智能變電站繼電保護競賽考評模塊開發

廖小君 張里 向倩

摘?要：目前，繼電保護競賽常常采用常規變電站進行實操考試。智能變電站繼電保護競賽主要考點在SCD配置文件的查錯和比對。本文針對智能變電站繼電保護競賽開發了智能站虛擬儀器庫使用、二次安全措施、SCD配置、保護及測控調試檢驗、帶負荷測試、IEC 61850網絡報文分析、異常缺陷處理、事故分析及處理等技能考試模塊，該系統使得智能變電站繼電保護競賽考評工作更加客觀公正，在現場應用中取得較好的效果。

關鍵詞：智能變電站;繼電保護;競賽考評;考評模塊

2009年國家電網有限公司開啟智能變電站建設以來，基于IEC-61850體系的繼電保護相關產業與科學技術飛速發展。相比于常規變電站，智能變電站存在操作過程混亂、易出錯、不易發現等特點，智能變電站由于繼電保護檢修人員技能水平導致停電事故頻發，因此亟須通過開發相應的智能變電站繼電保護競賽考評模塊，通過該系統能夠快速提高現場檢修人員的對智能變電站繼電保護設備的認識和學習。

目前針對智能變電站繼電保護競賽考評模塊已開展了大量的研究。文獻[1]設計了利用PSCAD軟件將智能變電站一、二次系統聯系起來，并開展了運行維護、靜模與動模試驗、事故分析等培訓業務。文獻[2]為了提高繼電保護檢修調試人員對智能變電站二次設備的認知和現場調試分析能力，提出了實訓基地軟件和硬件建設方案。文獻[3]通過對220kV電壓等級智能站繼電保護實訓室進行改造，增加了全站事故仿真分析，跨間隔消缺調試等培訓模塊，提升了繼電保護檢修調試人員的技能水平。文獻[4]通過建立變電站一次模型并進行電磁暫態仿真，將仿真結果通過9-2報文與繼電保護設備連接，實現了對繼電保護設備的閉環測試。

本文提出基于數字物理混合仿真的智能變電站一次、二次仿真平臺，開發了智能站繼電保護專業相關培訓模塊，如二次安措培訓、SCD配置培訓、保護和測控調試考評模塊、帶符合測試、異常缺陷處理和事故分析及處理等模塊。

1 智能變電站技能考評系統總體架構

智能變電站繼電保護技能競賽考評模塊開發是由二次安全措施、SCD配置、保護及測控調試檢驗、帶負荷測試、異常缺陷處理、事故分析及處理等子系統組成，其總體結構如圖1所示。

2 智能變電站競賽模塊開發

2.1 二次安全措施培訓考評模塊原理簡述

目前，很多地市公司檢修人員采用常規站的二次安措票規則，也采取了退功能軟壓板、投入檢修壓板、拔光纖的方式，但思維模式仍然固化在重“實接線”、輕“虛鏈接”，制定智能變電站二次安措票時，在內容和順序上常常出現錯誤。而在參加繼電保護考試中，考評員需要逐條核對學員制定的二次安措票，工作量大，且不能實時顯示考試成績，影響考試效率;在判卷過程中，由于考評員人為因素影響考試結果，難免會產生偏差，導致考試結果不夠客觀公正;同時采用傳統的紙質試卷考核方式，造成大量辦公經費浪費，不滿足信息化條件下技能考評工作的要求。

智能變電站二次安措票技能考評系統提供了新的線上考核方式，為技能考試模式提供新的選擇方案。在新一代智能變電站全數字可視化仿真培訓系統中增加二次安全措施的培訓，在仿真系統中設定典型的檢修任務，按照具體檢修任務搭建類似“五防”邏輯的二次安全措施實施場景和步驟，讓運維人員和二次檢修人員在仿真系統體驗安全措施每一步的必要性。

在培訓過程中，通過仿真系統上的虛擬IED，完成學員二次安措票的內容例：SV鏈路處理、GOOSE鏈路處理、退功能軟壓板、置檢修壓板、斷開物理光纖鏈路等，操作步驟必須滿足一定的邏輯關系。如果安全措施步驟不合理導致運行設備告警或者誤動作，如母線保護誤動作，仿真系統上的虛擬IED能模擬出動作結果，達到非常好的培訓效果。

2.2 SCD配置培訓考評原理簡述

目前國內外關于專門進行SCD的培訓及考核軟件系統還未見介紹。目前，針對SCD培訓系統主要工作是將智能變電站SCD中各二次設備間虛回路進行可視化展示，尚未有針對SCD文件系統進行培訓，而對于SCD的考核系統，目前SCD都是手動出題、手動評分，還未發現有專業的考試系統針對SCD進行自動出題和評分，本系統的開發將改變這一狀況，通過信息化方式實現SCD技能考評模塊實現自動出題和評分的功能。

