智能变电站保护与控制在线安全运行分析与研究

马慧芳 李延东 张亮 张蓓蕾

摘要：在现代电网的建设和发展中，智能变电站作为电力系统重要的核心枢纽，智能变电站保护和安全控制是我国智能电网建设战略中重要内容。智能变电站保护和控制在线安全分析的数据源，都是基于变电站内的数据信息。基于此，分析了智能变电站的网络数据信息特点，结合智能变电站保护和安全控制实际情况，提出了智能变电站保护和控制在线安全运行系统的设计思路，并研究了智能变电站保护和控制在线安全运行系统的结构及功能。

关键词：智能电网;智能变电站;安全控制;在线运行

1智能变电站网络信息特点分析

智能变电站信息的最大特点就是信息数字化，变电站内数据信息主要是通过光纤或者网线进行传输。智能变电站的信息量非常大，在海量数据信息中，MMS报文信号用于实现站控层数据通信，监测控制网络通信。MMS信号在实际智能变电站运行中可以作为虚端子，网络通信是依靠虚端子和实际设备进行信号传递，传递的信号需要由系统文件配置完成。智能变电站网络通信包括站控层网络和过程层网络，其中，站控层网络负责对操作控制命令进行分配和下发，将变电站设备运行情况数据上传到管理中心，即MMS报文网络。过程层网络主要是采集各个单元的数字信息，并把执行的命令下发到相应单元。

2智能变电站安全措施特点

常规微机保护二次回路一直遵循“明显断开点”的原则，在直流跳合闸回路、保护联闭锁回路中串入硬压板，设备检修时打开这些压板，再挑开待检修设备与运行设备间的二次回路，实现可靠的安全措施。智能变电站二次回路与常规变电站有很大的不同，继电保护设备本身也发生了很大的变化，光纤通信代替了交流采样和直流二次回路，所以安全隔离措施也有了很大的不同。智能电子设备内置数据链路的发送和接收软压板，可通过投退这些软压板，控制虚拟数据链路的通断，从而实现对待检修设备的隔离。智能变电站中采用“直采”、“直跳”的保护装置，可采用物理断开连接光纤，实现“明显断开点”，这种方法具有较高的可靠性，但多次插拔光纤接口易造成接头污损，增加通道延迟，进而影响保护装置运行可靠性。此外，在退出对应通道压板前，断开物理光纤（或投检修压板）会导致通道接收数据异常，造成数据接收端闭锁相关保护功能，所以安全措施间的配合顺序非常重要。智能变电站的主要隔离措施有：投退保护装置的SV接收软压板;投退保护等智能电子设备的GOOSE接收和发送软压板;投退保护等智能电子设备的检修压板;插拔智能电子设备间的连接光纤;投退智能终端的出口硬压板。继电保护设备安全隔离措施应在保证工作安全的前提下按双重化和最小化的原则配置，在未验证软压板及检修策略正确性前，应采用物理断开和数字断开相结合的方式，在定期校验中可采用双重数字断开方式隔离待检修与运行设备。

3安全措施的执行原則

3.1总的原则

智能变电站执行安全措施的主要目的是将故障或待检修设备与运行设备可靠隔离，同时保证相关的一次设备带保护运行，否则应将一次设备停运后再做处理。单套配置的继电保护装置、合并单元、智能终端等校验消缺时应停运一次设备;网络交换机一般不单独投退，必要时可根据影响范围退出相关保护功能。

3.2二次虚回路的安全措施

二次虚回路的安全隔离应采取至少双重安全措施，即在检修设备上和运行设备上分别执行安全措施，如退出待检修装置发送软压板、退出相关运行保护装置相应的接收软压板并投入待检修设备检修压板等。

3.3物理断开的安全措施

通过打开智能终端出口硬压板，断开智能电子设备光纤接口，可实现具有“明显断开点”的安全措施。本类措施当且仅当确有必要时执行，以避免频繁插拔光纤导致光接口损坏，原则上可执行单重安全措施;执行措施时，应将断开的光纤做好标记并套好保护罩。

