面向智能變電站遠(yuǎn)景擴(kuò)建的母差保護(hù)優(yōu)化管控策略

范須露　田小禾　柯賢楊

摘? 要：針對(duì)智能變電站母差保護(hù)在遠(yuǎn)景擴(kuò)建過程中所面臨的問題，提出采用面向間隔的系統(tǒng)描述文件邏輯解耦方案，引入母差保護(hù)過程層循環(huán)冗余子校驗(yàn)碼的概念，通過合理規(guī)劃母差保護(hù)設(shè)備描述文件的初期配置，確保了遠(yuǎn)景間隔擴(kuò)建的順利實(shí)施。從智能變電站全工程設(shè)計(jì)周期角度，提出了針對(duì)不同工程階段的母差保護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和實(shí)施策略，降低遠(yuǎn)景擴(kuò)建調(diào)試的工作量，提升擴(kuò)建工程的實(shí)施效率，為智能變電站工程設(shè)計(jì)和建設(shè)實(shí)施提供參考。

關(guān)鍵詞：智能變電站? 母差保護(hù)? 管理控制

中圖分類號(hào)：TM63 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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

智能變電站中廣泛采用光纖替代控制電纜，克服了常規(guī)變電站過程層信息難以共享、設(shè)備接線復(fù)雜、維護(hù)工作量大等缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了過程層基礎(chǔ)信息的數(shù)字化通信，為站端高級(jí)應(yīng)用開發(fā)提供了可能。為確保智能二次設(shè)備間的有序通信，首先要給設(shè)備配置虛端子和虛回路，這種“虛擬”的配置參數(shù)固化在智能變電站SCD模型中，具有不可視、不直觀的特點(diǎn)，不利于后續(xù)修改和擴(kuò)展，給擴(kuò)建工作帶來困難[1-2]。

隨著智能變電站大規(guī)模進(jìn)入工程擴(kuò)建周期，二次系統(tǒng)擴(kuò)建接入問題得到了日趨廣泛的關(guān)注。相關(guān)研究主要涉及智能變電站SCD模型優(yōu)化集成及解耦技術(shù)[3]、可視化運(yùn)維管控技術(shù)[4]、模型比對(duì)和校驗(yàn)技術(shù)[5]、不停電擴(kuò)建接入技術(shù)及策略等[6]。以上研究成果均聚焦于智能變電站某一特定場(chǎng)景下的技術(shù)或策略，未從變電站全工程設(shè)計(jì)周期角度形成系統(tǒng)、有效的解決方案，對(duì)智能變電站的初期工程設(shè)計(jì)和擴(kuò)建實(shí)施策略的指導(dǎo)有限。因此，相關(guān)研究工作還有待進(jìn)一步深化。

本文針對(duì)智能變電站母差保護(hù)擴(kuò)建中所存在的問題，從全工程設(shè)計(jì)周期角度出發(fā)，統(tǒng)籌優(yōu)化在不同工程實(shí)施階段所采用的技術(shù)和策略，形成了切實(shí)可行的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和擴(kuò)建實(shí)施策略，為智能變電站遠(yuǎn)景擴(kuò)建的順利實(shí)施提供支持。

1? 智能變電站母差保護(hù)擴(kuò)建問題

結(jié)合近年來智能變電站的工程建設(shè)及運(yùn)行情況，基于SCD模型的管控方式雖然能滿足二次系統(tǒng)功能集成應(yīng)用的需求，但在后期變電站擴(kuò)建過程中，卻暴露出一些問題亟待解決，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（1）智能變電站SCD模型文件內(nèi)部耦合關(guān)系復(fù)雜，多種業(yè)務(wù)參數(shù)深度交互。在進(jìn)行遠(yuǎn)景擴(kuò)建時(shí)，存在SCD模型“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的現(xiàn)象，給全站二次系統(tǒng)維護(hù)帶來困難。

（2）對(duì)于跨間隔的母差保護(hù)，在進(jìn)行間隔擴(kuò)建接入過程中必然要對(duì)保護(hù)設(shè)備的ICD文件進(jìn)行升級(jí)，升級(jí)后的母差保護(hù)很難界定其過程層配置信息的改動(dòng)范圍。由于風(fēng)險(xiǎn)不確定，在實(shí)際工程中，往往需要輪停試驗(yàn)，不僅增加了調(diào)試工作量，也會(huì)影響到供電可靠性。

