■  韩笑 宋丽群  南京工程学院

 

 

 

一、引言

      随着变电站通信规范国际标准iec 61850的制定和颁布，变电站自动化系统的数字化将得到很快的推广和实施。数字化变电站的合并单元、仪用传感器单元作为底层的基本处理单元，使变电站自动化系统出现了一种全新的数字通信装置。现代变电站的自动化装置多采用数字装置，保护装置不再有模拟量输入、a/d等电路，保护装置直接通过网络接收数字信号。因此对于现场继电保护试验人员来说，相当于二次回路已经不复存在，只需测量数字信号的正确与否即可，从而大大减少了现场实验工作量。在数字化变电站的发展过程中，现场技术人员对于变电站的新型智能电子设备（intelligent electronic device，ied)的试验与测试工作有一个熟悉的过程，且国内的数字化保护测试仪的使用也未得到推广。在今后几年将要进行传统变电站的数字化改造，如何在传统与现代设备并存的环境下如下完成测试工作将成为现场技术人员面临的难题。在iec 61850标准成为从调度中心到变电站、变电站内、配电自动化无缝自动化标准的推广过程中，在电力系统自动化产品的“统一标准、统一模型、互联开放”的格局的建立过程中，多家研究单位及企业的研究水平、生产水平的差异以及国内授权检测机构的导向等都会对该标准的“一个世界、一种技术、一个标准”的初衷提出了挑战。针对上述问题，本文提出了一种简化的数字化变电站实验系统，通过该系统重点研究数字化变电站内ied的测试方法及相应规范，力图总结出几种适合于目前数字化变电站发展趋势的可行测试方案。

 

二、数字保护实验系统的构建

      新型的数字化变电站是建立在ice 61850通信规范基础上的，具有站控层，间隔层和过程层三层层次结构的标准体系。变电站内ied的主力军是数字化的保护与测控装置。按照ice 61850标准，ied之间应满足互操作性，即变电站内在同一网络上或通信通道上能够工作，并实现共享信息和命令的能力。由于缺乏统一的功能和接口规范，不同厂家的ied缺乏互操作性，而缺乏互操作性的ied对于变电站自动化长期的维护和运行是一个巨大的障碍。因此本实验系统的设计的出发点是开展两类试验与测试：一致性测试（conformance test） 和性能测试（performance  test ）前者属于证书测试，即测试ied是否符全iec 61850标准；后者属于应用测试(application test) ，其侧重ied在变电站内的工作性能的测试，检测其是否满足运行性能要求。

      基于上述考虑，本系统的结构体系如图1中虚线框内所示。本系统要求既能满足保护测试仪器对光数字保护单个测试的需要，又能满足在保护装置与测试仪器无工作联系的基础上，模拟的数字式变电站间隔层和过程层能够联为一体，并与站控层构成信息通道。主机由高性能电脑服务器分别控制光数字保护测试仪或仿真电子互感器，保护装置及测控装置与上述设备通过面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event ,goose）以太网相联系，保护装置、测控装置与站控层之间通过iec61850以太网相联系。考虑设备成本，对于非常规互感器的采用仿真电子式互感器代替，图中mu为合并单元（merging unit），其与仿真电子式互感器采用光纤联系，将多路电压量、电流量数字信号进行信息“合并”通过goose以太网传至ied。数字保护测试仪所输出的数字量信号既可以模拟多路电压量、电流量数字信号，也可以模拟mu的输出。

      本系统对应的仿真数字化变电站一次系统简图如图2所示，本系统的间隔层主要由两台220kv数字线路保护屏、一台三绕组主变压器数字保护装置以及一台数字式测控装置以及相关附属装置构成，采用现场实际设备。过程层应配置有10套模拟智能断路器及测量单元（mu）。系统考虑到两条220kv线路、两段母线、变压器中、低压侧电气量测量的需要，配置足够数量的仿真电子式互感器，仿真电子互感器应能模拟真实的电子式互感器，通过光缆与变电站内测量单元连接，其信息量应能由计算机控制，数量上要求留一组仿真电压互感器及两组仿真电流互感器模拟装置的余量。

