智能变电站由于继电保护检修人员技能水平导致停电事故频发，因此亟须通过开发相应的智能变电站继电保护竞赛考评模块，通过该系统能够快速提高现场检修人员的对智能变电站继电保护设备的认识和学习。

目前针对智能变电站继电保护竞赛考评模块已开展了大量的研究。文献[1]设计了利用PSCAD软件将智能变电站一、二次系统联系起来，并开展了运行维护、静模与动模试验、事故分析等培训业务。文献[2]为了提高继电保护检修调试人员对智能变电站二次设备的认知和现场调试分析能力，提出了实训基地软件和硬件建设方案。文献[3]通过对220kV电压等级智能站继电保护实训室进行改造，增加了全站事故仿真分析，跨间隔消缺调试等培训模块，提升了继电保护检修调试人员的技能水平。文献[4]通过建立变电站一次模型并进行电磁暂态仿真，将仿真结果通过9-2报文与继电保护设备连接，实现了对继电保护设备的闭环测试。

本文提出基于数字物理混合仿真的智能变电站一次、二次仿真平台，开发了智能站继电保护专业相关培训模块，如二次安措培训、SCD配置培训、保护和测控调试考评模块、带符合测试、异常缺陷处理和事故分析及处理等模块。

1 智能变电站技能考评系统总体架构

智能变电站继电保护技能竞赛考评模块开发是由二次安全措施、SCD配置、保护及测控调试检验、带负荷测试、异常缺陷处理、事故分析及处理等子系统组成，其总体结构如图1所示。

2 智能变电站竞赛模块开发

2.1 二次安全措施培训考评模块原理简述

目前，很多地市公司检修人员采用常规站的二次安措票规则，也采取了退功能软压板、投入检修压板、拔光纤的方式，但思维模式仍然固化在重“实接线”、轻“虚链接”，制定智能变电站二次安措票时，在内容和顺序上常常出现错误。而在参加继电保护考试中，考评员需要逐条核对学员制定的二次安措票，工作量大，且不能实时显示考试成绩，影响考试效率;在判卷过程中，由于考评员人为因素影响考试结果，难免会产生偏差，导致考试结果不够客观公正;同时采用传统的纸质试卷考核方式，造成大量办公经费浪费，不满足信息化条件下技能考评工作的要求。

智能变电站二次安措票技能考评系统提供了新的线上考核方式，为技能考试模式提供新的选择方案。在新一代智能变电站全数字可视化仿真培训系统中增加二次安全措施的培训，在仿真系统中设定典型的检修任务，按照具体检修任务搭建类似“五防”逻辑的二次安全措施实施场景和步骤，让运维人员和二次检修人员在仿真系统体验安全措施每一步的必要性。

在培训过程中，通过仿真系统上的虚拟IED，完成学员二次安措票的内容例：SV链路处理、GOOSE链路处理、退功能软压板、置检修压板、断开物理光纤链路等，操作步骤必须满足一定的逻辑关系。如果安全措施步骤不合理导致运行设备告警或者误动作，如母线保护误动作，仿真系统上的虚拟IED能模拟出动作结果，达到非常好的培训效果。

2.2 SCD配置培训考评原理简述

目前国内外关于专门进行SCD的培训及考核软件系统还未见介绍。目前，针对SCD培训系统主要工作是将智能变电站SCD中各二次设备间虚回路进行可视化展示，尚未有针对SCD文件系统进行培训，而对于SCD的考核系统，目前SCD都是手动出题、手动评分，还未发现有专业的考试系统针对SCD进行自动出题和评分，本系统的开发将改变这一状况，通过信息化方式实现SCD技能考评模块实现自动出题和评分的功能。

本子系统研究SCD的特性，建立班级和学员的基本信息，根据考试的要求建立评分标准，然后导入和解析标准的SCD文件，并保存成中间文件，再关联每个学员的SCD文件，系统开始启动评分，分别解析每个学员的SCD文件，解析的结果与标准SCD文件解析的结果进行比对，根据比对结果项按照评分标准，分别进行扣分，最后得出学员的总得分。