（3）當(dāng)前智能變電站設(shè)計(jì)工作很大程度上沿襲常規(guī)變電站設(shè)計(jì)思路，僅從一次設(shè)備上考慮了遠(yuǎn)景擴(kuò)建的問題和難點(diǎn)，嚴(yán)重忽視了智能變電站二次系統(tǒng)特點(diǎn)，未預(yù)先采取必要的措施，間接導(dǎo)致了智能變電站二次系統(tǒng)在擴(kuò)建過程中的諸多問題。

2? 面向間隔的SCD模型解耦方案

按照解耦原理，智能變電站SCD模型解耦方式主要有兩種：一種是物理解耦方式，將SCD文件物理上拆分為多個(gè)文件，針對(duì)拆分后的文件進(jìn)行配置管理;另一種是邏輯解耦方式，SCD文件仍然作為一個(gè)整體，但將其配置數(shù)據(jù)從邏輯上分開，借助工具進(jìn)行配置管理?？紤]到物理解耦方式下，需要對(duì)配置文件版本的一致性和完整性進(jìn)行維護(hù)，反而會(huì)增加SCD管理的難度，因此，目前一般采用邏輯解耦方式。

從變電站專業(yè)管理和遠(yuǎn)景擴(kuò)建需求出發(fā)，SCD文件的邏輯解耦主要有兩種實(shí)施方案，如圖1所示。

面向業(yè)務(wù)對(duì)SCD進(jìn)行邏輯解耦：解析SCD文件，根據(jù)業(yè)務(wù)分類規(guī)則提取出業(yè)務(wù)相關(guān)配置數(shù)據(jù)，以分類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)視圖展現(xiàn)出SCD內(nèi)容，通過分配業(yè)務(wù)權(quán)限來管理不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的瀏覽與修改，滿足不同業(yè)務(wù)的管理需要。

面向間隔對(duì)SCD進(jìn)行邏輯解耦：解析SCD文件，根據(jù)間隔劃分規(guī)則提取出以間隔為單位的配置數(shù)據(jù)，根據(jù)一二次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)智能識(shí)別和管理跨間隔配置信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系，擴(kuò)建時(shí)通過鎖定或開放不同間隔配置數(shù)據(jù)以減少傳統(tǒng)無防范地直接修改SCD對(duì)已投運(yùn)間隔模型造成誤改或錯(cuò)改風(fēng)險(xiǎn)，滿足變電站改擴(kuò)建時(shí)SCD文件變更的安全管控需求。

相比之下，面向業(yè)務(wù)的解耦思路優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在業(yè)務(wù)流程清晰，但由于各個(gè)間隔數(shù)據(jù)的耦合性較強(qiáng)，對(duì)于智能變電站的遠(yuǎn)景擴(kuò)建支撐較弱。面向間隔的解耦思路能夠把IED設(shè)備按照SSD文件的思想進(jìn)行劃分，把屬于同一個(gè)間隔的設(shè)備進(jìn)行分類，有利于變電站遠(yuǎn)景擴(kuò)建時(shí)清晰地劃分運(yùn)行間隔和擴(kuò)建間隔，進(jìn)而提高擴(kuò)建工程的實(shí)施效率、降低調(diào)試復(fù)雜度。

3? 母差保護(hù)配置文件管控方法

3.1 過程層CRC校驗(yàn)碼

智能變電站SCD文件包含了所有的過程層配置信息，不僅有MAC地址、VID、APPID等報(bào)文頭信息，也包括發(fā)送數(shù)據(jù)集信息和接收虛端子信息。IED設(shè)備對(duì)這些信息按照一定規(guī)則提取、并計(jì)算其CRC校驗(yàn)碼，用以描述該間隔的過程層信息。

國(guó)家電網(wǎng)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/GDW 1396-2012 IEC61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》規(guī)定了過程層虛端子CRC校驗(yàn)碼的生成規(guī)則，其流程如圖2所示。

目前國(guó)內(nèi)主流二次廠商的新一代二次設(shè)備均已支持該功能，每一臺(tái)獨(dú)立IED（智能裝置）均能夠生成與之唯一對(duì)應(yīng)的CRC校驗(yàn)碼，用以描述其過程層配置信息。在互操作實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)證明此方法所反映的單IED設(shè)備過程層配置的唯一性。

3.2 母差保護(hù)過程層CRC校驗(yàn)

