IEC61850通訊規約在500kV芝堰變電站的應用

華北電力大學能源動力與機械工程學院 錢平 鄭海明QIANPingZHENGHai-ming

浙江省電力公司生產技術部 錢平 QIANPing

IEC61850通訊規約在500kV芝堰變電站的應用

華北電力大學能源動力與機械工程學院 錢平 鄭海明QIANPingZHENGHai-ming

浙江省電力公司生產技術部 錢平 QIANPing

隨著用戶對電能可靠性和質量要求的不斷提升，智能電網、互動電網等技術逐步興起。數字化變電站是智能電網的物理基礎，國際電工委員會發布的IEC61850標準為數字化變電站技術奠定了理論基礎。本文探討了IEC61850規約在智能化一次設備以及數字化通信技術的發展及在500KV芝堰變電站的具體應用。

IEC61850標準；智能電網；數字化變電站；變電站自動化

1.言

IEC61850是國際電工委員會TC57工作組制定的《變電站通信網絡和系統》系列標準，是基于網絡通信平臺的變電站自動化系統[1]唯一的國際標準。IEC61850標準采用自頂向下的方式對變電站自動化系統進行系統分層、功能定義和對象建模，規范了數據的命名、數據定義、設備行為、設備的自描述特征和通用配置語言，包括面向對象的標準、通信網絡性能要求、接口和映射、系統和項目管理、一致性測試等方面內容，使不同智能電氣設備間的信息共享和互操作成為可能。

500kV芝堰變電站是國家電網公司首座500kV智能型數字化變電站[2]，位于浙江省金華蘭溪市黃店鎮，變電站保護及自動化設備均采用IEC61850通信規約，并首次在500kV變電站間隔層、過程層中深入應用GOOSE技術，首次將斷路器智能終端下放至開關場，監控后臺采用程序化操作。

2.EC61850標準簡介

IEC61850標準通信協議的核心概念之一是必須要在變電站內建立遵循IEC61850標準的數據模型。建模的實現包括3個過程：（1）虛擬化。（2）抽象化，體現在兩個方面：一是僅對可見的且可通過網絡訪問到的真實設備(例如斷路器)或真實功能的特性建模；二是僅定義了概念性的協調工作，不定義具體的交換信息。（3）分解。為支持功能的自由配置，將功能適當分解成相互通信的邏輯結點。由于IEC61850對大多數公共實際設備和設備組件進行建模，這些模型定義了公共數據格式、標識符、行為和控制。充分利用IEC61850的自我描述、可重復使用的建模用標準名和類型信息這一特性，降低整個系統設計、工程、運行、維護等費用，節約時間。

IEC61850標準按照變電站自動化系統所要完成的控制、監視和保護三大功能提出了變電站內功能分層的概念：無論從邏輯關系上還是從物理結構上都將變電站的功能分為3層，即變電站層、間隔層和過程層[3]。變電站層包括監控主機、操作員工作站、維護工程師站等，其主要功能是為變電站提供運行、管理、工程配置的界面，并記錄變電站內所有相關信息；所有變電站層設備均采用100M工業以太網，并按照IEC61850通信規范進行系統建模并進行信息傳輸。間隔層的功能是利用本間隔的數據對一次設備產生作用，如線路保護設備或間隔控制設備，間隔層主要包括保護裝置測控裝置以及其他智能設備。過程層是IEC61850標準中提出的新概念，其包括智能I/O單元、電子式互感器、智能一次設備、智能傳感器等，主要功能是實現各種電氣量的就地采集以及實現對智能一次設備的直接控制。

變電站層與間隔層之間采用以太網通信方式，并采用IEC61850規范；過程層與間隔層設備之間的通信，對于智能I/O單元采用IEC61850標準，對于電子式互感器，可以采用 IEC61850-9標準，也可以采用IEC60044系列電子式互感器規范進行。變電站內還包括其他輔助設備，包括通信裝置，其功能是將站內不支持IEC61850的智能設備(如UPS、直流屏等)轉換成符合IEC61850規范；此外，設置一套GPS對時設備，實現變電站內統一對時。 IEC61850的分層模式與現有大多數變電站自動化系統不同，現有系統中的過程層功能都是在間隔層設備實現的，隨著電子式互感器的應用，現代電力技術的發展趨勢是將越來越多的間隔層功能下放到過程層，可見 IEC61850是面向未來的開放式標準。