本子系統研究SCD的特性，建立班級和學員的基本信息，根據考試的要求建立評分標準，然后導入和解析標準的SCD文件，并保存成中間文件，再關聯每個學員的SCD文件，系統開始啟動評分，分別解析每個學員的SCD文件，解析的結果與標準SCD文件解析的結果進行比對，根據比對結果項按照評分標準，分別進行扣分，最后得出學員的總得分。

本子系統的目標是研究現場典型的SCD配置錯誤，在收集不同廠家的多個SCD配置工具文件和常見錯誤的基礎上進行總結，對錯誤類型和具體內容進行有效的整理，開發出適合培訓和競賽的考核出題模塊。

SCD配置培訓考評軟件分為SCD評分子系統和SCD出題子系統，SCD評分子系統分為學員班級管理、評分標準、導入標準SCD、自動手動評分、成績統計，SCD出題子系統分為導入班級SCD，出題規則、生成SCD試題。其框架如圖2所示。

2.3 保護及測控調試培訓及考核原理簡述

針對IED保護，用Simulink軟件對各仿真IED的核心功能進行典型化建模和模擬，例如：差動保護和后備保護，核心算法模塊采用模塊化方法建立算法庫（常見各種保護算法，如積分算法，差分算法，濾波算法等等）、保護邏輯庫（如啟動元件，過流元件，距離元件，差動元件等等）、保護原理庫（階段式距離保護，充電保護，光纖差動保護，三段式過流保護，主變差動保護，跳閘邏輯庫）。

通用保護裝置模擬器主保護采用積分算法，計算速度快。IED動作過程記錄和仿真優化：對算法及各邏輯元件和保護的中間計算過程及結果進行記錄存儲，并進行能可視化的展示，便于培訓過程中更好地掌握保護原理和動作過程，同時也便于在進行系統測試及事故分析和案例分析時提供更好的測試和分析依據，提高測試效率和培訓效果。

IED仿真嚴格遵守IEC 61850標準，采集數據使用SV、GOOSE標準，跳閘采用GOOSE標準，上送站控層數據采用MMS協議，可以真實替代物理裝置。

2.4 帶負荷測試培訓模塊及考核原理

針對線路保護帶負荷測試、變壓器保護帶負荷測試、母線保護帶負荷的向量圖基本原理，研發相應的培訓考核模塊，主要考慮主變各側、各支路、線路兩側的電流互感器變比以及飽和特性對帶負荷測試的影響。實現對繼電保護裝置帶負荷測試的培訓及技能考評工作。

根據職業技能鑒定考評模塊及優秀技能人才選拔考評模塊對于帶負荷測試的要求，開發出使用靈活，功能豐富，操作方便，培訓效果良好的帶負荷測試培訓及考核模塊。該功能目前已用于繼電保護工技師及以上等級，或應用于繼電保護專業優秀技能人才選拔、競賽培訓中。

2.5 故障缺陷查找及排除培訓考核模塊

通過一次數字物理混合仿真平臺，可以仿真保護的常見一次和二次故障，讓學員通過分析保護動作報文、開關跳閘信息、錄波波形，并將故障排除。

對學員的排除故障的操作步驟進行自動記錄，并根據標準答案做出評分，并分析學員的知識薄弱點。根據繼電保護事故案例分析庫進行仿真模擬，相處故障缺陷查找及事故分析仿真案例庫，可應用于繼電保護優秀技能人才選拔和技能比武。

3 結論

基于智能變電站一次和二次仿真平臺，開發了智能變電站繼電保護競賽考評模塊開發設計，開發了二次安全措施、SCD配置;保護及測控調試檢驗、帶負荷測試、異常缺陷處理和事故分析及處理等競賽考評模塊。該系統在地市供電公司中的使用，大大提高了繼電保護人員的技能水平，節約了培訓經費，保障了電網的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]李樹卿，仇群輝，史建立，等.基于PSCAD的智能變電站仿真培訓平臺研發[J].電氣自動化，2017（05）：73-75.

[2]金行龍，易妍.繼電保護實訓基地的建設及應用[J].中國電力教育，2019（5）.

[3]方磊，謝駿，易妍，等.智能變電站繼電保護技能培訓平臺開發及應用[J].電氣制造，2019，014（002）：43-46.

[4]李巧榮.智能變電站繼電保護實訓系統[J].通信電源技術，2016.