按照國(guó)網(wǎng)1396文件的管控思想，對(duì)于保護(hù)專業(yè)關(guān)心的過程層設(shè)備的回路關(guān)系，可采用CRC校驗(yàn)碼的方式來表述。然而，在描述母差保護(hù)的過程層回路關(guān)系時(shí)，這種方法缺少足夠的顆粒度，無法區(qū)分出多間隔過程層回路信息。例如，母差保護(hù)在進(jìn)行間隔擴(kuò)建接入時(shí)，雖然母差保護(hù)的CRC校驗(yàn)碼發(fā)生了改動(dòng)，但卻無法區(qū)分出具體改動(dòng)在運(yùn)行間隔還是擴(kuò)建間隔，給母差保護(hù)的調(diào)試工作帶來風(fēng)險(xiǎn)，這也導(dǎo)致了在實(shí)際操作中，不可避免地要通過對(duì)運(yùn)行間隔進(jìn)行輪停試驗(yàn)，不僅增加了調(diào)試范圍，也降低了供電可靠性。

為了解決上述問題，本文提出一種針對(duì)跨間隔保護(hù)的CRC子校驗(yàn)碼的概念，即在現(xiàn)有CRC校驗(yàn)碼生成規(guī)則基礎(chǔ)上，向下拓展顆粒度，將跨間隔保護(hù)的過程層信息按照對(duì)應(yīng)間隔進(jìn)一步劃分，并分別生成面向間隔的CRC子校驗(yàn)碼，用以描述跨間隔保護(hù)的過程層配置信息，如圖3所示。

正常情況下，母差保護(hù)擴(kuò)建間隔不會(huì)對(duì)運(yùn)行間隔造成影響，只要運(yùn)行間隔的CRC子校驗(yàn)碼前后一致，則不再需要進(jìn)行調(diào)試試驗(yàn)。相反，若發(fā)現(xiàn)運(yùn)行間隔的CRC子校驗(yàn)碼不一致，則說明該運(yùn)行間隔的過程層回路信息由于某些誤操作因素發(fā)生改變，需要重新核查ICD文件，并確保擴(kuò)建調(diào)試工作的正確性。

3.3 基于遠(yuǎn)景方案的母差保護(hù)ICD文件設(shè)計(jì)

對(duì)于智能變電站的擴(kuò)建工程，一般在涉及一次設(shè)備擴(kuò)建時(shí)，必然會(huì)進(jìn)行停電，例如一次母線上加裝隔離刀閘或GIS耐壓試驗(yàn)等。此時(shí)，二次設(shè)備的調(diào)試試驗(yàn)可以配合進(jìn)行。

隨著戶內(nèi)GIS設(shè)備的廣泛應(yīng)用，很多工程會(huì)結(jié)合變電站規(guī)劃方案，在本期將預(yù)留間隔的一次設(shè)備全部上齊，待遠(yuǎn)景擴(kuò)建時(shí)再新上二次設(shè)備。理論上，一次設(shè)備具備了不停電接入的條件，如若母差保護(hù)的接入調(diào)試也能夠避免輪停試驗(yàn)，將能夠?qū)崿F(xiàn)智能變電站的不停電擴(kuò)建。

為實(shí)現(xiàn)不停電接入，母差保護(hù)在設(shè)計(jì)初期就應(yīng)提前做好端口預(yù)留，以便保證在遠(yuǎn)期擴(kuò)建間隔接入時(shí)，不但可以順利地與新上設(shè)備進(jìn)行交互，而且確保新上間隔不會(huì)對(duì)運(yùn)行間隔造成影響，減少調(diào)試工作量?？紤]到母差保護(hù)對(duì)應(yīng)間隔較多，其過程層SV和GOOSE數(shù)據(jù)集存在訂閱順序問題，為避免遠(yuǎn)期新上設(shè)備接入影響母差保護(hù)中運(yùn)行間隔的數(shù)據(jù)訂閱順序，需要在本期工程中將母差保護(hù)的ICD配置文件按照遠(yuǎn)期規(guī)模設(shè)計(jì)，并預(yù)留出足夠的SV、GOOSE接入端口。需要指出，在本期工程中預(yù)留母差保護(hù)數(shù)據(jù)接入端口會(huì)造成設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)斷鏈告警，該信號(hào)并不會(huì)對(duì)母差保護(hù)的正常運(yùn)行造成影響，可以通過設(shè)置軟件隔離的方法加以解決。

