预制舱式二次组合设备工厂联调技术研究

倪赛赛， 刘科， 崔力心， 郭文科

(1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050；2.中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 730050)

预制舱式二次组合设备工厂联调技术研究

倪赛赛1， 刘科2， 崔力心1， 郭文科1

(1.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃 兰州 730050；2.中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司，甘肃 兰州 730050)

预制舱式二次组合设备是新一代智能变电站建设亮点之一，实现了工厂内的集中安装和验收，也给工厂联调提出了更高要求。同时，舱内新设备新技术的应用也给调试测试提出了新的难题。针对面临的挑战，探索工厂联调模式、站域保护调试技术以及共网共口装置传动方法。通过对比先进舱后联调和先联调后进舱两种联调模式，得到先进舱后联调的方式更适合预制舱设备。舱内站域保护功能复杂，需要分模块调试各保护功能，并带模拟开关一一传动试验验证。光纤交互器能够实现单根光纤SV、GOOSE数据的重组和分离，可有效解决共网共口保护装置传动试验的难题。

预制舱式二次组合设备；工厂联调；站域保护；共网共口设备；传动试验

0 引 言

新一代智能变电站是现有智能变电站的继承和突破，是为适应电网灵活互动、节能环保、安全可靠新要求，研究设计建设的下一代变电站。在一次设备方面采用电子式互感器、隔离式断路器、智能变压器和集合式电容器组等新设备，在二次设备方面采用层次化保护系统、预制舱式二次组合设备和多功能测控装置等新技术，实现了变电站系统高度集成、结构优化合理、装备先进适用、经济节能环保、支撑调控一体的建设理念[1-2]。

预制舱式二次组合设备是新一代智能变电站建设的重要建设成果之一，实现了最大化工厂预制、最小化现场安装。预制舱式二次组合设备由预制舱体、二次设备屏柜或机架、舱体辅助设施等组成，在工厂内完成制作、组装、配线、调试等工作，以箱房形式整体运输至工程现场，就位安装于基础上。采用预制舱式二次组合设备，能够实现全站二次设备的模块化组合、标准配送、集约化施工，具有显著的技术经济效益[3-5]。

与传统继电保护小室相比，预制舱式二次组合设备内部空间布局更为紧凑。舱内应用了层次化保护、共网共口设备等新技术，为工厂化联调测试带来挑战[6]。本文根据预制舱式二次组合设备特点，总结工厂化联调测试实践经验，为预制舱式设备建设应用提供参考。

1 工厂联调新挑战

预制舱式二次组合设备实现了二次系统工厂内集成安装和调试验收，代替常规变电站继电保护小室构架，大量应用二次新设备新技术给调试测试带来挑战。

1.1 工厂化联调新模式

传统智能变电站集成联调主要解决装置存在的问题，二次设备联调后运输至现场重新接线，需要再次测试来验证装置间的互联互通，不能真正发挥联调的作用。预制舱式二次组合设备将现场安装调试前移，放到了工厂生产阶段，为二次系统工厂化联调提供了条件。由于预制舱结构的特殊性，一旦舱体运输至现场，舱内设备变更将十分困难，无形中给集成联调提出了更高要求。因此为充分发挥联调的作用，需要研究适应预制舱式二次组合设备的工厂化联调新模式。

1.2 站域保护调试

新一代智能变电站采用层次化保护体系，由就地保护、站域保护和广域保护三个层次组成。站域保护利用站内多个对象的电流、电压、开关和就地级保护设备状态等信息，集中决策，实现全站备自投、主变过载联切、低周减载、35 kV/10 kV简易母差保护等功能，同时可以实现110 kV单套保护的冗余配置和优化主变低压后备保护策略[7-8]。作为变电站保护体系承上启下的中间层，站域保护装置功能复杂，涉及范围广，需要针对性分析其调试测试技术。

1.3 通信网络技术

新一代智能变电站普遍采用“三层共网”“共网共口”的网络架构，优化通信网络结构，减小网络交换机数量。即站控层、间隔层和过程层设备接入全站统一的物理网络，全站MMS、GOOSE、SV等报文共网传输，过程层设备GOOSE和SV报文采用同一个物理网络接口传输[9]。网络交换机采用IEC61850建模技术，实现通信网络管理和自动化系统管理的一体化，提高通信网络调试和运维效率。共网共口设备为保护装置带开关传动整组测试带来新的难题。

2 工厂化联调模式的探索

预制舱式二次组合设备工厂联调不仅需要在整体方案的统领之下，遵循以往的经验和标准开展工作， 还要根据项目特点开

展新模式的探索。某省新建两座110 kV新一代智能变电站，在开展工厂联调工作前，根据两座变电站预制舱内二次设备到货情况制定了两种联调方案。对于舱内设备基本到货的A变电站，采用先进舱后联调的模式，调试流程见图1(a)；对于设备到货情况较差的B变电站，暂不具备进舱条件，制定了先联调后进舱的联调模式，调试流程见图1(b)。