3.用IEC61850規約后對變電站的影響

采用的IEC61850規約的數字化變電站與傳統變電站的存在許多不同特征，這些特征對數字化變電站運行、檢修和擴建等方面產生了重要的影響。

3.1.行方面的影響

運行部門需制定鏈路斷鏈時的判斷方法及處理原則，制定軟壓板命名規范并在現場粘貼命名對應表。需增加交換機的運行巡視以及異常的判斷和處理，通過紅外測溫等手段加強溫濕度監視。后臺需具備鏈路斷鏈監視、斷鏈告警信息顯示、溫濕度監視和檢修態信號及未復歸信號分欄列出等功能。需具備置數和取代功能并能以不同的顏色加以區分。

3.2.修方面的影響

原來的二次回路試驗變成了GOOSE鏈路及通信報文的測試[4]。安措方面，原來的二次回路物理隔離變成了網絡隔離和通信報文的屏蔽。擴建方面，增加二次回路的接線變成了對SCD系統文件的配置。智能終端戶外就地布置后，由于戶外環境惡劣，可能會導致故障率提高，增加檢修工作量，需制定相應的事故預案。采用軟壓板后，設備間無明確的斷開點，增加了檢修的安全風險。需增加網絡測試、光纖測試、二次裝置對檢修態一致或不一致情況下的信息處理和控制的正確性測試等工作。施工時需增加光纖施工。

3.3.收方面的影響

驗收過程中需對GOOSE斷鏈、交換機及光纖網絡、軟壓板功能的正確性、軟壓板信號上送的正確性，遙控操作的正確性、二次裝置對檢修態一致或不一致情況下的信息處理和控制的正確性、同期邏輯的正確性等方面進行測試。需進行互換試驗。

3.4.理方面的影響

需制定溫濕度定制、巡視要求，需考慮備品備件。需制定軟壓板的操作規范、檢修壓板的管理規范。需制定交換機參數管理和缺陷處理細則。需制定取代功能的管理規范。

3.5.板信息化的影響

壓板信息化產生的影響則表現在：運行部門需制定軟壓板命名規范，現場需粘貼命名對應表，后臺需增加遙控操作界面；在檢修方面，采用信息化壓板后，設備間無明確的斷開點，增加了檢修的安全風險；在驗收方面：軟壓板功能的正確性、軟壓板信號上送的正確性，遙控操作正確性。

采用信息化的壓板后，便于程序化操作的實現，在數字化變電站中采用程序化操作的模式也值得研究。采用IEC61850技術后，互操作得以實現，信息得到充分共享，裝置的一些新功能便于實施，比如測控裝置可以實現同期電壓自動選擇功能。

此外，智能終端的統一建模和戶外就地布置、檢修態的深層應用、光纖的大量應用、保護及測控取代功能的實現和等也都對數字化變電站的運行、檢修和擴建等方面產生了不同程度的影響。

4.于IEC61850規約數字化變電站的技術特點

基于IEC 61850標準的數字化變電站與傳統的變電站具有較大差異，分析并準確把握數字化變電站的技術特點是對數字化變電站運行、檢修、驗收和管理等方面進行研究的基礎。

與傳統變電站相比，基于IEC61850標準的數字化變電站的技術特點及其對運行、檢修、驗收和管理等方面的影響主要表現在：

GOOSE機制的深層應用全站所有保護裝置、測控裝置及智能終端之間的信息交互全部采用GOOSE技術，包括保護跳閘、測控遙控和間隔層的聯閉鎖等。

智能終端統一建模，戶外就地布置因一次設備采用常規設備，智能終端就地安裝后，智能終端到一次設備雖然為電纜連接，但和間隔層聯系為光纖，這就節省了大量的電纜。智能終端按間隔雙重化配置，第一套智能終端實現第一套保護跳閘、測控裝置的遙控及現場信號的上送，第二套智能終端實現第二套保護跳閘。

