一種簡單的變電站改造聯鎖互通代理裝置實現方法

劉中澤 熊慕文 陳桂友 方佳維 鄧勁東

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一種簡單的變電站改造聯鎖互通代理裝置實現方法

劉中澤 熊慕文 陳桂友 方佳維 鄧勁東

（南京南瑞繼保電氣有限公司，南京 210002）

IEC 61850的日益普及及穩定運行促進了傳統IEC 103站智能化升級改造的需求，改造過程中存在著較長時期新、舊系統并行運行的過渡過程，這期間新、舊系統的測控跨間隔聯鎖可能存在信號獲取不到而導致聯鎖失敗，同樣后臺監控五防也存在類似跨間隔防誤邏輯失敗問題。本文在充分分析變電站改造需求的基礎上，借鑒已有方案，挖掘問題本質，提出了聯鎖互通代理裝置及其接入方案。此方案與現有代理裝置相比，具有功能齊全、方案完備、配置簡單、穩定可靠等特點。實踐證明本文的方法是有效的。

變電站改造；聯鎖；代理裝置；防誤

近十年來，智能變電站及IEC 61850標準日益普及，并大面積應用于各變電站中，其安全、可靠、穩定運行進一步推動了傳統IEC 103變電站及早期不成熟IEC 61850變電站向最新智能變電站的升級改造。一方面改造升級需求日益迫切，另一方面供電可靠性、操作安全性需求也在提升，變電站的升級改造可能涉及的是全站所有間隔一二次設備的替換工作，越來越多的變電站改造并不能停掉舊變電站并重建新變電站，而需要按間隔逐個停電逐步替換。在替換的過程中勢必存在一定時期的新、舊系統共存的過渡階段，一般持續幾個月甚至幾年時間，對這特殊時段的變電站系統，檢修人員的日常倒閘維護操作安全性要求更高。另一方面，防誤閉鎖[1-3]是我國長期電力運行使用并不斷升級的安全操作保障，是變電站安全運行的基本要求，截止目前電力防誤先后出現過一次設備機械閉鎖、一次設備電氣回路閉鎖、微機五防閉鎖（包含后臺五防）、間隔層測控聯鎖閉鎖，目前這4類閉鎖仍在廣泛并行使用。其中后兩種閉鎖主要涉及軟件程序操作，通常測控聯鎖邏輯同后臺五防邏輯一致，兩者都會涉及不同間隔位置信號參與同一個設備操作防誤的規則邏輯中。變電站改造替換過程中，不同間隔的先后改造時間不一致，就會出現跨間隔聯鎖部分位置信號獲取失敗，進而導致測控聯鎖失效、后臺五防失效。有效的保證變電站改造過程中新、舊兩套系統的后臺五防和測控聯鎖防誤正常運行是變電站升級改造中不得不解決的自動化系統及運維方面的核心問題。

鑒于此，部分學者也開始提出了代理裝置的思想，如文獻[4-6]。文獻[4]只考慮了舊系統信號共享至新系統，是單側的共享，而且其配置是導入全站的SCD文件，解析配置工作復雜化了。文獻[6]同樣存在文獻[1]的單向共享問題，而且其共享數據來源于通過網口鏡像解析遠動對上的104報文，不僅存在破壞變電站網絡安全規范問題嫌疑，而且匹配信號點復雜、信號傳遞的實時性存在不足。文獻[5]提及了雙向橋接的思想，但并沒有給出具體的實現方案和配置方法，未明確代理裝置所需處理的核心信號，也未提及后臺五防的處理方法。總而言之，現有的代理裝置通用性欠缺，部分文獻并未解決實際需求，整體方案不夠完備。

本文提出的聯鎖互通代理裝置，在充分理解改造需求的基礎上，抓住所需共享的核心數據信息，簡化配置方法，能兼容絕大部分變電站的升級改造場景，具有開發周期短、配置工作少、改造過程中改動小、通用性強等特點。為敘述方便，下文將聯鎖互通代理裝置簡稱代理裝置。

