智能站配置文件規(guī)范性分析與整改措施研究

倪賽賽，張坤賢，茍永耀

(1.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司，甘肅 蘭州 730030；2.國(guó)網(wǎng)平?jīng)龉╇姽荆拭C 平?jīng)?744000)

0 引 言

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的推廣應(yīng)用加快了智能變電站的工程建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了各設(shè)備廠家間裝置統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的互聯(lián)互通。IEC 61850配置文件是利用變電站配置描述語(yǔ)言描述變電站設(shè)備對(duì)象模型后生成的文件[1-2]。在變電站組態(tài)配置調(diào)試階段，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)全站智能電子設(shè)備能力文件進(jìn)行實(shí)例化配置，形成系統(tǒng)配置文件(SCD文件)[3]。

智能變電站以光纜替代二次回路電纜，通過光纜傳輸多路信號(hào)，常規(guī)變電站的二次硬回路轉(zhuǎn)變?yōu)榕渲梦募奶摶芈罚位芈返恼_性無法簡(jiǎn)單地從外部物理連線分析。SCD文件不僅包含全站裝置間所有配置信息，還描述智能變電站內(nèi)所有IED的實(shí)例配置和通信參數(shù)，IED之間的通信配置以及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。因此SCD文件決定了全站配置信息的正確性，關(guān)系到智能變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

2011年以來智能變電站已步入大規(guī)模建設(shè)階段，然而，二次技術(shù)人員仍然停留于常規(guī)二次硬接線模式，對(duì)智能變電站SCD文件未得到足夠的重視。在工程投產(chǎn)階段，由于缺乏必要的校驗(yàn)技術(shù)手段，僅依靠試驗(yàn)來驗(yàn)證各裝置間連接的正確性，難免出現(xiàn)試驗(yàn)項(xiàng)目不全，功能驗(yàn)證不到位等情況，為后期運(yùn)維帶來隱患，增加了二次系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。本文通過分析智能變電站SCD文件常見規(guī)范性問題，提出規(guī)范SCD文件配置的措施和建議，減少智能站配置帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

1 SCD文件規(guī)范性檢查內(nèi)容

SCD文件規(guī)范性主要包括配置的規(guī)范性和虛端子連接的準(zhǔn)確性。

1.1 配置規(guī)范性檢驗(yàn)項(xiàng)目

檢查SCD文件是否嚴(yán)格按照行業(yè)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)開展規(guī)范化的信息模型配置。一般利用SCL校驗(yàn)工具按照《IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型》和《智能變電站二次系統(tǒng)信息模型校驗(yàn)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)進(jìn)行[5]。可選擇配置文件模型標(biāo)準(zhǔn)化、工程應(yīng)用模型規(guī)范化、動(dòng)態(tài)校驗(yàn)和一致性校驗(yàn)等內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范化校驗(yàn)，根據(jù)影響程度對(duì)SCD文件中的配置錯(cuò)誤加以改正。

1.2 虛端子準(zhǔn)確性檢驗(yàn)項(xiàng)目

虛端子準(zhǔn)確性是指虛端子連接配置是否正確以及工程實(shí)例化是否滿足運(yùn)維要求。虛端子配置相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站的二次回路，虛端子的準(zhǔn)確性相當(dāng)于傳統(tǒng)變電站二次回路接線的正確性。由于各變電站設(shè)計(jì)和需求等存在較大差異，虛端子的準(zhǔn)確性較難由軟件全部自動(dòng)檢驗(yàn)，還需要依靠人工逐一復(fù)檢。以變電站各保護(hù)有關(guān)IED設(shè)備間信息交互為基礎(chǔ)，給出了變電站典型設(shè)備發(fā)出的SV或者GOOSE信號(hào)，如表1所示。

