智能变电站设备模型的原理与调试

陆 兴，曹 磊

（1.上海市电力公司 检修公司变电检修中心，上海 201204；2.上海电力设计院有限公司，上海 200025）

随着智能化电网的不断发展，智能化技术在变电站领域的应用也越来越广泛。在上海泸定站的智能化建设中，设备模型是实现信息互相交流、保护之间联系和闭锁功能联系等的核心。本文通过对智能变电站设备模型中的主要原理及调试中遇到的继电保护实际问题进行解读和分析，旨在形象地阐述设备模型在应用中的重要意义。

1 设备模型结构

对象模型的基本元素由逻辑设备（LD）、逻辑节点（LN）、数据对象（DO）、数据类和数据属性（DA）组成。逻辑设备是指由逻辑节点和附加服务组成的用于设备特定功能组信息的产生和使用的抽象实体；逻辑节点是数据功能交换的最小部分，是由它的数据和方法所定义的对象组成，包含特定应用功能；数据对象将赋予产生或者使用这个数据对象值的逻辑节点；数据对象是按数据的特征和性质实例化的数据，由数据类确定和定义；数据属性是数据对象由其所继承的数据类分配的属性元素，这些元素也可以由特定的数据结构组成。LD，LN，DO，DA结构元素，可按描述的先后顺序逐级包容。泸定站110kV母差保护出口跳分段的实例，如图1所示。

图1 110kV母差保护出口跳分段文本

由图1可知，名为“PI＿PROC”的逻辑设备包含30个逻辑节点，其中名为“BusPTRC1”的逻辑节点由14个数据对象组成，每个数据对象包含了1个或多个数据属性实例（DAI），每个数据对象都有其对应的数据属性，数据属性可以为一个或者多个。例如：数据对象“Tr”描述为母差保护动作后跳分段的出口接点。

2 数据类原理

数据类（DC）定义为给定逻辑节点内数据对象的语义，由其属性（结构）和服务组成。另外，IEC 61850还定义了公共数据类和兼容数据类两个数据类系列。数据类、公共数据类和兼容数据类存在一定的关系。具有公共结构的数据类组成公共数据类，公共数据类是数据类的子类；具有特定语义的兼容数据类组成公共数据类的特例。数据类中的数据属性类型（DA Type）也是一个类，用原始组件和合成组件定义。原始组件直接继承基本类型 （Basic Type，如INT32、FLOAT32、BOOLEAN等），多个原始组件可构成一个合成组件。以图2为例，简单阐述数据类原理。

图2 母差保护中数据模型文本摘要

由图2可知，逻辑节点“PTRC”（保护跳闸处理）的数据属性“Tr”是一个兼容数据类，它代表无方向跳闸，是公共数据类“ACT”（保护激活信息）的特定实例，属性“Tr”继承了“ACT”类属性和结构。逻辑节点“ACT”的数据属性“general”表示跳闸总状态，它的基本类型为BOOLEAN型，按数据变化触发（dchg＝1）；“ACT”的数据属性“q”表示“Tr”的品质，其类型由“Quality”合成组件派生，并按品质变化触发（因qchg＝true），“Quality”是由公共数据类中品质类型规定的公共合成组件。

3 对象引用

对象引用（Object Reference）是数据类实例的绝对路径，也是对对象名的唯一性约束，逻辑设备、逻辑节点、数据、数据属性，每一个都有自己的对象名（即实例名），另外，它们各自都有一个绝对路径名，对象名可依次用对象分隔符（“／”，“.”）串起来组成对象引用。例如，图1中Tr的对象引用是“PI＿PROC／BusPTRC1.Tr”，实指“母差保护动作跳分段的出口信息”；对Tr的属性q的引用是“PI＿PROC／BusPTRC1.Tr.q”，实指“母差保护分段跳闸信息的品质”。

4 数据集

数据集（DATA－SET）是有序排列的数据或数据属性的对象引用的集合，建立数据集的目的是按特定的规则对数据进行分类，实现快速或慢速传送数据，具有分开传送保护、录波、告警等状态信息的功能。某主变智能终端在某一时刻发送的GOOSE报文信息和该GOOSE信息对应的数据集，如图3所示。