图1 两种工厂调试模式

两种联调模式均较好完成了预制舱式二次组合设备的联调测试任务，完成了SCD配置文件集成，舱内二次设备的单体调试、设备互联互通以及系统传动试验等项目。预制舱式二次组合设备具备整体出厂的条件，达到了集成联调的目的。两座变电站预制舱联调模式对比如表1所示。

表1 两种联调模式的对比

为进一步研究两种联调模式的优缺点，从变电站规模、工作过程及联调效果来分析。从变电站规模来看，B变电站IED设备为A变电站的67.44%，预制舱内二次屏柜数量为A变电站的86.21%，B变电站联调任务小于A变电站。从工作过程来看，两个变电站联调参加人数基本一致，但B变电站联调时间为A变电站的1.5倍。从效果来看，A变电站验证了舱内设备的全部功能，遗留1项缺陷，B变电站由于入舱后仅进行了传动试验导致部分功能未能全面验证，遗留缺陷也较多。综合比较两种模式得到，A变电站集成联调效果优于B变电站，采用先进舱后联调的方式更能充分验证二次系统性能，发挥集成联调的效果。

3 站域保护调试

站域保护数据采集、跳闸出口均采用组网方式，相对于常规的保护装置而言，一套站域保护装置实现了以往的多套独立式保护装置的功能。图2给出了站域保护网络连接简图。站域保护调试包括单体调试、装置互联测试和整组传动测试。

图2 站域保护网络连接简图

3.1 单体调试

单体调试除开展常规外观、光口功率、开入开出等测试外，主要开展各模块保护的试验验证。

(1)站域母线保护功能模块包含母线差动保护、母联失灵保护、母联过流保护、断路器失灵保护等功能。线路保护功能模块包含差动保护、距离保护、零序保护、PT断线过流、重合闸等功能。单模块调试测试方法与常规母线保护、线路保护一致。

(2)站域变压器后备保护包括低压简易母线保护和充电保护。简易母线保护是一种基于主变低压侧过流元件和来自于馈线、母联以及小电源的闭锁元件的保护方式。母线区外故障时，相关保护发出闭锁信号闭锁简易母线保护；母线区内故障时，相关保护不发闭锁信号，简易母线保护快速动作切除变压器低压侧开关，从而实现对母线的保护。分段验证低压侧各段简易母线保护定值和功能，开入量设置为馈线闭锁简易母线开入，验证闭锁母线简易母线保护逻辑。充电保护是当变压器低开关由跳位变为合位时，加速过流保护投入10 s，过流元件满足后经延时跳闸，验证加速过流保护定值校验及逻辑。

(3)站域备自投功能模块包括高压侧分段备投，高压侧进线备投，低压侧分段备投等，备投定值和逻辑验证的实验方法同常规备投试验。低压解列模块需要验证低压解列定值校验及逻辑，低频减载模块需要验证低频减载定值校验及逻辑。站域过负荷联切模块设置2个元件(线路或变压器)，每个元件设置告警及4轮联切，需要验证过负荷联切定值校验及逻辑。

3.2 装置间互联测试

测试包括采样SV数据测试、GOOSE订阅和发布测试、装置压板测试、检修功能验证和SV断链/无效功能验证等项目。

分别给相关各个间隔加量，在站域保护装置菜单中查看遥测数值，验证与站域保护配合的各个间隔SV虚端子正确性。开出各个间隔GOOSE信息，在站域保护装置菜单里面查看GOOSE状态，开出站域保护装置里面的GOOSE信号，查看各个间隔合智一体装置、保护装置的信息是否有效，验证与站域保护配合的各个间隔GOOSE虚端子正确性。手动或遥控投退保护装置压板，检测装置显示是否正确，验证与站域保护压板的正确性。投退线路、主变、母联等间隔的保护和合智一体装置检修压板，统计各个状态的数据及保护动作行为，测试SV/GOOSE数据品质异常对各类合智一体装置、站域保护的影响。拔掉SV光纤，测试SV品质异常对站域保护动作行为的影响。

3.3 保护整组传动

根据站域保护装置内各保护模块动作逻辑，模拟典型故障，一一进行传动试验验证保护功能。在工厂联调阶段为全面检验传动效果，进行站域保护传动试验时，各相关智能终端直接跳合模拟断路器。传动试验时重点检查各保护功能是否正确可靠动作，相关联保护功能间联闭锁信息是否正确，合智一体装置是否正确接收并执行动作。在整组传动过程中，特别注意检查保护和合智一体装置检修压板状态对保护动作的影响。同时需要核对网络报文分析仪、故障录波器、监控后台的保护相关信息是否正确。

4 基于数据分离重组技术的保护传动

共网共口二次设备采用单根光纤传输SV采样和GOOSE信号，调试测试的困难在于单根光纤SV、GOOSE数据的分离和重组。

SV是采样值数字化传输信息，一般采样频率为4 kHz，每250 μs发送一次数据包，对时间精度要求极高，产生较大数据流量。GOOSE主要用于实现在多IED之间的信息传递，正常情况下流量很小，在开关变位或故障时会产生大量数据流量包。