本子系统的目标是研究现场典型的SCD配置错误，在收集不同厂家的多个SCD配置工具文件和常见错误的基础上进行总结，对错误类型和具体内容进行有效的整理，开发出适合培训和竞赛的考核出题模块。

SCD配置培训考评软件分为SCD评分子系统和SCD出题子系统，SCD评分子系统分为学员班级管理、评分标准、导入标准SCD、自动手动评分、成绩统计，SCD出题子系统分为导入班级SCD，出题规则、生成SCD试题。其框架如图2所示。

2.3 保护及测控调试培训及考核原理简述

针对IED保护，用Simulink軟件对各仿真IED的核心功能进行典型化建模和模拟，例如：差动保护和后备保护，核心算法模块采用模块化方法建立算法库（常见各种保护算法，如积分算法，差分算法，滤波算法等等）、保护逻辑库（如启动元件，过流元件，距离元件，差动元件等等）、保护原理库（阶段式距离保护，充电保护，光纤差动保护，三段式过流保护，主变差动保护，跳闸逻辑库）。

通用保护装置模拟器主保护采用积分算法，计算速度快。IED动作过程记录和仿真优化：对算法及各逻辑元件和保护的中间计算过程及结果进行记录存储，并进行能可视化的展示，便于培训过程中更好地掌握保护原理和动作过程，同时也便于在进行系统测试及事故分析和案例分析时提供更好的测试和分析依据，提高测试效率和培训效果。

IED仿真严格遵守IEC 61850标准，采集数据使用SV、GOOSE標准，跳闸采用GOOSE标准，上送站控层数据采用MMS协议，可以真实替代物理装置。

2.4 带负荷测试培训模块及考核原理

针对线路保护带负荷测试、变压器保护带负荷测试、母线保护带负荷的向量图基本原理，研发相应的培训考核模块，主要考虑主变各侧、各支路、线路两侧的电流互感器变比以及饱和特性对带负荷测试的影响。实现对继电保护装置带负荷测试的培训及技能考评工作。

根据职业技能鉴定考评模块及优秀技能人才选拔考评模块对于带负荷测试的要求，开发出使用灵活，功能丰富，操作方便，培训效果良好的带负荷测试培训及考核模块。该功能目前已用于继电保护工技师及以上等级，或应用于继电保护专业优秀技能人才选拔、竞赛培训中。

2.5 故障缺陷查找及排除培训考核模块

通过一次数字物理混合仿真平台，可以仿真保护的常见一次和二次故障，让学员通过分析保护动作报文、开关跳闸信息、录波波形，并将故障排除。

对学员的排除故障的操作步骤进行自动记录，并根据标准答案做出评分，并分析学员的知识薄弱点。根据继电保护事故案例分析库进行仿真模拟，相处故障缺陷查找及事故分析仿真案例库，可应用于继电保护优秀技能人才选拔和技能比武。

3 结论

基于智能变电站一次和二次仿真平台，开发了智能变电站继电保护竞赛考评模块开发设计，开发了二次安全措施、SCD配置;保护及测控调试检验、带负荷测试、异常缺陷处理和事故分析及处理等竞赛考评模块。该系统在地市供电公司中的使用，大大提高了继电保护人员的技能水平，节约了培训经费，保障了电网的安全稳定运行。

参考文献：

[1]李树卿，仇群辉，史建立，等.基于PSCAD的智能变电站仿真培训平台研发[J].电气自动化，2017（05）：73-75.

[2]金行龙，易妍.继电保护实训基地的建设及应用[J].中国电力教育，2019（5）.

[3]方磊，谢骏，易妍，等.智能变电站继电保护技能培训平台开发及应用[J].电气制造，2019，014（002）：43-46.

[4]李巧荣.智能变电站继电保护实训系统[J].通信电源技术，2016.