智能变电站站域后备保护单体调试研究

杨建明

（南昌科晨电力试验研究有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

随着我国经济发展，电网负荷逐渐增加，电网的结构变得越来越庞大复杂，运行方式也经常性地改变，导致传统继电保护要同时满足保护的选择性和灵敏性比较困难[1]。尤其是传统后备保护，因其是按电流及时间的阶梯原则进行配置和整定，且仅利用本地信息进行故障判别，这就导致其在判别故障时所收集到的信息量较少，最终使保护的选择性、灵敏性和快速性不能同时兼顾。具体表现为以下几个方面：

1）保护类型的配置和保护定值的整定较难，而且系统运行的方式对其影响非常大，不同的运行方式会对保护范围产生很明显的影响。如系统最小运行方式下时，保护范围会明显缩短，严重时甚至会失去保护范围，导致保护的灵敏度严重不足。

2）复杂的逐级配合关系，导致保护的动作时间过长，在有些特殊的情况下，其动作时间还要大过保持电网稳定运行所要求的极限故障切除时间。

3）保护范围内的故障以及保护范围外的故障切除时所引起的过负荷电流，传统的后备保护是无法区分的，这就导致过负荷电流也可能使后备保护动作，引发大范围的停电事故。

而智能变电站所有的模拟量及开关量都实现了数字化，这些转化为数字化的信息都集中在SV及GOOSE网络中且都是互通互联组网的，因此实现了信息的高度共享，这就为从根本上提高和改善后备保护的性能夯实了牢固的基础。相对于传统智能变电站而言新一代智能变电站统一配置站域后备保护，替代传统的按间隔以及设备安装的后备保护。

为保证新一代智能变电站安全稳定运行，这就要求现场专业调试人员掌握新一代智能变电站的调试技术。而站域后备保护是新一代智能变电站的重要组成部分，因此研究探索适用于站域后备保护调试的方法和技术迫在眉睫。

1 站域后备保护概念

站域后备保护是指基于智能变电站站内共享信息，包括变电站的模拟量、开关量和非电量等，通过高速的站内通信网络，对变电站内系统及其所属设备发生故障时进行快速、可靠、精确的定位，实现故障设备切除的一种保护方式[2]。站域后备保护可以和广域保护系统相配合，保护某个区域电网安全可靠运行；也可作为广域保护系统的子系统，对全站内的电力设备实施保护[3]。

站域后备保护数据采集、跳闸出口采用合并单元及智能终端经交换机组网方式，和常规保护装置相比较，一套站域后备保护装置几乎可以实现全站的后备保护功能需求[4]。因此极大降低了保护装置的配置成本；对于运行、检修人员来说，将大幅减少运维工作量；在安装施工阶段线缆排布工作量、线缆的使用量大大缩减，对精细化施工及工期的缩短将有明显的提升。

2 保护装置的构成

许继电气BDH811站域保护装置由CPU插件、过程层接口插件、稳压电源插件、站控层通讯插件、开入开出插件构成。在调试过程中，我们主要配置的是A号MMI插件，8号CPU插件，6号NPI插件。装置构成如图1所示。

图1 装置功能插件

1）CPU插件（8号CPU插件）

保护装置的逻辑运算功能主要由CPU插件完成。因此与站域后备保护相关的各个保护模块的程序要下载到这个插件中，详细的程序下载步骤下文将说明。CPU插件处理器除了完成保护逻辑运算功能外，同时还要完成与广域保护的通讯。

2）站控层通讯插件（A号MMI插件）

A号MMI插件主要运行保护模型文件和分析MMS报文，人机交互功能也由其负责。与站控层的通讯主要由插件上的三个以太网口完成。因此调试时需要把与站控层通讯所需的CID文件，MAP文件，通过FTP文件传输软件下传到MMI插件的user文件夹里。

3）过程层接口插件（6号NPI插件）

保护装置与过程层网络的通讯由本插件完成。保护装置的对时也由本插件依IEEE1588协议通过过程层网络实现。

4）稳压电源插件（1号插件与C号插件）

直流220 V或110 V电压输入经抗干扰滤波回路后，利用逆变原理输出5 V直流电压。电源插件具有失电告警功能。

5）开入开出插件（B号插件）

该插件提供两路强电开入（DC220 V或110 V）分别用于装置检修压板和远方操作压板，提供一路硬开出接点用作装置故障信号输出。

3 保护装置程序升级和配置

3.1 程序升级

新建变电站保护装置在出厂时未下装各个保护模块的程序，而只下装了接口CPU的程序，需根据现场实际间隔和保护配置情况进行加载相应的程序模块。而为了保护之间更好的配合，也要对各插件的程序版本进行检查，若不符合则要进行程序升级。升级主要是对CPU插件、站控层通讯插件、过程层通讯插件程序升级。CPU插件程序的升级相当于保护模块的配置，下文将讲述。站控层插件程序升级就是把升级文件NPU808Drv.elf、NPU808Gws.elf、NPU808HMI.elf、NPU808Plat.elf和fpag.bin通过FTP文件传输软件下传到该插件的bin文件夹里面。过程层插件程序升级就是把升级文件NPI.elf通过FTP文件传输软件下传到该插件的bin文件夹里面。

