數字化變電站錄波接入方式及解決方案的研究

李 燕 ，侍昌江 ，李 健

（1.國電南京自動化股份有限公司，江蘇 南京 210003；2.嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

電力系統故障錄波器已成為電力系統記錄動態過程中必不可少的精密設備，其主要任務是記錄系統大擾動，如短路故障、系統振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等發生大擾動后引起的系統電壓和電流及其導出量[1]。在智能電網建設的大背景下，數字化變電站快速發展是必然趨勢，國內數字化變電站采樣值規約多采用IEC 61850-9-1，現在IEC 61850-9-2也在新建的數字化站中逐步應用，在早期的數字化變電站建設中也有采樣值基于FT3的；大多數開關量的接入都采用面向通用對象的變電站事件（GOOSE）方式，對于一些改造的數字化站也有開關量采用硬接點的接入方式[2，3]。針對模擬量和開關量的不同的接入方式，錄波裝置也有對應的不同的接入方式。

1 模擬量接入方式

1.1 采樣值基于FT3的點對點接入方式

一般錄波裝置接入的模擬量最大數目為96路，以1路FT3提供12路模擬量為例子，需要錄波裝置提供8路模擬量的接入口。為此，可以采用前置板（DCU）的方式解決，DCU提供12路光口，最大支持12×12=144路模擬量的接入，DCU負責將各個合并單元(MU)提供的FT3進行解析，并且可以通過配置將錄波所需要的模擬量通道的數據提取出來，減少錄波記錄單元的數據處理量，具體接入方式如圖1所示。

圖1 基于點對點的FT3接入方式

其中DCU和錄波數據處理單元（RCU）都以插件的形式放置在裝置的機箱內。模擬量采用FT3傳輸規約，不同廠家的自定義FT3規約差異比較大，對錄波裝置的接入也提出了挑戰。同時，如果FT3的采樣發送頻率過高，可以在DCU解析FT3的過程中將其打包處理，降低其發送到RCU的發送頻率，提高RCU工作穩定性。

1.2 采樣值基于IEC 61850-9-1的點對點接入方式

采樣值基于IEC 61850-9-1的傳輸方式在數字化變電站中有著廣泛的應用，錄波裝置一般情況下需要從不同的合并單元（MU）接入采樣值信息，不同的MU之間的采樣值，必須通過數據集中器（CU）進行轉發，才能接入到錄波裝置的采樣值接收模塊，其接入方式如圖2所示。

圖2 IEC 61850-9-1的點對點接入方式

1.3 采樣值基于IEC 61850-9-2的組網接入方式

從保護線圈接入的模擬量通過采集器轉化為數字量，再送入MU，MU以IEC 61850-9-2報文格式輸出采樣值，不同MU的采樣值組成采樣值（SMV）網絡，錄波裝置通過交換機的鏡像口將整個SMV網絡的模擬量接入到故障錄波裝置的模擬量處理模塊，其流程如圖3所示。

圖3 基于IEC 61850-9-2的組網接入方式

2 開關量接入方式

對于模擬量采集采用光纖傳輸方式，開關量采集采用硬接點方式的混合站來說，開關量的接入和常規站的接入方式相同，通過開關量采集板（DI板）采集開關量，然后送入RCU的現場可編程門陣列（FPGA）進行處理，這樣的混合站在實際工程應用中還是不多的，只是由于當時對GOOSE機制和應用還處于不是很成熟的階段。開關量采用GOOSE機制的數字化站，通過GOOSE接收板，將GOOSE報文接收、解析，同時將解析好的開關量數據通過內部協議轉發給RCU，然后再在RCU內進行相應的開關量啟動和變位的判斷。GOOSE接收板采用提供2個光口，可以分別接入雙網的GOOSE量，對于GOOSE采用雙網冗余配置的數字化站亦可以提高良好的解決方案。開關量接入方式如圖4所示。圖中虛線為混合站開關量接入方式，實線是GOOSE接入方式，其中高頻信號是因為部分混合站保留了高頻保護，需要將高頻信號接入錄波裝置。

