基于IEC61850的继电保护系统的可靠性的研究

文明　龙军　周可

【摘 要】在电力系统中，继电保护装置是系统中必不可少的一部分，它针对电力系统的故障，促使整个系统能安全、正常的运行，有很重要的保护作用。随着现代化、数字化技术的发展，数字化变电站继电保护系统已经投入使用，它基于IEC61850标准，智能性、可靠性更好，已经开始进入现代的变电站。

【关键词】IEC61850；数字化变电站；继电保护系统；可靠性

现代化的进程极大地推动了智能电网的建设，如今，电力系统对继电保护的研发、可靠性等提出了更高的要求，因此，数字化变电站正在逐步取代传统变电站。智能变电站的结构、元件、技术等都与传统变电站不同，智能化的继电保护系统则是一种基于IEC61850标准的数字化系统，它既能保证继保性能测试的实时性、准确性，也提高了工作人员的效率。

1 数字化变电站继电保护系统简介

继电保护系统主要是为了处理电力系统中的事故，一旦电力系统发生故障，继保系统会收集事故状态的信息，迅速判断和处理故障，并在事后分析这些问题。

与传统变电站相比，智能变电站用光纤取代了电缆，以基于IEC61850标准的报文取代了传统的模拟量输入回路与开关量输入输出回路。数字化变电站基于IEC61850标准，建立起统一的数据模型和数据通信平台，使站内智能化一次设备和网络化二次设备的数字化通信得以实现，并保证智能化二次设备之间具有互操作性。在这种情况下，继电保护系统配合变电站，也转变成了数字化的系统。在数字化的智能变电站中，继电保护通过网络，接收过程层设备发送的IEC61850-9-1（2）采样数据包，然后依靠IEC GOOSE 进行开关量数据的接收和发送。[1]

2 智能变电站继保测试系统的优势和原理

为了研究基于IEC61850标准的继电保护系统的可靠性，有关人员开发了相关的测试系统。这种系统需要可以反映继保装置工作时的动态变化的仿真软件。在变电站中，继保接收和发送的数据都是间隔层与过程层的智能电子装置IECs通信的内容，因此，相关的测试系统必须具备相应的以太网数据通信能力。简单来说，测试用到的仿真软件也必须能达到相应数字仿真技术。

2.1 测试系统的优势

有关人员在测试继电保护系统性能的时候，引入了具有自动化、网络化功能的监测工具，实行在线的自动化测试，以确保测试的实时和准确，并提高工作效率。这种测试系统不仅准确度高、可以在线监测，而且可以重复测试，使得测试工作可以被追溯；它的方法比较成熟，能够同步检测多种功能，覆盖的范围也可以被扩展。此外，系统是由高级应用软件来自动分析、生成测试的任务和数据结果报告，这样就降低了人为因素的干扰作用。

2.2 测试系统的原理

通过光纤网络有机互联的数字式光电互感器合并器，继保系统可以得到IEC设备进行测控、保护、记录事件等所需的标准信号。继保系统过程层中的数字式光电互感器可以把采集到的系统运行时的模型信号转换成数字式采样值，并以光纤量的形式，传输到智能合并单元，经汇总和同步处理，再把数据打包校验，集中发送到系统的通信网络。智能合并单元输出的数字式光纤量采样值是符合IEC61850-9-1（2）通信规约的。在继保测试系统中，通过测试仪对应开关量的输入接点，保护动作信号会被输入测试系统中，测试仪内部有设置好的程序与判断逻辑，可以对采样数据信息进行实时分析，并对输出量的幅值、相位等参数加以改变，以实现实时测试分析[2]。

3 系统试验

3.1 搭建系统需要注意的问题

搭建系统时，首先要确保系统可以模拟智能变电站中继保设备的外部特征，软件要有足够的仿真效果并能处理数字信息，具备实时性，整体系统的软硬件之间可以较好地相互配合。建模时，在建模软件的帮助下，测试人员应进行一次系统建模，该过程根据需求，可以分为一次主接线建模及控制模块建模，需要配置相应的子系统，并建立操作面板，以方便控制一次系统中的潮流和设置故障。配置GOOSE信号时，也要配置相应的文件。