1 改造需求

代理裝置的設計需要考慮以下需求。

1）改造過程中，新、舊系統后臺同時存在，非跨間隔聯鎖信號可以在新后臺或舊后臺各自監視，但參與了測控聯鎖、后臺五防的跨間隔聯鎖信號需要共享，在改造過程中必須保證完整、實時的聯鎖信號共享，解決聯鎖信號的實時共享是代理裝置需要處理的核心問題。

2）新、舊兩套系統在改造過程中可能存在規約不同或者同為某規約，無論哪側系統哪種規約，為防止報文干擾、信號沖突，在改造過程中都要隔離兩套系統，始終保持兩套系統網絡獨立運行。

3）對未替換的舊系統裝置，為確保舊系統運行安全，不允許更改裝置配置，并且對新系統側每投入運行一個新裝置，也不允許更改其配置。

4）改造是臨時過渡過程，每替換一個間隔改動要小，改造完成代理裝置要退出，為此要求代理裝置成本低，組網簡單，投入/退出方便，運行中要穩定可靠。

2 工作原理

2.1 運行原理圖

在實際變電站改造過程中主要存在的改造類型是103舊站向61850新站和61850舊站向61850新站兩種類型的工程改造模式。圖1為103→61850改造的代理裝置運行原理圖，假設表示所有還未替換的裝置，表示所有已替換的裝置，與之間存在聯鎖信息共享，代理裝置運行原理如下：①在舊系統103側代理裝置需要接收發出來的103聯鎖信號，在新系統61850側代理裝置需要接收發出來的GOOSE聯鎖信號；②代理裝置需要將收到103聯鎖信號（來源）轉換成GOOSE信號發送到新系統網絡，新裝置收取該GOOSE信號并進行自身的聯鎖判斷；③代理裝置也需要將收到的GOOSE聯鎖信號（來源）轉換成103信號發送到舊系統網絡，舊裝置收取該103信號進行自己的聯鎖判斷；④對某側不存在的裝置，代理裝置不接收其信號，對某側存在的裝置，代理裝置不能再模擬發送其聯鎖信號。整個過程，代理裝置扮演一個收取轉發的角色，對于裝置、來說所收取的信號完全等同于實際裝置發出來的。圖2為61850→61850改造的代理裝置運行原理圖，原理類似，本文不再贅述。

圖1 103→61850改造

圖2 61850→61850改造

2.2 共享聯鎖信息

代理裝置需要來回轉發的信號是各間隔測控裝置需要向外發送的聯鎖信息，而對于僅參與某測控裝置自身聯鎖的位置信號（未參與其他裝置的聯鎖），是不需要轉發的，所以代理裝置需要代理的裝置僅僅是需要外發聯鎖信息的測控裝置，無需考慮保護裝置和其他未參與聯鎖的測控裝置。

2.3 特殊問題處理

代理裝置在收取、轉發聯鎖信號時，需要知曉兩側聯鎖信號的對應關系，特殊的是：①存在舊系統103單點信號與新系統側GOOSE單點或GOOSE雙點遙信兩種情形兼容對應的問題，代理裝置知道映射關系后結合單點、雙點標志，對單點直接對應，對雙點需在程序內部實時組合成GOOSE雙點或拆成103單點；②在運行過程中還存在裝置檢修、信號接收斷鏈等品質問題，甚至代理裝置本身也可以配置一個檢修壓板，策略為代理裝置收到帶有檢修品質、斷鏈品質的聯鎖信號，則不轉發該信號到對側系統；代理裝置本身置檢修，正常接收兩側聯鎖信號，轉發時統一置上檢修品質。

