面向智能变电站远景扩建的母差保护优化管控策略

范须露　田小禾　柯贤杨

摘  要：针对智能变电站母差保护在远景扩建过程中所面临的问题，提出采用面向间隔的系统描述文件逻辑解耦方案，引入母差保护过程层循环冗余子校验码的概念，通过合理规划母差保护设备描述文件的初期配置，确保了远景间隔扩建的顺利实施。从智能变电站全工程设计周期角度，提出了针对不同工程阶段的母差保护优化设计方法和实施策略，降低远景扩建调试的工作量，提升扩建工程的实施效率，为智能变电站工程设计和建设实施提供参考。

关键词：智能变电站  母差保护  管理控制

中图分类号：TM63    文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）02（a）-0024-05

Abstract： Aiming at the  problems faced by the bus differential protection of smart substation in the process of prospect expansion， propose interval-oriented decoupling scheme， introduce the concept of sub-cyclical redundancy check， ensure the smooth implementation of long-term expansion by reasonably planning the initial IED capability description file. Optimal design method and implementation strategy for different engineering stages are proposed， which reduce the workload in the long-term expansion， enhance the implementation efficiency of the expansion project， and provide reference for the engineering design and construction of the smart substation.

Key Words： Smart substation; Bus differential protection; Contnd strategy

智能變电站中广泛采用光纤替代控制电缆，克服了常规变电站过程层信息难以共享、设备接线复杂、维护工作量大等缺点，实现了过程层基础信息的数字化通信，为站端高级应用开发提供了可能。为确保智能二次设备间的有序通信，首先要给设备配置虚端子和虚回路，这种“虚拟”的配置参数固化在智能变电站SCD模型中，具有不可视、不直观的特点，不利于后续修改和扩展，给扩建工作带来困难[1-2]。

随着智能变电站大规模进入工程扩建周期，二次系统扩建接入问题得到了日趋广泛的关注。相关研究主要涉及智能变电站SCD模型优化集成及解耦技术[3]、可视化运维管控技术[4]、模型比对和校验技术[5]、不停电扩建接入技术及策略等[6]。以上研究成果均聚焦于智能变电站某一特定场景下的技术或策略，未从变电站全工程设计周期角度形成系统、有效的解决方案，对智能变电站的初期工程设计和扩建实施策略的指导有限。因此，相关研究工作还有待进一步深化。

本文针对智能变电站母差保护扩建中所存在的问题，从全工程设计周期角度出发，统筹优化在不同工程实施阶段所采用的技术和策略，形成了切实可行的优化设计方法和扩建实施策略，为智能变电站远景扩建的顺利实施提供支持。

1  智能变电站母差保护扩建问题

结合近年来智能变电站的工程建设及运行情况，基于SCD模型的管控方式虽然能满足二次系统功能集成应用的需求，但在后期变电站扩建过程中，却暴露出一些问题亟待解决，主要体现在以下三个方面。

（1）智能变电站SCD模型文件内部耦合关系复杂，多种业务参数深度交互。在进行远景扩建时，存在SCD模型“牵一发而动全身”的现象，给全站二次系统维护带来困难。

（2）对于跨间隔的母差保护，在进行间隔扩建接入过程中必然要对保护设备的ICD文件进行升级，升级后的母差保护很难界定其过程层配置信息的改动范围。由于风险不确定，在实际工程中，往往需要轮停试验，不仅增加了调试工作量，也会影响到供电可靠性。

（3）当前智能变电站设计工作很大程度上沿袭常规变电站设计思路，仅从一次设备上考虑了远景扩建的问题和难点，严重忽视了智能变电站二次系统特点，未预先采取必要的措施，间接导致了智能变电站二次系统在扩建过程中的诸多问题。

2  面向间隔的SCD模型解耦方案

按照解耦原理，智能变电站SCD模型解耦方式主要有两种：一种是物理解耦方式，将SCD文件物理上拆分为多个文件，针对拆分后的文件进行配置管理;另一种是逻辑解耦方式，SCD文件仍然作为一个整体，但将其配置数据从逻辑上分开，借助工具进行配置管理。考虑到物理解耦方式下，需要对配置文件版本的一致性和完整性进行维护，反而会增加SCD管理的难度，因此，目前一般采用逻辑解耦方式。