建构系统需要有适宜的网络接口技术，通常采用的一种用于捕获报文的相应技术就是Winpcap编程。在Windows平台下，它可以捕获以太网数据包，对数据进行网络分析，并进行数据包的发送和统计网络流量。这一编程在工作时有固定的流程，并可以在需要时设置过滤数据包的条件。

同时，系统要具有可以解析报文的语言（如C语言），可以根据IEC61850的数据结构定义、基本编码规则等来解析报文编码，以便进行分析。此外，应根据变电站的要求和实际情况来开发保护主程序，并使之与人机交互界面有良好的兼容性，以便提高系统的可视化程度和可靠性。

3.2 系统试验

搭建好模型后，现在系统的专用PC机上导入描述变电站结构及设备之间关系的文件，建立变电站系统的实时及历史数据库。之后，导入保护装置的配置文件，这一文件相当于实际系统中的成套保护屏柜背面的端子排。有了这两个文件，就可以尽可能地模拟出变电站的实际情况。

试验过程中，为了更好地检验系统的性能，可以专门设置特定故障并进行母联开关的失灵试验，由于系统中的支路运行设计结构不同，旨意在区间单一故障时不进行倒闸操作，就可以更清楚地分析故障波形。在经过相应的设置后开始试验，观察和比较故障时的波形图。同时，保护程序会编码计算结果，形成信号，报文也会返回配置信息。最终，比较所有得到的图形、图表，试验人员发现各设备的动作行为可以准确的反映出故障特征和模块之间的关系，具有较好的联调联式性能，也符合IEC61850的要求，可以在实际运用中提高供电的效率和可靠性[3]。

4 系统的实际试用情况

事实上，500kV崇左变电站已经开始试用基于IEC61850的继电保护系统，该系统被接入了站内所有的继电保护装置。变电站内部的网络系统结构是总线型，各保护小室的继电装置是以以太网的形式接入同一交换机，并能通过光电转化把数据传送到总控楼机房，之后数据被恢复成网络信号，接入处理继电保护信息的总交换机上，同时与远方控制中心、总调数据网交换数据。

IEC61850规约的核心是不同厂家的系统、设备使用同样的信息模型，以达到更好的兼容性。变电站内，各小室设处理保护信息的子站屏、交换机及其他相应装置，采取模块化设计的系统软件。模块各自独立，但又联合起来，构成完整的故障处理平台。软件可以与站内的MIS、自动化等系统联网，实现数据的交换。系统软件的功能主要有：拓扑绘图、故障分析、查询故障信息、采集数据、子站通信服务、GPS对时、权限管理和数据库管理维护。

整个系统的工作过程大致为：现有设备层的模块采集信息，输入间隔层，根据IEC61850规约进行转换。之后，转换后的信息/数据进入站控层，相应的模块进行信息处理和存储，最后向应用层上传信心，进行在线监控并显示分析结果。

在实际的运行中，尽管还有一些问题和不足，系统与保护设备、录波设备的接口良好，可以顺利进行查询设备信息、召唤定值等功能，与远方控制中心和南方总调数据网较好配合，共同实行对变电站的管理和监控，实现故障的及时处理[4]。

5 结束语

在电力系统中，IEC61850的作用越发重要，并被逐渐推广到实际，应用与继电保护系统，但IEC61850还处于初步开发阶段，尽管比传统变电站更具优势，提高继电保护系统的可靠性，但也存在问题，因此，还需要继续进行测试，充分发掘IEC61850的价值。

【参考文献】

[1]刘世明，李蔚，岳增辉.基于IEC61850的继电保护纯软件测试系统[J].电力科学与技术学报，2010，01：43-48+53.

[2]赵春利.基于IEC61850标准数字化变电站继保测试系统研究[J].硅谷，2012，15：85-86.

[3]宋杰，靳希，鲍伟，崔德义，宁科，李广跃，孙嘉，纪元.基于IEC61850的智能继电保护装置协同测试系统的研究[J].电力系统保护与控制，2012，05：59-63+68.

[4]贾筱莹.基于IEC61850规约的500kV变电站继电保护与故障信息处理系统[J].电力信息化，2010，04：55-57.

[责任编辑：王伟平]