2.4 對上通信問題

以新系統為例，改造過程中，新系統后臺五防正常運行需要獲取來自新系統已投入的測控裝置位置信號以及舊系統有關聯的部分測控裝置位置信號，以構成完整的五防邏輯，顯然在新系統網絡中，舊系統的這些信號只有代理裝置有接收，故代理裝置需要具備對后臺通信能力。調度方面，可參考文獻[4]，改造過程中新系統與舊系統的遠動裝置共同存在，信號在調度處合并，新、舊遠動裝置的運行與代理裝置的存在與否無關，代理裝置不需要對上接入遠動。

3 具體實現

3.1 組網方法

代理裝置同時接入新、舊系統網絡，為保證網絡的獨立性，代理裝置使用不同網口接入新舊網絡，甚至更嚴格一點可使用不同板卡的網口或光口分別接入。圖3為本文提出的一個組網實現方案，代理裝置的B03（DSP板）接入新系統的站控層網絡，收集新系統裝置需要外送的聯鎖信號；同時B05（DSP板）接入舊系統的站控層網絡，收集舊系統裝置需要外送的聯鎖信號；經過B01（CPU板）處理，根據裝置、信號的映射關系，控制B03、B05分別轉發來自B05、B03并轉換過的103或GOOSE塊信號，與此同時，CPU實時存儲了收集到的新舊系統信號，通過CPU板卡不同網口接入新、舊系統網絡，上送新、舊系統后臺。綜上：B03（B05）負責分別以新（舊）系統側報文規約形式接收、發送新（舊）系統聯鎖信號；B01負責處理B03、B05接收的信號，進行處理后再控制B03、B05發送哪些信號以及發送什么值，并負責對后臺通信。

圖3 代理裝置組網方法

3.2 代理裝置設計

根據上節分析，代理裝置的最低板卡配置只需要電源板、CPU管理板、DSP板（也可以配置開入板），這和普通測控相比，板卡配置是普通測控的子集，而普通測控CPU板本身具備對上通信（103或61850），故所設計的代理裝置僅需要在普通測控的基礎上重新開發CPU和DSP板的部分應用程序。

代理裝置采集到新、舊系統的聯鎖信號并根據映射關系，控制向對側系統發送采集到的并轉換過的有效聯鎖信號，其中控制某裝置或某GOOSE塊聯鎖信號的接收與本側該裝置是否退出運行有關；控制報文的發送與對側該裝置是否退出有關，還與對側報文接收品質合理是否有關。其中聯鎖信號品質是在運行中實時接收判斷的，而裝置是否投退可通過投退定值或者開入壓板實現，本文采用一組新裝置投入定值和一組舊裝置退出定值來標記新、舊系統裝置投退狀態

3.3 配置工具設計

代理裝置能夠正確接收聯鎖信號并模擬發送聯鎖信號，需要知曉新、舊系統參與聯鎖轉發裝置的裝置信息、信號信息，同時為了調試、監視方便，還需要知曉各裝置IEDName、信號名稱等，代理裝置還需要準確知道新系統和舊系統信號的對應關系。為提高裝置運行效率也為降低出錯概率，在投入代理裝置前，將復雜的匹配工作放到工具上，通過配置工具生成最簡配置表并導入代理裝置，減少裝置處理耗時。

對103網絡報文來說，識別一個開入信號，需要知道裝置地址、組號、條目號；對61850 GOOSE信號需要知道所屬GOOSE塊、FCDA（GOOSE信號引用全名）。所以工具的工作：①導入：對61850側，導入需要外發聯鎖GOOSE塊的所有測控裝置的GOOSE聯鎖文本（測控需要外發的聯鎖GOOSE塊也即為代理裝置需要接收和發送的GOOSE塊）；對103側，導入需要外發103聯鎖信號的所有測控裝置的103文本；②配置工作：新、舊兩側裝置按順序排列好，填好103地址、IEDName，進行各信號匹配拉線操作；③導出：裝置及信號映射表，GOOSE收發塊文本。

代理裝置投入運行時，將映射表導入CPU板，代理裝置啟動后通過解析配置文本知曉所有各裝置基本信息，如裝置地址、某裝置所屬的所有GOOSE塊、兩側所有信號對應關系等。