      要求系统建成后，既能实现主机控制仿真电子式互感器发出数字式电气量以驱动保护装置动作或驱动测控装置做出相应动作行为，并通过以上装置向站控层传递相关信息，又能满足主机控制光数字保护测试仪独立进行部分数字式保护的测试及传动工作，又不影响其他设备的正常运行。

 

三、ied测试流程与功能实现

1. ied测试流程

      测试系统使用基于windows操作系统的软件，测试软件具有实时多任务、多窗口的特点。其构成如图3所示，测试中心用来控制和调度多个测试模块。它允许测试模板包含整定值、试验参数、测试点、接线、评估、提示信息和测试结果等信息。从测试中心激活测试模板时，嵌入的测试模块自动执行。测试对象的反应被记录并生成测试报告。测试报告可进一步进行处理，包括打印、存档，并可生成word格式的文档以及用户自定义的word格式的报告。利用com技术，测试中心作为一个测试容器根据测试任务动态激活测试组件，最大限度地增加了测试的灵活性，也为程序的扩展和维护提供了方便。

2. ied测试示例——数字化保护测试

      （1）利用数字式保护测试仪进行测试

利用个人电脑通过网线与数字保护测试仪相连接并控制测试仪的输出，电脑和测试仪通过网线相连接，网线的类型可以是交叉式也可以是并行式。测试仪共有三个输出口a，b，c，每路可最多输出12路数字量，三路输出的数字量也可以通过软件设置由输出口a输出。所输出数字量为标准的iec 61850 9-1和9-2的报文，从而模拟合并单元器（mu）输出的iec 61850 9测试报文，通过测试光纤数据线加到数字保护装置中。保护收到测试仪发出的数字量，通过计算来决定是否动作，保护动作后将带有动作信息的goose报文通过光纤线输入到测试仪中，测试仪通过解析goose报文或通过硬接点，来测试保护的动作值和动作时间。完成数字式继电保护装置的闭环、测试校验工作。测试过程的逻辑图如图4。

      （2）利用常规保护测试仪进行数字化保护测试

在采用常规电压互感器、电流互感器的变电所中进行基于iec 61850的数字化保护装置测试时，可常规保护测试仪输出的模拟电气量信号借助于仪用互感器单元itu（instrumnet transducer unit）将模拟量进行数字化，输出标准的iec 61850 9-1和9-2的报文。保护动作行为通过硬接点接入常规保护测试仪的开入量端口。如图5。

      （3） 借助数字物理混合仿真系统进行数字化保护测试

变电站数字物理混合仿真系统可以进行变电站的数字仿真和变电站设备的实时测试。数字仿真系统可以进行变电站一次系统的实时暂态仿真计算，通过高速通信系统将输出信号送到外部信号转换及输入输出系统，然后送入仿真电子式互感器。仿真电子式互感器的主要任务是实现模拟信号至数字信号的转换，并不仿真光学互感器的光学性能。保护动作行为仍用硬接点反馈，未来也可考虑由goose返回信息至数字物理混合仿真系统。如图6。

 

四、结论

      智能电子设备测试实验系统的设计是配合继电保护从微机型向光数字型转变的重大变革、适应变电站自动化系统的数字化要求的高新技术综合系统，系统是先进的保护测试仪器、新型的光数字保护、光互感器的模拟装置以及智能化模拟开关所构成的一个综合系统。该系统在功能上主要应能满足新型的光数字保护的测试需要，并能在此基础上建立一个小型数字化变电站的主要模型，实现该变电站各种电气量的“数字式流动”，以符合变电站自动化系统的数字化要求。该系统应能便于保护装置、保护测试仪器的扩展、便于变电站监控系统的更新换代。本系统建设为科研工作者跟踪光数字继电保护的最新发展并进行理论和科研提供硬件试验平台。同时也提供了一个数字化变电站的实训环境。

 

作者简介

韩笑，副教授，从事电力系统继电保护、变电站综合自动化的教学和研究工作。

宋丽群，副教授，从事电子系统继电保护、变电站综合自动化的教学和研究工作。