3.4交流回路安全措施

合并单元一般不单独检修，故障或检修时应首先退出受影响的继电保护装置。保护装置SV接收软压板退出前，应确认相关的保护处于退出状态或跳闸改信号或对应的一次设备已停运。

3.5检修压板投退顺序

操作继电保护装置检修压板前，应确认保护装置处于退出或跳闸改信号状态，且与其相关的运行保护装置相应接收软压板已退出。需要特别注意的是操作合并单元的检修压板前，应确认相关保护已退出或相应SV接收软压板已退出。

3.6安全措施执行顺序及确认

涉及多间隔的保护（如母差、主变等）装置操作，退出保护时，建议按“退出口软压板—退功能软压板—退间隔SV接收压板—投检修压板”的顺序执行;投入保护时操作顺序与此相反。每项安全措施执行后，都应在待检修保护装置、相关运行保护装置、一体化监控系统、保信子站等核对相关信息，确认安全措施已执行到位，无异常告警信息。

4智能变电站保护与控制在线安全运行系统设计研究

4.1系统设计要求分析

智能变电站保护与控制在线安全运行系统主要根据SCD配置文件和网络信息报文进行设计。对SCD配置文件进行解析，可以获取智能变电站的整个信息模型，可以掌握整个智能变电站的图纸结构。网络报文可真实地反映出智能变电站的实际运行情况，并根据数据信息对设备进行自我诊断。设计的主要要求是实现对智能变电站网络报文数据的实时侦听和分析，为智能变电站的远程控制管理人员提供控制管理功能，通过自身的过滤功能完成事件关联信息的自动获取。如果二次系统发生功能故障，本系统可以及时自动分析造成故障的原因，提高了故障处理的能力，减少了处理故障的时间，为在线安全运行分析提供了重要的技术支持，保证了电力系统的安全稳定运行。系统要能通过在线侦听分析采集的信息，并自动完成事件功能关联，提高智能变电站的信息处理能力。在设计系统时，要满足监测过程中针对性较强的要求，并降低系统的冗余计算，提高智能变电站的运行能力。

4.2系统结构及功能设计

在智能变电站保护与控制在线安全运行系统结构中，系统的底层模块负责采集数据，主要是对智能变电站的SCD配置文件进行解析，并且完成通信模块的建立和数据的更新功能。GOOSE解析模块和SV解析模块功能是从过程层的中心交换机采集和获取FPGA报文，并通过解析功能对报文进行解析，然后通过网络把数据传输到管理服务器。主要通过MMS解析模块从站控层交换机获取MMS报文，并将获取的报文进行解析，进而得到事件类型，采用不同的标记类型对不同事件分类标记。在系统的主界面中显示经过标记的事件，方便系统管理人员查看事件信息。设计系统时，通过功能事件作为接口，对动作事件进行保护控制，对保护控制行为分析进行关联，使系统可以进行行为在线安全运行分析。智能变电站保护与控制在线安全运行分析系统的应用程序在运行时相互独立，并且系统可为每个应用程序分配独立的内存空间。应用程序的基本单元是线程，一个应用程序里面有多个线程组成。线程处理任务的方式是以串行方式为主，多线程是在应用程序中同时执行多个线程，每个线程完成不同的任务，可提高系统的执行效率。系统设计师以网络信息的实时获取和解析等为平台基础，同时对功能扩展进行支持。系统平台处理的信息量大，单线程不能满足系统对数据处理功能的需要。因此，设计系统时采用多线程的数据处理架构，提高了智能变电站在线安全运行分析系统数据处理的能力。

结语

智能变电站在线安全运行分析系统研究，促进了智能变电站安全运行方面的发展。通过对智能变电站保护与控制在线安全运行分析系统的设计和研究，可对整个网络进行实时监控，并且可对保护控制行为的执行情况进行分析和判断，真正实现了在线安全运行的智能化。

参考文献

侯伟宏，裘愉涛，吴振杰，等.智能变电站继电保护GOOSE回路安全措施研究[J].中国电力，2014，49（9）：143-148.