SV报文和GOOSE报文采用同一端口传输，可将光纤看作一个时分复用的全双工高速串行通道，在优先保证SV传输准确性的基础上合理安排GOOSE信号的传输。数据合并重组时将SV报文作为基本报文序列，GOOSE报文作为特殊报文进行插队排列。考虑SV、GOOSE报文类型和长度，在相邻SV帧报文间最多加2帧GOOSE报文。多组GOOSE报文按优先级发送，整体不会影响GOOSE的传输。SV和GOOSE报文的分离主要是采用APPID进行数据交互路径规划，解决数据信号的分离与过滤。光纤传输的数据按照控制块APPID进行分离，同时SV报文根据等时间间隔进行校验，GOOSE报文按照GOOSE重发机制进行校验。SV、GOOSE分离重组原理如图3所示。基于以上数据分离重组原理开发的单光纤交互设备解决单光纤传输SV、GOOSE信号传动难题。

图3 数据分离重组技术原理

合智一体装置通过单根光纤与保护装置相连传输SV与GOOSE信号。采用单光纤交互器将光纤数据进行分离和重组，

图4 单光纤传动试验图

传动试验原理框图如图4所示。合智一体装置上传SV采样和开关位置GOOSE信号。单光纤交互器分离GOOSE信号后与保护测试仪的SV信号进行重组，发送给保护装置。同时，单光纤交互器将保护装置发送的跳合闸命令转发给合智一体装置。单光纤交互器解决了光纤数据的合并和解耦，实现了保护功能的传动试验验证。

5 结束语

预制舱式二次组合设备工厂化加工安装的特点对工厂联调提出了更高要求。本文分析了预制舱式二次组合设备以及新设备新技术给工厂联调带来的测试难题。针对面临的挑战，探讨了两种工厂联调模式、站域保护调试测试方法和基于数据分离重组技术的保护传动技术。预制舱式二次组合设备作为变电站新设备，缺乏现有的运行经验和方法，投运后需要重点加强巡视和维护。

[1] 赖向平,吴彬,常涛,等.新一代智能变电站特征分析[J].电气应用,2013,32(A1):451-453.

[2] 王忠强,李栋,姜帅,等.新一代智能变电站技术经济分析[J].电气应用,2013,32(21):34-37.

[3] 彭鹄,田娟娟,陈燕,等.重庆大石220kV新一代智能变电站优化设计[J].电力建设,2013,34(7):30.-36.

[4] 陈飞,朱东升,姬慧,等.预制舱式组合二次次设备在智能变电站建设中的应用[J].中国电业(技术版),2014,59(8):46-49.

[5] 刘群.预制式二次设备在智能变电站中的应用研究[J].电气开关,2013,51(4):59-60,108.

[6] 孙建龙,鲁东海.基于预制舱的配送式智能变电站设计[J].江苏电机工程,2014,33(5):43-47.

[7] 高厚磊,刘益青,苏建军,等.智能变电站新型站域后备保护研究[J].电力系统保护与控制,2013,41(2):32-38.

[8] 王进虎,杨威,王娜,等.新一代智能变电站站域保护调试技术研究[J].电力信息与通信技术,2014,12(7):17-20.

[9] 李宝伟,文明浩,李宝潭,等.新一代智能变电站SV直采和GOOSE共口传输方案研究[J].电力系统保护与控制,2014,42(1):96-101.

AStudy on Factory Joint Commissioning Technology for Secondary Combination Units of Prefabricated Cabin Type

Ni Saisai1, Liu Ke2, Cui Lixin1, Guo Wenke1

(1.State Grid Gansu Electric PowerCo. Electric Power Research Institute, Lanzhou Gansu 730050, China;2. China Energy Construction Group Gansu Electric Power Design Institute, Lanzhou Gansu 750050, China)

The secondary combination unit of the prefabricated cabin type, one of the highlights of the new generation of smart substation construction, realizes centralized installation and acceptance inspection within the plant and puts forwards even higher requirement on factory joint commissioning. Moreover, application of new equipment and technology in the cabin brings new problems to the debugging and testing. In the face of challenges, this paper explores the factory joint commissioning mode, substation area protection debugging technology as well as transmission method for the common network/port device. Through comparison of the two modes of installation before commissioning and commissioning before installation, it is concluded that the former is more suitable for prefabricated cabin equipment. In the cabin, substation area protection functions are so complicated that these protection functions have to be debugged for each module, and drive tests using simulation switch is needed for verification purpose. Optical interactors can realize SV and GOOSE data reconstitution and separation for single optical fiber, thus solving the problems with the drive test on the common network/port protection device.

secondary combination unit of prefabricated cabin type; factory joint commissioning; substation area protection;common network/port device;drive test

国网甘肃省电力公司科技项目(522722140043)

10.3969/j.issn.1000-3886.2016.06.019

TM76

A

1000-3886(2016)06-0062-03

倪赛赛(1984-)，男，江苏启东人，硕士，工程师，研究方向：电力系统故障分析与继电保护技术研究。

定稿日期: 2016-06-30