智能變電站站域后備保護單體調試研究

楊建明

（南昌科晨電力試驗研究有限公司，江西 南昌 330096）

0 引言

隨著我國經濟發展，電網負荷逐漸增加，電網的結構變得越來越龐大復雜，運行方式也經常性地改變，導致傳統繼電保護要同時滿足保護的選擇性和靈敏性比較困難[1]。尤其是傳統后備保護，因其是按電流及時間的階梯原則進行配置和整定，且僅利用本地信息進行故障判別，這就導致其在判別故障時所收集到的信息量較少，最終使保護的選擇性、靈敏性和快速性不能同時兼顧。具體表現為以下幾個方面：

1）保護類型的配置和保護定值的整定較難，而且系統運行的方式對其影響非常大，不同的運行方式會對保護范圍產生很明顯的影響。如系統最小運行方式下時，保護范圍會明顯縮短，嚴重時甚至會失去保護范圍，導致保護的靈敏度嚴重不足。

2）復雜的逐級配合關系，導致保護的動作時間過長，在有些特殊的情況下，其動作時間還要大過保持電網穩定運行所要求的極限故障切除時間。

3）保護范圍內的故障以及保護范圍外的故障切除時所引起的過負荷電流，傳統的后備保護是無法區分的，這就導致過負荷電流也可能使后備保護動作，引發大范圍的停電事故。

而智能變電站所有的模擬量及開關量都實現了數字化，這些轉化為數字化的信息都集中在SV及GOOSE網絡中且都是互通互聯組網的，因此實現了信息的高度共享，這就為從根本上提高和改善后備保護的性能夯實了牢固的基礎。相對于傳統智能變電站而言新一代智能變電站統一配置站域后備保護，替代傳統的按間隔以及設備安裝的后備保護。

為保證新一代智能變電站安全穩定運行，這就要求現場專業調試人員掌握新一代智能變電站的調試技術。而站域后備保護是新一代智能變電站的重要組成部分，因此研究探索適用于站域后備保護調試的方法和技術迫在眉睫。

1 站域后備保護概念

站域后備保護是指基于智能變電站站內共享信息，包括變電站的模擬量、開關量和非電量等，通過高速的站內通信網絡，對變電站內系統及其所屬設備發生故障時進行快速、可靠、精確的定位，實現故障設備切除的一種保護方式[2]。站域后備保護可以和廣域保護系統相配合，保護某個區域電網安全可靠運行；也可作為廣域保護系統的子系統，對全站內的電力設備實施保護[3]。

站域后備保護數據采集、跳閘出口采用合并單元及智能終端經交換機組網方式，和常規保護裝置相比較，一套站域后備保護裝置幾乎可以實現全站的后備保護功能需求[4]。因此極大降低了保護裝置的配置成本；對于運行、檢修人員來說，將大幅減少運維工作量；在安裝施工階段線纜排布工作量、線纜的使用量大大縮減，對精細化施工及工期的縮短將有明顯的提升。

2 保護裝置的構成

許繼電氣BDH811站域保護裝置由CPU插件、過程層接口插件、穩壓電源插件、站控層通訊插件、開入開出插件構成。在調試過程中，我們主要配置的是A號MMI插件，8號CPU插件，6號NPI插件。裝置構成如圖1所示。

圖1 裝置功能插件

1）CPU插件（8號CPU插件）

保護裝置的邏輯運算功能主要由CPU插件完成。因此與站域后備保護相關的各個保護模塊的程序要下載到這個插件中，詳細的程序下載步驟下文將說明。CPU插件處理器除了完成保護邏輯運算功能外，同時還要完成與廣域保護的通訊。

2）站控層通訊插件（A號MMI插件）

A號MMI插件主要運行保護模型文件和分析MMS報文，人機交互功能也由其負責。與站控層的通訊主要由插件上的三個以太網口完成。因此調試時需要把與站控層通訊所需的CID文件，MAP文件，通過FTP文件傳輸軟件下傳到MMI插件的user文件夾里。

3）過程層接口插件（6號NPI插件）

保護裝置與過程層網絡的通訊由本插件完成。保護裝置的對時也由本插件依IEEE1588協議通過過程層網絡實現。

4）穩壓電源插件（1號插件與C號插件）

直流220 V或110 V電壓輸入經抗干擾濾波回路后，利用逆變原理輸出5 V直流電壓。電源插件具有失電告警功能。

5）開入開出插件（B號插件）

該插件提供兩路強電開入（DC220 V或110 V）分別用于裝置檢修壓板和遠方操作壓板，提供一路硬開出接點用作裝置故障信號輸出。

3 保護裝置程序升級和配置

3.1 程序升級

新建變電站保護裝置在出廠時未下裝各個保護模塊的程序，而只下裝了接口CPU的程序，需根據現場實際間隔和保護配置情況進行加載相應的程序模塊。而為了保護之間更好的配合，也要對各插件的程序版本進行檢查，若不符合則要進行程序升級。升級主要是對CPU插件、站控層通訊插件、過程層通訊插件程序升級。CPU插件程序的升級相當于保護模塊的配置，下文將講述。站控層插件程序升級就是把升級文件NPU808Drv.elf、NPU808Gws.elf、NPU808HMI.elf、NPU808Plat.elf和fpag.bin通過FTP文件傳輸軟件下傳到該插件的bin文件夾里面。過程層插件程序升級就是把升級文件NPI.elf通過FTP文件傳輸軟件下傳到該插件的bin文件夾里面。

