偏远地区电网故障录波组网系统的研究

王延盛

（天津机电职业技术学院电气电子技术应用系，天津 300350）

偏远地区电网故障录波组网系统的研究

王延盛

（天津机电职业技术学院电气电子技术应用系，天津 300350）

目前，在我国部分偏远地区的电网中，其地调11kV变电站的故障录波装置没有联网，仅中调220kV变电站的故障录波器接入了继电保护故障信息子站，导致此类地区的电力运维部门无法及时有效的查看辖区的设备故障信息。因此，对电网故障录波装置组网系统进行研究，对解决电力运维部门及时有效的处理辖区的设备故障具有重要意义。本文分析了当前故障录波组网所存在的主要问题及该组网系统的设计思路及配网原则，研究了以IEC61850规约为基础的网络通信结构，为此类项目的实施开发提供了决策依据。

故障录波；调度数据网；IEC61850；智能电网

1 故障录波组网系统研究的背景及意义

目前，我国部分偏远地区电网的地调110kV变电站的故障录波装置少有接入网络，仅中调220kV变电站的故障录波器通过接入继电保护故障信息子站与调度数据网进行了互联。由于中调设有唯一的主站，而地调没有设置分站，更没有工作站，因此此类地区的电力运维部门无法通过有效手段及时查看辖区的设备故障信息。此外，各厂站的220kV部分的保护信息和故障录波信息共用继电保护故障信息远传系统采集，通过调度数据网上传至中调主站。由于故障录波信息的占用网络资源大，在过多的子站与主站进行通信的情况下，网络中断故障频发，设备经常死机，系统的可用率不高。因此，对故障录波组网系统进行研究，能够为故障录波信息提供统一的分析平台，便于电力运维部门快速准确地处理系统故障，减缓调度数据网的通信压力。

2 故障录波组网系统的设计思路及配置原则

2.1 故障录波组网普遍存在的问题

电网故障发生后，将在相互有联系的多个变电站产生大量录波数据，同时上送的录波数据会造成调度员判断的困惑，需逐台调阅录波数据，操作繁琐、效率不高。此外，故障的展示方式较为单一，不便于整体上进行判断、分析。特别是IEC61850标准针对录波器的模型定义亟需制定统一的标准。

2.2 故障录波组网系统的建设思路

由于绝大多数220kV变电站的故障录波装置接入继电保护故障信息子站，通过调度数据网接入中调继电保护故障信息主站，使故障录波数据可以通过子站上送到主站。因此，故障录波组网系统的搭建应首先将已具备中调数据网的220kV变电站故障录波装置进行联网组建故障录波组网系统，其次对变电站中不具备接入条件的故障录波装置进行技术改造，以实现变电站、地调分站、中调主站三层组网结构。

3 故障录波组网系统的通信技术

3.1 故障录波组网系统结构

组网系统结构主要选择建设为具备地调数据网的组网系统结构，如图1所示。典型的故障录波组网系统由主站端和变电站端设备构成，并通过调度数据网连接。其中220kV变电站的录波设备接入地调主站。地调主站负责向中调主站转发直连录波器的信息，中调主站负责向地调主站转发相邻地区的录波器信息。

图1 具备地调调度数据网的组网系统结构

3.2 系统站端结构

系统站端结构根据设备距离、台数的不同主要分为三种情况。当录波器距离数据网接入设备不超过80米时且台数在3台以下时，每台故障录波器应直接接入两套调度数据网。当距接入设备不超过80米时且台数在3台时以上时，需增加一台交换机，先在站内组网后再接入两套调度数据网，如图2。当录波器距接入设备超过80米时或录波器部署在不同保护控制室时，需增加一台交换机先组网后再经过光纤传输接入两套调度数据网。

图2 故障录波装置经交换机接入调度数据网

3.3 通信规约

目前，国内故障录波组网通常采用的通信标准为IEC61850和IEC60870-5-103两种标准。103规约使用较为广泛，但103规约仅提供一个大的框架，规定比较宽松，且我国在采用时为了兼容国内的继保设备加入了部分专用范围，导致不同厂家对它的使用存在差异，出现兼容性差、组网复杂的情况。而61850规约更为方便，可通过第三方抓包工具直接解析报文，与智能电网总体发展方向一致。因此，在实施组网项目时应采用61850规约。

3.4 故障录波装置的建模设计

（1）录波装置建模。利用基于扩展标识语言（XML）的变电站配置语言（SCL）按照IEC61850规定的建模方法，对于一个故障录波装置，应建模为一个IED对象。一个LED对象宜建模为一个Server。服务器对象中应包含至少一个LD对象，对于故障录波装置，可以将故障录波功能使用一个LD来建模，命名为RCD，RCD中应至少包含三个必需的LN对象，另外将具有公用功能、信息的逻辑节点组合成一个公用逻辑设备，命名为LD0。

（2）逻辑节点建模。故障录波装置的数据模型中，命名为RCD的逻辑设备至少应包含LPHD、LLN0和RDRE三个逻辑节点。其中，RDRE逻辑节点对于所有的录波装置是强制的，它由具备共同功能相关、系统相关的数据对象和数据属性组成。此外，每个模拟量通道用一个RADR实例建模，包含模拟量名称、上限、下限、突变等定值。每个开关量通道用一个RBDR实例建模，包含开关量名称、是否启动录波等定值。每条母线采用一个ZBSH实例建模，包含母线名称、序分量定值等信息。每条线路采用一个ZLIN实例建模，包含线路名称、线路阻抗、序分量定值等信息。每个变压器用一个YPTR实例建模，包括变压器名称、差流启动定值等信息。

（3）线路、主变压器故障录波器建模。对于线路故障录波器，考虑2段母线，12回线路，其命名为RCD1的逻辑设备的建模结构图如图3所示，图3中RADR1～N1表示的是8个电压模拟量通道和48个电流模拟量通道对应的逻辑接点，RBDR1～N2表示的是各个开关量通道对应的逻辑接点，ZBSH1～N3表示的是2段母线对应的逻辑接点，ZLIN1～N4表示的是12回线路对应的逻辑接点。

图3 线路故障录波器RCD建模图

对于主变压器故障录波器，考虑2台三圈主变压器，其命名为RCD2的逻辑设备的建模结构图如图4所示，图4中RADR1～N1表示的是24个电压模拟量通道和24个电流模拟量通道对应的逻辑接点，RBDR1～N2表示的是各个开关量通道对应的逻辑接点，ZBSH1～N3表示的是6段母线对应的逻辑接点，YPTR1～N4表示2台主变对应的逻辑接点。

图4 变压器故障录波器RCD建模图

4 结论

本文对在偏远地区开展故障录波组网的可行性和必要性进行分析，并以220kV变电站故障录波现状为基础，提出其组网系统采用中调数据网通道进行数据传输，将站端故障录波器分别直接接入或者组成以太网后接入调度数据网交换机的系统结构，提出了系统配置原则和基本要求。并以IEC61850规约作为该系统的通信标准并进行建模，研究制定了服务器与录波设备的通信接口、通信规范。为故障录波组网系统未来在偏远地区应用提供了决策依据。

[1]付国新，戴超金.智能变电站网络分析与故障录波一体化设计与实现[J].电力自动化设备，2013,33(5):163～167.

[2]黄云龙.220kV变电站故障录波器组网方案[J].电工技术，2015,(9):34～35.

TM732

A

1671-0711（2016）12（上）-0138-03