軟壓板的全面應用

全站二次設備除保留了裝置的一塊檢修硬壓板及智能終端的出口壓板外，其余全部采用軟壓板（包括保護功能投退軟壓板、保護出口軟壓板、啟失靈軟壓板等），除遠方修改定值、遠方修改GOOSE軟壓板外，其余軟壓板都可在后臺進行遙控操作。

檢修態的深層應用當裝置檢修壓板投入時，裝置發送的MMS報文或GOOSE報文中的Test位應置位；對于信號轉發，發送裝置或接收裝置中任一個帶檢修位，則發出的信號帶檢修態；保護跳閘時，只有在終端和保護裝置檢修態一致時，才能出口。遙控時，若通過測控裝置面板遙控，終端和測控裝置檢修態一致時，才能遙控成功；若通過后臺遙控，后臺通過對相應間隔的掛牌操作，使對該間隔下發的報文也打上檢修標志，后臺、測控、終端，三者檢修態一致時，才能遙控成功。

光纖網絡的大量應用

全站MMS網絡、GOOSE網絡全部采用光纖網絡，光纖網絡取代了傳統的二次電纜，一根光纖可以傳輸多個信號，從而節省了大量的電纜。保護裝置之間以及小室之間的聯系全部采用光纖通過ODF熔接方式實現，所有光纖的備用芯也進行了熔接，一方面起到了備用的作用，另一方面避免了備用尾纖的雜亂布置。

保護、測控實現取代功能全站所有保護裝置、測控裝置真正實現取代功能，能夠在后臺對裝置的遙測和遙信進行取代。取代后，裝置送到MMS網上的信號為取代后的值。

測控裝置的自動同期功能

測控裝置輸入兩條母線A相電壓和線路三相電壓，由測控裝置根據母聯開關位置自動選擇母線同期電壓。

5.論

500kV芝堰變為浙江省電力公司以及國網公司IEC61850技術推廣及工程應用的示范工程，為目前國內IEC61850規約應用最深的數字化變電所。對于數字化變電站運行、檢修，相關運行、檢修人員經驗比較缺乏，相關知識儲備不足，因此研究數字化變電站的運行、檢修、擴建的相關技術對維持變電站的長期穩定運行具有重要意義，對今后的數字化變電站的建設、運行、維護、擴建、管理等方面也具有借鑒和推廣價值。通過本項目的研究，我們掌握了500kV數字化變電站的運行、檢修維護、驗收試驗等技術，并形成了相應的技術規范。提高了對500kV數字化變電站的運行、維護、驗收的水平。為500kV蘭溪變今后的穩定、可靠運行提供有力保障。

[1]周新彭．變電站綜合自動化技術應用分析[J]．水泥工程，2 0 0 9年第1期：5 6-5 7．

[2]許林生．淺談數字化變電站自動化技術[J]．廣東科技，2 0 0 8年第3期：6 3-6 4．

[3]茹鋒，夏成軍，許揚．I E C 6 1 8 5 0標準在變電站自動化系統中的應用探討[J]．江蘇電機工程，2 0 0 4，2 3（3）：8-1 2．

[4]石 磊．數字化變電站保護調試［J］．電工技術，2 0 0 9第4期：4 4-4 5．

Application of IEC6185 Communication Protocol in 500KV ZhiYan Substation

As a result of global resources and increasing environmental pressures,the electricity market in the deepening of the process,the user of the power requirements of reliability and quality than ever,the concept of smart grid and interactive grid step by step into the public view.With the rapid development of the power industry， electronics and communications technology,the substation automation technology has improved continuously.The Digital Substation as the physical basis of the smart grid,have sprung up his head.IEC61850 standard that issued by the International Electro technical Commission have laid a theoretical basis for substation digital technology.Intelligent equipment and a digital communications technology development and practical use to enable the construction of the standard IEC61850-based substation digital possible.

I EC6185 standard;sm artg r id;d igital substation;Ss u bstationa utomation

錢平（1 9 8 0.8-），男，浙江金華，工程師，本科，主要從事智能電網技術的運行與管理等工作。