表1 典型虛端子連接準(zhǔn)確性檢查項(xiàng)目

2 規(guī)范性典型問題分析

為規(guī)范智能變電站配置文件，某省利用配置文件管控系統(tǒng)及SCD可視化工具對(duì)配置文件進(jìn)行了審查，典型問題分析如下。

2.1 模型規(guī)范性檢驗(yàn)存在的問題

SV、GOOSE和MMS通信參數(shù)配置不規(guī)范。SV通信參數(shù)應(yīng)配置MAC-Address、smvID、APPID和VLAN-ID等參數(shù)，GOOSE通信參數(shù)應(yīng)配置MAC-Address、GOID、APPID和VLAN-ID等參數(shù)，其中MAC-Address、smvID、GOID和APPID等通信參數(shù)應(yīng)保證全站唯一。SV標(biāo)識(shí)(smvID)和GOOSE標(biāo)識(shí)(GOID)應(yīng)由引用路徑和相應(yīng)的控制塊名稱組合而成，APPID應(yīng)該滿足4位16進(jìn)制值編碼范圍要求，VLAN-ID滿足3位16進(jìn)制值編碼范圍。MMS通信參數(shù)主要為IP地址的配置，應(yīng)采用“192.168.x.x”或“172.x.x.x”的地址段，全站不應(yīng)重復(fù)。通信參數(shù)配置的不規(guī)范主要體現(xiàn)在部分配置缺失、不滿足唯一性和有效性要求等，將影響設(shè)備間的互聯(lián)互通，在組態(tài)配置時(shí)需盡量避免。早期智能站在建設(shè)過程時(shí)由于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定不夠嚴(yán)格，通信參數(shù)由各集成廠家按照各自習(xí)慣進(jìn)行配置，導(dǎo)致SCD文件存在大量的通信參數(shù)不規(guī)范問題。

模型實(shí)例化不滿足實(shí)際要求。部分IED設(shè)備未嚴(yán)格使用調(diào)度規(guī)范命名，從SCD文件不能直觀反映設(shè)備作用的對(duì)象和電壓等級(jí)等信息，給可視化運(yùn)維帶來不便。部分IED設(shè)備的模型文件缺少中文描述或中文描述不可修改，虛端子兩側(cè)信息無法直觀準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維帶來困難。GOOSE和SV配置的內(nèi)部intAddr的值未有效區(qū)分邏輯設(shè)備的DO層和DA層描述，導(dǎo)致可視化描述信息錯(cuò)層。

配置文件缺失CRC校驗(yàn)碼。對(duì)配置文件的CRC碼的管理可以有效監(jiān)控配置版本的變化，實(shí)現(xiàn)虛連接和虛回路的管控。SCD文件的CRC校驗(yàn)碼分為全站過程層虛端子CRC和IED過程層虛端子CRC。IED過程層虛端子CRC是每個(gè)IED計(jì)算得到的CRC校驗(yàn)碼，用于單裝置虛端子管理。全站過程層虛端子CRC是按IED命名升序合成所有IED虛端子配置CRC，再應(yīng)用CRC校驗(yàn)碼計(jì)算規(guī)則生成，用于全站配置文件管理。配置文件缺少CRC碼后不能對(duì)修改過程追溯和檢查，影響了對(duì)配置文件的有效管控。

2.2 虛端子準(zhǔn)確性校驗(yàn)存在的問題

SV回路連接準(zhǔn)確性問題主要表現(xiàn)在保護(hù)裝置SV采樣不滿足雙AD要求，尤其是同期電壓和零序電壓等信號(hào)僅有一路輸入SV信號(hào)，保護(hù)和測(cè)量用的TPY級(jí)、P級(jí)和0.5級(jí)等繞組電流信號(hào)連接錯(cuò)誤。部分早期合并單元無法輸出雙路SV保護(hù)采樣值，不滿足雙保護(hù)雙AD采樣要求，如圖1所示。

圖1 某合并單元不滿足雙AD采樣要求示例圖

GOOSE回路典型問題為保護(hù)邏輯功能不完整或者錯(cuò)誤。母線保護(hù)中存在電流支路間隔、跳閘間隔、閉重信號(hào)和啟失靈信號(hào)不一一對(duì)應(yīng)等問題，將造成母線保護(hù)動(dòng)作邏輯錯(cuò)誤。圖2給出某站母線保護(hù)間隔虛端子不對(duì)應(yīng)示例。主變差動(dòng)保護(hù)跳三側(cè)開關(guān)，后備保護(hù)網(wǎng)跳各側(cè)分段和母聯(lián)等保護(hù)邏輯存在錯(cuò)誤。母線保護(hù)、線路保護(hù)、變壓器保護(hù)間的失靈回路、解除復(fù)壓閉鎖和閉鎖重合閘等邏輯功能回路不完整。母線保護(hù)、線路保護(hù)和高抗保護(hù)至智能終端TJR、TJQ、TJF節(jié)點(diǎn)混用，將造成失靈和重合閘邏輯錯(cuò)誤。改造變電站配置文件還存在智能終端轉(zhuǎn)接線路保護(hù)啟母線失靈和過渡虛端子回路未及時(shí)刪除等問題。