图3 GOOSE报文分析

通过图3对GOOSE报文予以简单分析。

“Control Block Reference［控制块引用名］：IT1102ARPIT／LLN0＄GO＄gocb1”告诉接收设备GOOSE信息的来源是“IT1102ARPIT／LLN0＄GO＄gocb1”控制块；

“Data Set Reference［数 据 集 引 用 名 ］：IT1102ARPIT／LLN0＄dsGOOSE1”表示GOOSE信息中控制块所引用的数据集为dsGOOSE1；

“State Number［状态变化序号］：3”表示数据集的值发生过变化的此类GOOSE信息有3次；

“Sequence Number［传送序号］：2 526”表示这段GOOSE报文已经发送了2 526次。

“Test［测试位］：FALSE”表示GOOSE信息在收发两侧设备均运行时有效，Test＝TRUE时，GOOSE信息在收发两侧设备均改检修时才有效；

“Number Dataset Entries［数据集个数］：102”表示GOOSE信息包中数据集包含102个成员；

“Data

①BOOLEAN：FALSE

②STRING：UTC：1970－1－1 0：0：0.000000，BEIJING：1970－1－1 8：0：0.000000，Timequality：00”分别对应数据集中前两个数据属性“①RPIT／BinInGGIO1.Ind1.stVal”和“②RPIT／BinInGGIO1.Ind1.t”的实际值。其中“BOOLEAN：FALSE”是智能终端“检修状态”的实际值，调试意义为智能终端处于运行状态。“STRING：UTC：1970－01－01：0：0.000000，BEIJING：1970－1－1 8：0：0.000000，Timequality：00”则表明Time Stamp类实例信息，表明智能终端的“检修状态”信息由外部时钟源标记的UTC时标，因为本站GOOSE未采用外部对时同步，故在实际调试中无意义。

5 调试中发现的问题

1）通用性问题 图4的实例模型定义了4把主闸刀和3把接地闸刀的逻辑节点（XSWI逻辑节点类，用于为不具备短路遮断容量的开关建模）。显然，如果将这个实例作为智能终端的通用模型不具备通用性，因为它不能适应具有4把接地刀的220kV线路变压器组的接线。建议在智能终端模型的建立时，考虑配置足够的闸刀和接地闸刀的备用节点，以提高模型的通用性。

图4 220kV线路变压器组实例模型

2）遥控无效 图5（a）和图5（b）实例定义了两个不同的遥控数据对象结构，图5（a）中将用于遥控闭锁的断路器位置和遥控命令配置在两个不同的逻辑节点中，图4则配置在同一个逻辑节点中，这两个模型对应的设备同时运行在一个站控系统时，其中一个的断路器位置将无法被后台解析，从而不能实现对其的遥控操作，建议统一按图5（b）的方式建模。

图5 两个不同的遥控数据对象结构

3）采样无效 在分段自切后加速试验中发现，自切保护动作合分段后，后加速不出口，原因为分段合并单元给自切装置的电流无效（即该电流SMV报文中品质的有效性标志为“invalid”），根据该保护逻辑可知，电流无效时闭锁后加速功能，不闭锁自切其它功能，这点符合《智能变电站继电保护技术规范》第6.1.5条款的要求，但应考虑对后加速功能的失却进行补救。

4）检修状态 在对线路保护调试时，投上保护的检修压板，向保护输入故障电流后断开检修压板（此时故障电流仍保持），该保户装置向外发送的SV报文的Test位锁定为1，即电流信息保持测试状态，不被运行中的其它设备认可，而且复归需要较长时间，这表明该装置在某些特定的情况下发出的报文是非实时、非有效的，之后更改装置程序恢复Test位的即时变化，解决了这个问题。

6 结语

谨以此文与读者对变电站智能化模型的原理及应用进行交流，以期更深入理解智能变电站调试技术。通过分析调试中碰到的新问题，提出合理化解决建议，总结相关经验，以期对研究智能化保护模型的设备厂家和从事智能化变电站的调试人员提供一些借鉴和参考。