3.2 保护功能模块配置

站域后备保护装置的配置采用模块化设计，不同的变电站可以根据自己实际间隔及保护配置情况，采用符合自身需求的保护模块。下面我们用BDH-811M母线保护模块来解释一下保护功能模块配置。

首先我们需要配置一个公用模块，公用模块BDH811G文件名默认为CPU0，因此其模块文件中的NPU838Pro001.elf不用修改。BDH811M母线保护模块是此次配置的第一个保护模块，所以其模块文件名改为CPU1，同时要把保护模块文件中的NPU838Pro001.elf更改为 NPU838Pro002.elf，依次类推，需要配置N个保护模块，就把相应的模块程序Npu838Pro001.elf更改为NPU838Pro00N.elf，其模块文件夹名改为CPU（N-1）。把修改好的模块文件及boot.cfg文件，驱动程序文件NPU838Plat0.elf和平台程序文件NPU838Drv0.elf放入一个新建的文件夹里。主接线文件NPU838bgd001.dat要根据我们刚才配置了哪些保护模块来进行配置。

最后一步就是把配置好的程序下装到CPU插件的bin文件夹里面。电脑的IP与CPU插件的IP设为同一个网段，CPU插件置BOOT模式，点击批量处理文件就可以了。

3.3 ICD文件的导出

调试电脑与保护装置正常连接，运行SMARTkit软件，在SMARTkit软件打开PRATE800C配置工具，连接到装置，装置IP如图2所示。调试电脑IP及网关设置如图3所示。

电脑正确连接保护装置后，点击PRATE800C配置工具工具栏中的“查询全部”按钮，配置工具将自动查询数据，数据查询完毕之后，点击“输出ICD”按钮，装置ICD文件导出完成。如图4。

图2 工具通信设置

图3 电脑IP通信设置

图4 Prate-800C配置工具操作按钮及导出ICD文件选项

3.4 配置SCD文件、CID文件及通讯参数

集成商根据整站ICD文件最终形成全站配置文件SCD，该文件包含整站所有设备的虚端子联线，下装至站域保护装置内部的CID文件需由最终版的SCD文件导出，并对站域保护装置做相应的通讯配置。

3.4.1 过程层配置

首先在SCD文件中把虚端子连结好，再使用XJ虚端子配置工具加载SCD文件（如图5），选择BDH811装置，点击导出虚端子按钮，生成装置的ied_cfg文件，把ied_cfg文件下传到CPU插件的user文件夹里面，重启保护装置，最后检查公用模块中的SV，GOOSE链路信息是否连通。具体步骤如下：

1）点击虚端子按钮，进入界面后选择SCD文件加载。

图5 XJ虚端子配置工具

2）在iedlist里面选择要操作的ied名称，点击对应按钮，导出对应装置的CID和虚端子文件。点击文件操作，选择要下装的站域保护装置，如图6。

图6 CID和虚端子文件的导出

3）进入如下界面进行配置文件的下装，如图7。

图7 配置文件修改及下装

在下装前可以修改GOOSE发送网口，确定网口后选择下装。重启装置即可。如果要配置发送网口，需进行如下操作，点击加载，在选择需要修改网口的板卡。修改后保存、返回、下装，装置重启即可，如图8。

图8 发送网口配置

4）以上步骤完成后，站域保护装置的虚端子信息就配置完成。

3.4.2 站控层配置

导出装置cid文件后，把cid.map文件通过FTP文件传输软件传到站域保护装置的MMIcpu/user目录中，该配置文件用于站域保护装置与后台通讯功能的实现。

4 保护单体功能测试

BDH-811站域保护控制装置适用于110 kV或330 kV变电站的站域级保护。一台BDH-811站域保护控制装置完成整个变电站的站域保护与安全自动控制功能，同时可作为广域保护控制子站完成广域电网相关的保护控制功能。在对站域保护配置完成之后，相关的保护功能与常规智能保护几乎没有变化，测试方法与常规智能保护没有太大差别。其调试工作主要包括以下内容[5]：

1）装置检查。主要包括外观检查、装置绝缘检查、直流电源检查。调试前应对保护屏及装置进行检查，保护装置外观良好，插件齐全，端子排及压板无松动。对直流回路、交流电压、交流电流回路进行绝缘检查时，须断开保护装置直流电源，拔出所有逻辑插件。合上直流电源对装置进行上电检查，核对程序版本应与现场要求符合，定值能正确整定。

2）SV及GOOSE检查。包括零漂检查、采样精度试验、开入量检查、开出传动检查。

3）保护定值校验。线路保护：110 kV线路保护配有距离保护、零序电流保护、PT断线过流保护和三相一次重合闸功能。母线保护、断路器失灵保护：按10（35）kV单段母线配置，完成单段10（35）kV母线保护及断路器失灵保护。

5 结语

新一代智能变电站将是未来智能变电站建设的主力，对比于传统后备保护，站域后备保护具有相当大的优势，因此站域后备保护将在新一代智能变电站建设中逐步普及发展。基于上述原因现场专业调试人员应该对站域后备保护的概念及调试方法了解透彻。文中结合实际保护装置及应用情况详细的讲解了站域后备保护的文件配置步骤及配置过程中应该注意的事项，为今后调试人员对新一代智能变电站站域后备保护调试工作提供了一条可行的技术手段。