3.2 保護功能模塊配置

站域后備保護裝置的配置采用模塊化設計，不同的變電站可以根據自己實際間隔及保護配置情況，采用符合自身需求的保護模塊。下面我們用BDH-811M母線保護模塊來解釋一下保護功能模塊配置。

首先我們需要配置一個公用模塊，公用模塊BDH811G文件名默認為CPU0，因此其模塊文件中的NPU838Pro001.elf不用修改。BDH811M母線保護模塊是此次配置的第一個保護模塊，所以其模塊文件名改為CPU1，同時要把保護模塊文件中的NPU838Pro001.elf更改為 NPU838Pro002.elf，依次類推，需要配置N個保護模塊，就把相應的模塊程序Npu838Pro001.elf更改為NPU838Pro00N.elf，其模塊文件夾名改為CPU（N-1）。把修改好的模塊文件及boot.cfg文件，驅動程序文件NPU838Plat0.elf和平臺程序文件NPU838Drv0.elf放入一個新建的文件夾里。主接線文件NPU838bgd001.dat要根據我們剛才配置了哪些保護模塊來進行配置。

最后一步就是把配置好的程序下裝到CPU插件的bin文件夾里面。電腦的IP與CPU插件的IP設為同一個網段，CPU插件置BOOT模式，點擊批量處理文件就可以了。

3.3 ICD文件的導出

調試電腦與保護裝置正常連接，運行SMARTkit軟件，在SMARTkit軟件打開PRATE800C配置工具，連接到裝置，裝置IP如圖2所示。調試電腦IP及網關設置如圖3所示。

電腦正確連接保護裝置后，點擊PRATE800C配置工具工具欄中的“查詢全部”按鈕，配置工具將自動查詢數據，數據查詢完畢之后，點擊“輸出ICD”按鈕，裝置ICD文件導出完成。如圖4。

圖2 工具通信設置

圖3 電腦IP通信設置

圖4 Prate-800C配置工具操作按鈕及導出ICD文件選項

3.4 配置SCD文件、CID文件及通訊參數

集成商根據整站ICD文件最終形成全站配置文件SCD，該文件包含整站所有設備的虛端子聯線，下裝至站域保護裝置內部的CID文件需由最終版的SCD文件導出，并對站域保護裝置做相應的通訊配置。

3.4.1 過程層配置

首先在SCD文件中把虛端子連結好，再使用XJ虛端子配置工具加載SCD文件（如圖5），選擇BDH811裝置，點擊導出虛端子按鈕，生成裝置的ied_cfg文件，把ied_cfg文件下傳到CPU插件的user文件夾里面，重啟保護裝置，最后檢查公用模塊中的SV，GOOSE鏈路信息是否連通。具體步驟如下：

1）點擊虛端子按鈕，進入界面后選擇SCD文件加載。

圖5 XJ虛端子配置工具

2）在iedlist里面選擇要操作的ied名稱，點擊對應按鈕，導出對應裝置的CID和虛端子文件。點擊文件操作，選擇要下裝的站域保護裝置，如圖6。

圖6 CID和虛端子文件的導出

3）進入如下界面進行配置文件的下裝，如圖7。

圖7 配置文件修改及下裝

在下裝前可以修改GOOSE發送網口，確定網口后選擇下裝。重啟裝置即可。如果要配置發送網口，需進行如下操作，點擊加載，在選擇需要修改網口的板卡。修改后保存、返回、下裝，裝置重啟即可，如圖8。

圖8 發送網口配置

4）以上步驟完成后，站域保護裝置的虛端子信息就配置完成。

3.4.2 站控層配置

導出裝置cid文件后，把cid.map文件通過FTP文件傳輸軟件傳到站域保護裝置的MMIcpu/user目錄中，該配置文件用于站域保護裝置與后臺通訊功能的實現。

4 保護單體功能測試

BDH-811站域保護控制裝置適用于110 kV或330 kV變電站的站域級保護。一臺BDH-811站域保護控制裝置完成整個變電站的站域保護與安全自動控制功能，同時可作為廣域保護控制子站完成廣域電網相關的保護控制功能。在對站域保護配置完成之后，相關的保護功能與常規智能保護幾乎沒有變化，測試方法與常規智能保護沒有太大差別。其調試工作主要包括以下內容[5]：

1）裝置檢查。主要包括外觀檢查、裝置絕緣檢查、直流電源檢查。調試前應對保護屏及裝置進行檢查，保護裝置外觀良好，插件齊全，端子排及壓板無松動。對直流回路、交流電壓、交流電流回路進行絕緣檢查時，須斷開保護裝置直流電源，拔出所有邏輯插件。合上直流電源對裝置進行上電檢查，核對程序版本應與現場要求符合，定值能正確整定。

2）SV及GOOSE檢查。包括零漂檢查、采樣精度試驗、開入量檢查、開出傳動檢查。

3）保護定值校驗。線路保護：110 kV線路保護配有距離保護、零序電流保護、PT斷線過流保護和三相一次重合閘功能。母線保護、斷路器失靈保護：按10（35）kV單段母線配置，完成單段10（35）kV母線保護及斷路器失靈保護。

5 結語

新一代智能變電站將是未來智能變電站建設的主力，對比于傳統后備保護，站域后備保護具有相當大的優勢，因此站域后備保護將在新一代智能變電站建設中逐步普及發展。基于上述原因現場專業調試人員應該對站域后備保護的概念及調試方法了解透徹。文中結合實際保護裝置及應用情況詳細的講解了站域后備保護的文件配置步驟及配置過程中應該注意的事項，為今后調試人員對新一代智能變電站站域后備保護調試工作提供了一條可行的技術手段。