4? 母差保護(hù)擴(kuò)建接入優(yōu)化實(shí)施策略

結(jié)合前文所述，在智能變電站建設(shè)初期，采用基于遠(yuǎn)景方案的母差保護(hù)ICD文件設(shè)計(jì)，為擴(kuò)建間隔配置GOOSE接收、GOOSE發(fā)送、SV接收的鏈路關(guān)系，預(yù)留APPID、MAC地址等內(nèi)容。在遠(yuǎn)景間隔擴(kuò)建時(shí)，采用母差保護(hù)過程層CRC子校驗(yàn)碼來縮小調(diào)試工作范圍，甚至實(shí)現(xiàn)母差保護(hù)的不停電接入，提高供電可靠性。

下面以某220kV工程為例進(jìn)行說明。圖4所示為某220kV智能變電站擴(kuò)建線路間隔示意圖，220kV已有出線4回，本期擴(kuò)建1回，其中，PL為線路保護(hù)，PE為母聯(lián)保護(hù)，PM為母差保護(hù)，IL為智能終端，ML為合并單元。

擴(kuò)建2215間隔，需要增加的二次設(shè)備包括：線路保護(hù)，智能終端和合并單元。其中，線路保護(hù)需要接收合并單元和智能終端的信息，并能夠啟動(dòng)母差保護(hù)的失靈。母差保護(hù)需要閉鎖線路保護(hù)的重合閘，采集擴(kuò)建間隔的電流信息，并接收智能終端的隔刀位置。所以對(duì)于母差保護(hù)來說，其SV、GOOSE接收均發(fā)生變化，而跳閘數(shù)據(jù)集如果在初期就按照最大化配置的話，則不會(huì)發(fā)生改變。

在智能變電站建設(shè)初期，如果母差保護(hù)的跳閘數(shù)據(jù)集未按遠(yuǎn)景最大化配置，則跳閘數(shù)據(jù)集映射到每個(gè)出線間隔的訂閱順序就可能會(huì)發(fā)生改變，并影響到所有運(yùn)行間隔的智能終端，造成母差保護(hù)面向各間隔的CRC子校驗(yàn)碼發(fā)生改變，下一步將不可避免地要對(duì)運(yùn)行間隔進(jìn)行輪停試驗(yàn)。本文所探討的優(yōu)化實(shí)施方案前提是母差保護(hù)ICD文件已在變電站工程初期就進(jìn)行了合理規(guī)劃，并按照終期需求來配置。母差保護(hù)CRC校驗(yàn)碼的生成邏輯如圖5所示。

在進(jìn)行間隔2215擴(kuò)建過程中，母差保護(hù)的CRC總校驗(yàn)碼和面向擴(kuò)建間隔2215線路的CRC子校驗(yàn)碼發(fā)生了改變，而面向2211～2214線路間隔、母聯(lián)間隔和母線間隔的CRC子校驗(yàn)碼不會(huì)變化。所以對(duì)于母差保護(hù)來說，可以確認(rèn)間隔2215的擴(kuò)建接入并未影響到運(yùn)行間隔，可以不對(duì)運(yùn)行間隔做試驗(yàn)驗(yàn)證，由此可以大幅減少調(diào)試工作量，甚至實(shí)現(xiàn)母差保護(hù)的不停電擴(kuò)建接入。

5? 結(jié)語

本文針對(duì)智能變電站母差保護(hù)遠(yuǎn)景擴(kuò)建中所面臨的調(diào)試復(fù)雜問題，結(jié)合全工程設(shè)計(jì)周期，通過統(tǒng)籌優(yōu)化不同工程實(shí)施階段的設(shè)計(jì)方法和實(shí)施策略，形成了面向智能變電站遠(yuǎn)景擴(kuò)建的母差保護(hù)優(yōu)化管控策略，包括采用基于間隔的SCD模型解耦技術(shù)、面向跨間隔保護(hù)的CRC校驗(yàn)技術(shù)、基于遠(yuǎn)景方案的母差保護(hù)ICD文件設(shè)計(jì)等，并通過典型場(chǎng)景論述了擴(kuò)建工程的具體實(shí)施策略。

作為解決當(dāng)前智能變電站母差保護(hù)擴(kuò)建問題的一種嘗試，該實(shí)施策略還存在流程較多、操作復(fù)雜等缺點(diǎn)，相信隨著智能變電站技術(shù)的不斷進(jìn)步，其實(shí)用性和推廣性將進(jìn)一步增強(qiáng)。目前，該方案已首次在天津地區(qū)智能變電站中得到試點(diǎn)應(yīng)用。

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