4 現場應用

根據本文設計的代理裝置及組網方法，在杭州某500kV變電站進行應用，該站需將附近另外一個220kV變電站切割至本500kV變電站。具體改造過程：①220kV變電站看作舊系統側，拿到其全站SCD文件，導出需要外送聯鎖信號的測控裝置聯鎖GOOSE文本；②500kV變電站看作新系統側，制作完成切割后的最終新系統的SCD文件，導出需要外送聯鎖信號的測控裝置聯鎖GOOSE文本；③將兩部分聯鎖GOOSE文本導入配置工具，按既定順序排列裝置，然后進行信號匹配拉線，生成映射文本、GOOSE收發塊文本，分別下載到代理裝置B01板、B03/B05板；④切割前，代理裝置所有舊裝置退出定值置0，所有新裝置投入定值置0，代理裝置按圖3組網接入后，此時舊系統側只接收所有測控聯鎖信息，新系統只發送所有測控聯鎖信息；⑤每替換一個間隔，需要修改一對投退定值，即該間隔對應的舊系統裝置退出定值由0改為1，該間隔對應的新系統裝置投入定值也由0改為1，同時在后臺修改與該間隔相關的五防信號來源并進行畫面關聯修改（位置信號來源于新/舊系統裝置還是來源于代理裝置）；⑥每替換一個間隔并修改后，簡單測試測控聯鎖、后臺五防是否正常；⑦替換完所有間隔測控，直接退出代理裝置。實際該工程在改造期間，代理裝置、測控聯鎖、后臺五防均運行正常，未發生任何問題，這驗證了本文方法的有效性。

5 結論

本文通過分析變電站改造過程聯鎖互通代理裝置需要處理的核心問題，即聯鎖信號的實時共享是解決測控聯鎖和后臺五防正常工作的前提，設計了代理裝置的配置功能及組網方案，顯然本文的方法簡單、效率高，僅僅用一個裝置并以最簡配置實現了改造過程中新、舊系統測控聯鎖和后臺防誤的穩定運行，而且本文的方法可以通過開發不同廠家的103規約模塊，能兼容103→61850、103→103、 61850→61850各種類型的改造工程。對于很大規模的變電站改造升級場景，如單個代理裝置處理能力有限，可以將全站劃分成沒有聯鎖耦合的兩個部分，將問題轉化為投入兩個代理裝置分別處理“兩個”獨立系統的改造問題。此外按本文的方案，間隔升級，測控裝置并不一定非要一對一替換，可以實現一對多替換（如舊系統的一個測控裝置替換為新系統的兩個測控裝置）。可以預見本文的方法能兼容絕大部分變電站系統的升級改造工作。美中不足的是，代理裝置需要導入的文本是需要外送聯鎖信號的測控裝置文本，對61850側來說，GOOSE文本并沒有差異，需要人為判斷哪些裝置需要外送聯鎖信號。

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The simple implementation method of substation transformation interflowing interlock agent device

Liu Zhongze Xiong Muwen Chen Guiyou Fang Jiawei Deng Jindong

(NR Electric Co., Ltd, Nanjing 210002)

The increasing popularization and stable operation of IEC 61850 promote the demand ofintelligent upgrading traditional IEC 103 stations. There will be a long period of new and old systems running in parallel after starting substation transformation. During this period, there may be interlock information of BCU loss both in the new and old system. Also，monitoring five defense exists the same problem. On the basis of fully analyzing the needs of substation transformation, this paper draws on the existing schemes and excavate the essence of the problem, and puts forward the complete scheme of interlock agent and its accessing method. Compared with the existing agent, it has good characteristics of complete functions, complete scheme, simple configuration, stable and reliable and so on. The actual substation application proves the method is effective.

substation transformation; interlock; agent device; anti error

2018-06-19

劉中澤（1989-），男，安徽銅陵人，碩士研究生，工程師，從事變電站自動化系統的研發工作。