就地化保护虚回路即插即用方案

湖北省电力勘测设计院有限公司 康 毅

智能变电站以少量的光缆取代了大量的电缆，然而回路的简化加装置对信息的数字化、网络化的依赖，导致各种虚回路的配置工作量急剧增加。在智能变电站设计阶段，虚端子的整理和虚回路的设计工作量巨大，虚回路的设计大多由手工配置，设计效率低，回路的准确性难以得到保证；调试与建设阶段，智能站的设备配置和联调工作也很复杂，整站的工厂联调和现场调试往往需要数月时间。运行和维护阶段，智能站IED设备的改造或者升级过程中，配置、校验和安全防护工作复杂，IED设备故障导致系统停电的时间较长。

近年来，就地化保护试点应用已全面开展[1-3]，通过保护装置的就地化安装减少中间环节，从而提升保护的快速性和可靠性。就地化保护带来的不仅是保护安装地点和保护配置的改变，对保护装置的设计、调试、运维也提出了新的要求。本文制定了一种就地化保护虚端子的标准化、模块化方案，实现虚回路即插即用，提高变电站设计建设和运行维护效率。

1 虚端子标准化、模块化目标

在遵循国网“六统一”相关规范[4-5]的基础上，标准化各类保护装置的虚端子表，使得虚回路的连接标准有序，实现虚端子接口的航插化，各个厂家设备通信不需要翻译解释过程可以做到信号直连。将装置的发送、接收数据集模块化，使虚端子连接简化为设备之间的连接。基于虚端子标准化和模块化，不同厂家的IED在简单参数配置的情况下能实现虚回路的即插即用（图1）。

2 虚端子标准化、模块化设计方案

2.1 就地化保护GOOSE虚端子标准化设计

按照国网“六统一”标准化设计规范附录，对就地化保护装置的GOOSE虚端子进行标准化设计。以双母线接线220kV就地化线路保护为例，就地化线路保护GOOSE订阅虚端子与非就地化保护基本相同，但考虑到就地化线路保护需要与其他保护（如站域保护）配合，就地化线路保护需要增加“保护跳闸”、“保护合闸”的订阅（表1）。类似于GOOSE订阅，就地化线路保护GOOSE发布虚端子与非就地化保护也基本相同，只需要增加部分GOOSE发布（表2）。

2.2 就地化保护SV虚端子标准化设计

按照国网“六统一”标准化设计规范附录，对就地化保护装置的SV虚端子进行标准化设计。以双母线接线220kV就地化线路保护为例，就地化线路保护不需要进行SV订阅，只需要进行SV发布（表3）。

表1 就地化线路保护增加的GOOSE订阅

表2 就地化线路保护增加的GOOSE发布

2.3 虚端子模块化设计

通过对就地化保护装置进行标准化设计后，虚端子模块化设计的原则如下：保护装置的虚端子严格执行前述的标准化设计，保护装置对外发布仅设置一个数据集，数据集中序号、语义、引用路径按照标准化要求，不额外增加虚端子。虚端子数据集模块化后，设计人员不再需要设计虚回路的匹配关系，只关心设备到设备之间的联系，不关心设备与设备之间具体的连接信号，此时设计阶段的工作量大大减少。可以减少设计阶段人力资源投入，并且可以在相同电压等级、相同规模的变电站内套用设计方案。在变电站新建、扩建、改造以及故障维护阶段，新设备在出厂之前就已经按典型的通信关系、标准化的数据集进行了定义，设备在变电站现场只需进行简单的通信参数定义即可投入运行，实现设备的即插即用，缩短建设周期或停电时间。

2.4 小结

虚端子标准化设计实现了过程层接口的“航插化”，理清了设备之间的虚端子接口，使得原来杂乱无章的虚端子连接变为了固定的虚端子对应顺序，降低了设计、施工、调试、运维的难度；虚端子模块化设计将设备之间的虚端子连接简化为设备之间（数据集之间）的连接，降低了设计、施工、调试、运维的工作量，缩短了工程周期或停电时间。

表3 就地化线路保护的SV发布

3 虚端子即插即用方案

目前现有智能变电站设备厂家的IED设备通信配置一般采用文件配置方式。各个厂家的智能站IED设备，不论是间隔层产品或是过程层产品一般都采用模型文件和配置文件分离的模式。从IED设备设计角度来说，IED设备不直接处理CID文件，而是通过CID文件提取IED设备需要的61850过程层配置、61850站控层配置信息等。

实现虚回路即插即用无需改变装置的模型文件，只需要更改装置的过程层配置文件。将61850过程层配置中的发布虚端子表、订阅虚端子表均需根据标准化虚端子表来配置，形成二次回路的预制模板，存储在就地化保护智能管理单元中，在更换设备或调试前，将就地化保护的通讯参数部分根据标准化通信关系进行配置，进行一键式下装，即可实现虚端子的即插即用。

4 效益分析

缩短设计周期。虚端子标准化、模块化后，在设计阶段设计人员不再需要设计虚回路的匹配关系，只关心设备到设备之间的联系，设计院在设计阶段的工作量大大减少，。可以减少设计阶段人力资源投入，并且可以在相同电压等级、相同规模的变电站内套用设计方案。虚回路设计耗时能降为6天，缩短设计周期80%。

缩短调试周期。在智能变电站联调阶段，整站的IED设备需要进行反复多轮的配置和调试，才能最终完成所有IED设备的调试和配置工作。虚端子标准化、模块化后，在调试和配置阶段可依据标准化、模块化的虚端子快速的配置IED设备，并且具有可以重复利用的优势。虚回路的厂内联调、变电站现场调试均可降为7天，缩短二次系统75%的调试周期。

支持一键式运维。变电站IED设备出现故障时，厂家往往需要耗费人力资源到变电站现场排查设备问题，并根据问题更换设备或插件，维护过程影响用户的供电可靠性、也增加了厂家的IED设备维护成本。在变电站运维阶段采用基于虚端子标准化、模块化的即插即用技术，利用备用继电保护设备和管理手段来实现故障设备的快速退出和备用设备的即插即用，缩短停电时间，降低厂家配合运维的成本。