从变电站专业管理和远景扩建需求出发，SCD文件的逻辑解耦主要有两种实施方案，如图1所示。

面向业务对SCD进行逻辑解耦：解析SCD文件，根据业务分类规则提取出业务相关配置数据，以分类业务数据视图展现出SCD内容，通过分配业务权限来管理不同业务数据的浏览与修改，满足不同业务的管理需要。

面向间隔对SCD进行逻辑解耦：解析SCD文件，根据间隔划分规则提取出以间隔为单位的配置数据，根据一二次拓扑结构智能识别和管理跨间隔配置信息的关联关系，扩建时通过锁定或开放不同间隔配置数据以减少传统无防范地直接修改SCD对已投运间隔模型造成误改或错改风险，满足变电站改扩建时SCD文件变更的安全管控需求。

相比之下，面向业务的解耦思路优势主要体现在业务流程清晰，但由于各个间隔数据的耦合性较强，对于智能变电站的远景扩建支撑较弱。面向间隔的解耦思路能够把IED设备按照SSD文件的思想进行划分，把属于同一个间隔的设备进行分类，有利于变电站远景扩建时清晰地划分运行间隔和扩建间隔，进而提高扩建工程的实施效率、降低调试复杂度。

3  母差保护配置文件管控方法

3.1 过程层CRC校验码

智能变电站SCD文件包含了所有的过程层配置信息，不仅有MAC地址、VID、APPID等报文头信息，也包括发送数据集信息和接收虚端子信息。IED设备对这些信息按照一定规则提取、并计算其CRC校验码，用以描述该间隔的过程层信息。

国家电网企业标准《Q/GDW 1396-2012 IEC61850工程继电保护应用模型》规定了过程层虚端子CRC校验码的生成规则，其流程如图2所示。

目前国内主流二次厂商的新一代二次设备均已支持该功能，每一台独立IED（智能装置）均能够生成与之唯一对应的CRC校验码，用以描述其過程层配置信息。在互操作实验中，已经证明此方法所反映的单IED设备过程层配置的唯一性。

3.2 母差保护过程层CRC校验

按照国网1396文件的管控思想，对于保护专业关心的过程层设备的回路关系，可采用CRC校验码的方式来表述。然而，在描述母差保护的过程层回路关系时，这种方法缺少足够的颗粒度，无法区分出多间隔过程层回路信息。例如，母差保护在进行间隔扩建接入时，虽然母差保护的CRC校验码发生了改动，但却无法区分出具体改动在运行间隔还是扩建间隔，给母差保护的调试工作带来风险，这也导致了在实际操作中，不可避免地要通过对运行间隔进行轮停试验，不仅增加了调试范围，也降低了供电可靠性。

为了解决上述问题，本文提出一种针对跨间隔保护的CRC子校验码的概念，即在现有CRC校验码生成规则基础上，向下拓展颗粒度，将跨间隔保护的过程层信息按照对应间隔进一步划分，并分别生成面向间隔的CRC子校验码，用以描述跨间隔保护的过程层配置信息，如图3所示。

正常情况下，母差保护扩建间隔不会对运行间隔造成影响，只要运行间隔的CRC子校验码前后一致，则不再需要进行调试试验。相反，若发现运行间隔的CRC子校验码不一致，则说明该运行间隔的过程层回路信息由于某些误操作因素发生改变，需要重新核查ICD文件，并确保扩建调试工作的正确性。

3.3 基于远景方案的母差保护ICD文件设计

对于智能变电站的扩建工程，一般在涉及一次设备扩建时，必然会进行停电，例如一次母线上加装隔离刀闸或GIS耐压试验等。此时，二次设备的调试试验可以配合进行。

随着户内GIS设备的广泛应用，很多工程会结合变电站规划方案，在本期将预留间隔的一次设备全部上齐，待远景扩建时再新上二次设备。理论上，一次设备具备了不停电接入的条件，如若母差保护的接入调试也能够避免轮停试验，将能够实现智能变电站的不停电扩建。

