偏遠地區電網故障錄波組網系統的研究

王延盛

（天津機電職業技術學院電氣電子技術應用系，天津 300350）

偏遠地區電網故障錄波組網系統的研究

王延盛

（天津機電職業技術學院電氣電子技術應用系，天津 300350）

目前，在我國部分偏遠地區的電網中，其地調11kV變電站的故障錄波裝置沒有聯網，僅中調220kV變電站的故障錄波器接入了繼電保護故障信息子站，導致此類地區的電力運維部門無法及時有效的查看轄區的設備故障信息。因此，對電網故障錄波裝置組網系統進行研究，對解決電力運維部門及時有效的處理轄區的設備故障具有重要意義。本文分析了當前故障錄波組網所存在的主要問題及該組網系統的設計思路及配網原則，研究了以IEC61850規約為基礎的網絡通信結構，為此類項目的實施開發提供了決策依據。

故障錄波；調度數據網；IEC61850；智能電網

1 故障錄波組網系統研究的背景及意義

目前，我國部分偏遠地區電網的地調110kV變電站的故障錄波裝置少有接入網絡，僅中調220kV變電站的故障錄波器通過接入繼電保護故障信息子站與調度數據網進行了互聯。由于中調設有唯一的主站，而地調沒有設置分站，更沒有工作站，因此此類地區的電力運維部門無法通過有效手段及時查看轄區的設備故障信息。此外，各廠站的220kV部分的保護信息和故障錄波信息共用繼電保護故障信息遠傳系統采集，通過調度數據網上傳至中調主站。由于故障錄波信息的占用網絡資源大，在過多的子站與主站進行通信的情況下，網絡中斷故障頻發，設備經常死機，系統的可用率不高。因此，對故障錄波組網系統進行研究，能夠為故障錄波信息提供統一的分析平臺，便于電力運維部門快速準確地處理系統故障，減緩調度數據網的通信壓力。

2 故障錄波組網系統的設計思路及配置原則

2.1 故障錄波組網普遍存在的問題

電網故障發生后，將在相互有聯系的多個變電站產生大量錄波數據，同時上送的錄波數據會造成調度員判斷的困惑，需逐臺調閱錄波數據，操作繁瑣、效率不高。此外，故障的展示方式較為單一，不便于整體上進行判斷、分析。特別是IEC61850標準針對錄波器的模型定義亟需制定統一的標準。

2.2 故障錄波組網系統的建設思路

由于絕大多數220kV變電站的故障錄波裝置接入繼電保護故障信息子站，通過調度數據網接入中調繼電保護故障信息主站，使故障錄波數據可以通過子站上送到主站。因此，故障錄波組網系統的搭建應首先將已具備中調數據網的220kV變電站故障錄波裝置進行聯網組建故障錄波組網系統，其次對變電站中不具備接入條件的故障錄波裝置進行技術改造，以實現變電站、地調分站、中調主站三層組網結構。

3 故障錄波組網系統的通信技術

3.1 故障錄波組網系統結構

組網系統結構主要選擇建設為具備地調數據網的組網系統結構，如圖1所示。典型的故障錄波組網系統由主站端和變電站端設備構成，并通過調度數據網連接。其中220kV變電站的錄波設備接入地調主站。地調主站負責向中調主站轉發直連錄波器的信息，中調主站負責向地調主站轉發相鄰地區的錄波器信息。

圖1 具備地調調度數據網的組網系統結構

3.2 系統站端結構

系統站端結構根據設備距離、臺數的不同主要分為三種情況。當錄波器距離數據網接入設備不超過80米時且臺數在3臺以下時，每臺故障錄波器應直接接入兩套調度數據網。當距接入設備不超過80米時且臺數在3臺時以上時，需增加一臺交換機，先在站內組網后再接入兩套調度數據網，如圖2。當錄波器距接入設備超過80米時或錄波器部署在不同保護控制室時，需增加一臺交換機先組網后再經過光纖傳輸接入兩套調度數據網。

圖2 故障錄波裝置經交換機接入調度數據網

3.3 通信規約

目前，國內故障錄波組網通常采用的通信標準為IEC61850和IEC60870-5-103兩種標準。103規約使用較為廣泛，但103規約僅提供一個大的框架，規定比較寬松，且我國在采用時為了兼容國內的繼保設備加入了部分專用范圍，導致不同廠家對它的使用存在差異，出現兼容性差、組網復雜的情況。而61850規約更為方便，可通過第三方抓包工具直接解析報文，與智能電網總體發展方向一致。因此，在實施組網項目時應采用61850規約。

3.4 故障錄波裝置的建模設計

（1）錄波裝置建模。利用基于擴展標識語言（XML）的變電站配置語言（SCL）按照IEC61850規定的建模方法，對于一個故障錄波裝置，應建模為一個IED對象。一個LED對象宜建模為一個Server。服務器對象中應包含至少一個LD對象，對于故障錄波裝置，可以將故障錄波功能使用一個LD來建模，命名為RCD，RCD中應至少包含三個必需的LN對象，另外將具有公用功能、信息的邏輯節點組合成一個公用邏輯設備，命名為LD0。

（2）邏輯節點建模。故障錄波裝置的數據模型中，命名為RCD的邏輯設備至少應包含LPHD、LLN0和RDRE三個邏輯節點。其中，RDRE邏輯節點對于所有的錄波裝置是強制的，它由具備共同功能相關、系統相關的數據對象和數據屬性組成。此外，每個模擬量通道用一個RADR實例建模，包含模擬量名稱、上限、下限、突變等定值。每個開關量通道用一個RBDR實例建模，包含開關量名稱、是否啟動錄波等定值。每條母線采用一個ZBSH實例建模，包含母線名稱、序分量定值等信息。每條線路采用一個ZLIN實例建模，包含線路名稱、線路阻抗、序分量定值等信息。每個變壓器用一個YPTR實例建模，包括變壓器名稱、差流啟動定值等信息。

（3）線路、主變壓器故障錄波器建模。對于線路故障錄波器，考慮2段母線，12回線路，其命名為RCD1的邏輯設備的建模結構圖如圖3所示，圖3中RADR1～N1表示的是8個電壓模擬量通道和48個電流模擬量通道對應的邏輯接點，RBDR1～N2表示的是各個開關量通道對應的邏輯接點，ZBSH1～N3表示的是2段母線對應的邏輯接點，ZLIN1～N4表示的是12回線路對應的邏輯接點。

圖3 線路故障錄波器RCD建模圖

對于主變壓器故障錄波器，考慮2臺三圈主變壓器，其命名為RCD2的邏輯設備的建模結構圖如圖4所示，圖4中RADR1～N1表示的是24個電壓模擬量通道和24個電流模擬量通道對應的邏輯接點，RBDR1～N2表示的是各個開關量通道對應的邏輯接點，ZBSH1～N3表示的是6段母線對應的邏輯接點，YPTR1～N4表示2臺主變對應的邏輯接點。

圖4 變壓器故障錄波器RCD建模圖

4 結論

本文對在偏遠地區開展故障錄波組網的可行性和必要性進行分析，并以220kV變電站故障錄波現狀為基礎，提出其組網系統采用中調數據網通道進行數據傳輸，將站端故障錄波器分別直接接入或者組成以太網后接入調度數據網交換機的系統結構，提出了系統配置原則和基本要求。并以IEC61850規約作為該系統的通信標準并進行建模，研究制定了服務器與錄波設備的通信接口、通信規范。為故障錄波組網系統未來在偏遠地區應用提供了決策依據。

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TM732

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1671-0711（2016）12（上）-0138-03