圖4 數字化站開關量的接入方式

3 建立堅強智能電網對錄波裝置的新要求

數字化變電站是智能電網的物理基礎，是智能電網建設中變電站的必然趨勢。數字化變電站通過信息采集、傳輸、處理、輸出過程的完全數字化，實現設備智能化、通信網絡化、運行管理自動化等要求[4]。智能變電站對繼電保護及相關設備配置提出了新的要求。

（1）對于220kV及以上變電站，宜按電壓等級和網絡配置故障錄波裝置和網絡記錄分析裝置，當SMV或GOOSE接入量較多時，單個網絡可配置多臺裝置。單臺故障錄波裝置或網絡記錄分析裝置不應跨接雙重化的2個網絡。

（2）主變宜單獨配置主變故障錄波裝置。

（3）故障錄波裝置和網絡記錄分析裝置應能記錄所有MU、過程層GOOSE網絡的信息。錄波器、網絡記錄分析裝置對應SMV網絡、GOOSE網絡、工業自動化系統制造報文規范 （MMS）網絡的接口，應采用相互獨立的數據接口控制器。

（4）采樣值傳輸可采用網絡方式或點對點方式，開關量采用過程層GOOSE網絡傳輸，SMV采樣網的規約采用IEC 61850-9-2。

（5）故障錄波裝置采用網絡方式接收SMV報文和GOOSE報文時，故障錄波功能和網絡記錄分析功能可采用一體化設計。針對以上要求，以主變間隔為例，說明錄波裝置的接入方式，如圖5所示。

圖5 主變間隔的錄波原理圖

（6）錄波與信息子站及后臺通信。在常規變電站中，錄波與信息子站通信主要自定義103規約，上送錄波的事件報告、定值和錄波文件；與后臺主要通過硬接點，將錄波裝置告警、錄波啟動與電源異常等接點上送到監控后臺。數字化變電站中，錄波與信息子站通信采用MMS，通過MMS實現事件報告、定值和錄波文件的上送，在與后臺通信中采用GOOSE將監控后臺需要接收的開關量上送。

4 數字化站錄波解決方案

針對上面不同的變電站采樣值和GOOSE傳輸的差異，由此也產生了對于不同運行方式的變電站錄波的不同解決方案。

（1）采樣值采用點對點傳輸方式的數字化站錄波解決方案。該方案主要用于GOOSE組網，采樣值采用點對點的傳輸方案的數字化站錄波解決方案。模擬量從合并單元以FT3的方式輸出，送到錄波裝置的CU板進行處理，然后以IEC 61850-9-1的格式輸入送入RCU。GOOSE報文直接接入GOOSE接收板，經處理后送入RCU，其原理如圖6所示。

圖6 采樣值點對點GOOSE組網的原理圖

（2）SMV和GOOSE分別組網的數字化站錄波解決方案。SMV和GOOSE分別組網的原理如圖7所示。合并單元和智能終端分別接入SMV網和GOOSE網絡，對于這樣的組網方式，可采用GOOSE板接收GOOSE信息，DCU板接收模擬量信息。

圖7 SMV和GOOSE分別組網原理圖

（3）SMV和GOOSE共網的數字化站錄波解決方案。SMV和GOOSE共網的原理如圖8所示。

圖8 SMV和GOOSE共網原理圖

MU、智能終端和保護裝置全部接入同一個網絡，DCU用于接收GOOSE和SMV報文，將其解析處理送給RCU。

5 結束語

本文探討了數字化變電站錄波裝置的不同接入方式的原理，并且由此提出了數字化變電站錄波解決方案，對數字化變電站錄波裝置的使用有一定的借鑒之處。

[1]胡林獻，杜萬森，李劍新.基于DSP+MCU技術的新型故障錄波器[J].繼電器，2005，33(9)：57-60.

[2]Communication Networks and Systemsin Substations Part8-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)Mappings to MMS[S].2002.

[3]Communication Networks and Systems in Substations Part9-1:Specific Communication Service Mapping(SCSM)Sampled Values Over Serial Unidirectional Multidrop Point to Point Link[S].2002.

[4]楊永標，丁孝華，黃國方，等.基于IEC 61850的數字化故障錄波器的研制[J].電力系統自動化，2008，32(13)：62-65.