为实现不停电接入，母差保护在设计初期就应提前做好端口预留，以便保证在远期扩建间隔接入时，不但可以顺利地与新上设备进行交互，而且确保新上间隔不会对运行间隔造成影响，减少调试工作量。考虑到母差保护对应间隔较多，其过程层SV和GOOSE数据集存在订阅顺序问题，为避免远期新上设备接入影响母差保护中运行间隔的数据订阅顺序，需要在本期工程中将母差保护的ICD配置文件按照远期规模设计，并预留出足够的SV、GOOSE接入端口。需要指出，在本期工程中预留母差保护数据接入端口会造成设备发出数据断链告警，该信号并不会对母差保护的正常运行造成影响，可以通过设置软件隔离的方法加以解决。

4  母差保护扩建接入优化实施策略

结合前文所述，在智能变电站建设初期，采用基于远景方案的母差保护ICD文件设计，为扩建间隔配置GOOSE接收、GOOSE发送、SV接收的链路关系，预留APPID、MAC地址等内容。在远景间隔扩建时，采用母差保护过程层CRC子校验码来缩小调试工作范围，甚至实现母差保护的不停电接入，提高供电可靠性。

下面以某220kV工程为例进行说明。图4所示为某220kV智能变电站扩建线路间隔示意图，220kV已有出线4回，本期扩建1回，其中，PL为线路保护，PE为母联保护，PM为母差保护，IL为智能终端，ML为合并单元。

扩建2215间隔，需要增加的二次设备包括：线路保护，智能终端和合并单元。其中，线路保护需要接收合并单元和智能终端的信息，并能够启动母差保护的失灵。母差保护需要闭锁线路保护的重合闸，采集扩建间隔的电流信息，并接收智能终端的隔刀位置。所以对于母差保护来说，其SV、GOOSE接收均发生变化，而跳闸数据集如果在初期就按照最大化配置的话，则不会发生改变。

在智能变电站建设初期，如果母差保护的跳闸数据集未按远景最大化配置，则跳闸数据集映射到每个出线间隔的订阅顺序就可能会发生改变，并影响到所有运行间隔的智能终端，造成母差保护面向各间隔的CRC子校验码发生改变，下一步将不可避免地要对运行间隔进行轮停试验。本文所探讨的优化实施方案前提是母差保护ICD文件已在变电站工程初期就进行了合理规划，并按照终期需求来配置。母差保护CRC校验码的生成逻辑如图5所示。

在进行间隔2215扩建过程中，母差保护的CRC总校验码和面向扩建间隔2215线路的CRC子校验码发生了改变，而面向2211～2214线路间隔、母联间隔和母线间隔的CRC子校验码不会变化。所以对于母差保护来说，可以确认间隔2215的扩建接入并未影响到运行间隔，可以不对运行间隔做试验验证，由此可以大幅减少调试工作量，甚至实现母差保护的不停电扩建接入。

5  结语

本文针对智能变电站母差保护远景扩建中所面临的调试复杂问题，结合全工程设计周期，通过统筹优化不同工程实施阶段的设计方法和实施策略，形成了面向智能变电站远景扩建的母差保护优化管控策略，包括采用基于间隔的SCD模型解耦技术、面向跨间隔保护的CRC校验技术、基于远景方案的母差保护ICD文件设计等，并通过典型场景论述了扩建工程的具体实施策略。

作为解决当前智能变电站母差保护扩建问题的一种尝试，该实施策略还存在流程较多、操作复杂等缺点，相信随着智能变电站技术的不断进步，其实用性和推广性将进一步增强。目前，该方案已首次在天津地区智能变电站中得到试点应用。

参考文献

[1] 胡绍谦，李力，朱晓彤，等.提高智能变电站自动化系统工程实施效率的思路与实践[J].电力系统自动化，2017，41（11）：173-180.

[2] 王松，宣晓华，陆承宇.智能变电站配置文件版本管理方法[J].电力系统自动化，2013，37（17）：95-98.

[3] 邹振宇，孙中尉，修黎明，等.智能变电站信息模型组态解耦技术研究[J].中国电力，2018，51（1）：78-82.

[4] 刘明忠，童晓阳，郑永康，等.智能变电站配置描述虚端子多视角图形化查看系统[J].电力系统自动化，2015，39（22）：104-109，144.

[5] 孙一民，刘宏君，姜健宁，等.智能变电站SCD文件管控策略完备性分析[J].电力系统自动化， 2014， 38（16）：105-109.

[6] 张曼，陈典丽.智能变电站扩建二次实施方法的探讨[J].湖北电力，2016，40（2）：43-47.