智能变电站过程层信息流图研究与应用

陆飞，尹琪，吴鹏

(国网嘉兴供电公司，浙江 嘉兴 314000)

1 引言

智能变电站(简称智能站)是智能电网的重要组成部分，在智能站中，大量应用了智能电子装置(以下简称二次设备)，而二次回路中，光纤取代了传统的硬接线，装置的开入开出、交流输入及开关的操作回路、电压电流数据传输等均在过程层网络中进行[1-4]。研究过程层网络的信息流可以帮助变电站的运维及检修人员更深入地掌握过程层设备异常情况[5-6]。与此同时，研究人员根据运行及检修工作的实际需要，对比智能站和常规站二次回路的特点和差别，研究多种二次回路可视化工具，辅助运维及检修人员掌握设备间的二次回路联系[7-8]。

本文通过信息流解析绘图的方式开展深入的研究，用信息流图直观地反映设备间的SV及GOOSE数据交互，在出现异常时第一时间锁定异常设备并判定影响范围，从而做好隔离和检修工作。

2 信息流图分析的基本原则

过程层设备，包括智能终端、合并单元、保护、测控等智能装置，均通过过程层信息流实现数据交互，按照传输信号的内容区分为GOOSE信息流和SV信息流。通过分析信息流的传输机制，可以掌握异常设备的告警信号来源及造成的影响，从而为信息流图的应用奠定基础。

2.1 GOOSE信息流

GOOSE(Generic Object Oriented Substation Event,一种面向通用对象的变电站事件)用于智能装置之间的事件信息快速传递，具体传输内容包括：跳合闸命令、遥信指示、闭锁信号等，等同于传统站里的硬接点信号。GOOSE的通信机制是心跳报文+快速重发，GOOSE发送端装置向接收端装置每隔5s时间发送一次心跳报文，如果接收端超时未收到心跳报文，则发送“通道GOOSE断链”告警信号，如图1所示。

图1 GOOSE信息流传输机制

2.2 SV信息流

用于在过程层网络中传递电压、电流数字量，相当于传统站里的压变、流变二次电缆信号。其通信机制是不间断等间隔发送，常见为每250μs(根据设计的采样频率)发送一个SV报文，每个报文内容为采集到的瞬时值，包括三相电压、三相电流瞬时值。若接收端超时未收到SV报文，则发送“通道SV断链”告警信号，如图2所示。

图2 SV信息流传输机制

3 典型间隔信息流图绘制与分析

220kV及以上电压等级的继电保护及与之相关的设备、网络等应按照双重化原则进行配置，本着这一要求，对220kV及以上等级的智能变电站二次系统应进行双重化冗余配置，因而每一个220kV间隔都有两台过程层交换机，我们一般将它们称为某某间隔过程层A网交换机、某某间隔过程层B网交换机。

3.1 220kV线路间隔信息流分析

单间隔的保护应当直采直跳，涉及多间隔的保护宜直采直跳，以满足保护对可靠性和快速性的要求。对于线路间隔，测控装置采集本间隔电流、电压等数据需要经过交换机网络传输，简称组网；对于一个单间隔的保护，比如线路保护，合并单元传输保护电流、电压数据给保护装置，采取点对点光纤传输，这种传输方式称为直采；同样地，测控装置的跳闸命令需要经过间隔层交换机发送给智能终端；保护装置通过光纤与智能终端点对点发送跳闸指令。

通过图3，我们可以看出GOOSE及SV链路是否经过间隔内过程层交换机及网络中心交换机，从而在链路异常时迅速排查。

3.2 220kV母设间隔信息流分析

由于220kV电压等级保护及变压器保护双重化配置的要求，对应的母线合并单元也分为第一套母线合并单元和第二套母线合并单元，如图4所示。母线合并单元取代了传统站里母线电压并列装置的功能，经过电压并列或者分列，每套母线合并单元都将正副母电压数据通过光纤点对点传输给各220kV间隔合并单元及母差保护装置。

图4 220kV母设间隔信息流图

3.3 主变110kV间隔信息流分析

主变保护由于采取双重化配置，所以主变220kV、110kV、35kV侧均配置了两套合并单元及智能终端或者两套合智一体化装置，其过程层网络会被称为C网和D网，两个网络相互独立，如图5所示。

图5 主变110kV间隔信息流图

4 过程层信息流图的运检应用

4.1 异常设备快速锁定

根据变电站后台的GOOSE链路图，如图6所示，横着的第一排是发送GOOSE信号的智能装置，竖着的第一列是接收信号的智能装置，绿色代表链路正常，红色代表断链。现场检查断链异常时，首先在链路表的接收端设备中找到发出断链告警的设备，检查其作为接收端的所有链路是否有红色断链光字。

图6 智能站GOOSE链路图

由于很多链路信息是经过组网传播的，这时候就要结合信息流图去检查问题链路两端的设备及链路经过的交换机设备是否存在异常，这样就可以快速锁定异常设备。

比如现在该变电站出现报文#1主变220kV第一套智能终端GOOSE断链告警，这时候去检查后台链路图，发现#1主变220kV第一套智能终端接收#1主变220kV测控、#1主变第一套保护、220kV第一套母差的GOOSE信号。如果是#1主变220kV第一套智能终端接收#1主变第一套保护链路点变红，那么根据信号流图，两者之间只存在点对点的直接跳闸命令，因而只需要查找该智能终端、母差保护及两者点对点光纤；如果是#1主变220kV第一套智能终端接收#1主变220kV测控链路点变红，根据信号流图，测控和智能终端之间的链路还要经过过程层交换机，所以现场要检查智能终端、测控装置、该间隔过程层A网交换机以及光纤。

4.2 安全隔离范围辅助判断

通过信息流图，可以清楚直观地看出一个异常装置影响了其他哪些装置，以及具体的影响是什么，从而辅助判断异常设备的安全隔离措施布置范围，在保证准确性的同时减少二次设备的停役范围。如图7所示，假设220kV某线路间隔的过程层A网交换机故障，受影响的设备有：第一套智能终端、第一套合并单元、第一套线路保护、第一套母线保护以及测控装置。然后具体分析，第一套线路保护的采样及跳闸均没有受影响，对线路的保护功能完整，可以继续运行；而线路保护的启动失灵信号是经过该交换机发送给母差保护装置的，失灵保护的功能受到影响，因而第一套母差保护改信号。

图7 220kV线路间隔过程层A网交换机相关信息流

5 结论

本文通过研究智能变电站的信息流图，分析各个过程层设备间信息流内容及链路路径，从而在过程层设备发生异常时辅助现场运维及检修人员快速锁定异常设备，并辅助判断异常设备的安全隔离范围。下一步研究重点放在信息流图与GOOSE链路图、网络分析仪在软件层面的结合，实现过程层信息流图的动态化显示，实时展示各链路情况，从而进一步辅助运检工作。