圖2 某站母線保護(hù)間隔虛端子不對(duì)應(yīng)示例圖

3 規(guī)范配置文件的整改措施

3.1 基于可追溯的配置規(guī)范性校驗(yàn)

按照智能變電站配置文件管控規(guī)定，建立智能變電站配置文件管控系統(tǒng)，從變電站組態(tài)階段入手，對(duì)新建、改造和擴(kuò)建各種配置文件變更開展規(guī)范化校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)SCD文件全過程規(guī)范管理，形成可追溯的簽入簽出機(jī)制[6]。

圖3 新建變電站配置文件入庫(kù)流程圖

對(duì)新建變電站工程調(diào)試和改擴(kuò)建驗(yàn)收等進(jìn)行重點(diǎn)防控，在配置文件入庫(kù)時(shí)重點(diǎn)校驗(yàn)配置文件的通信配置和工程實(shí)例化情況，出具配置規(guī)范性檢驗(yàn)結(jié)果，待配置文件所有錯(cuò)誤均修改完后方可入庫(kù)。新建變電站入庫(kù)流程如圖3所示。利用規(guī)范性檢驗(yàn)確保SCD文件中所有IED設(shè)備中文描述準(zhǔn)確規(guī)范，虛端子連接兩側(cè)描述清晰一致、無歧義，便于智能站可視化運(yùn)維應(yīng)用。嚴(yán)格規(guī)范SCD文件修改過程管理，除履行簽入簽出手續(xù)外，應(yīng)要求每次入庫(kù)將前后兩次配置文件比對(duì)內(nèi)容寫入SCD內(nèi)部，在修改歷史中準(zhǔn)確記錄版本信息、修改內(nèi)容、修改人、修改時(shí)間和修改原因等要素，對(duì)修改內(nèi)容做到責(zé)任人員可追溯，確保修改過程可控、在控。

利用配置文件管控平臺(tái)的定期發(fā)布機(jī)制，定期發(fā)布各個(gè)變電站全站虛端子CRC碼和IED的CRC校驗(yàn)碼，管理及運(yùn)維部門定期核對(duì)試驗(yàn)和校驗(yàn)用配置文件是否為最終版本配置文件。

3.2 基于標(biāo)準(zhǔn)信息流的虛端子準(zhǔn)確性檢查

按照智能變電站標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范，基于各設(shè)備間標(biāo)準(zhǔn)信息流規(guī)范虛端子連接，確保虛回路連接的完整性、準(zhǔn)確性，符合保護(hù)動(dòng)作邏輯，為后續(xù)試驗(yàn)和運(yùn)維提供保障，防止發(fā)生誤連接、誤試驗(yàn)和誤校驗(yàn)情況[7-9]。

標(biāo)準(zhǔn)信息流是根據(jù)變電站保護(hù)設(shè)備間信息交互邏輯形成的數(shù)據(jù)信息流。以雙母接線變電站為例，線路保護(hù)典型信息流如圖4所示。線路保護(hù)、線路合并單元、線路智能終端、母線保護(hù)裝置以及它們之間的虛回路和物理連接構(gòu)成了線路保護(hù)的信息流回路，主要包括：線路合并單元到線路保護(hù)的采樣信息；線路保護(hù)跳智能終端的跳閘信息；智能終端到線路保護(hù)的閉重等信息；智能終端到合并單元的刀閘位置信息；母差保護(hù)至線路保護(hù)的閉重和遠(yuǎn)跳等信息。

圖4 線路保護(hù)典型保護(hù)信息流圖

母線保護(hù)典型信息流如圖5所示。母線保護(hù)信息流回路主要由各個(gè)線路間隔、變壓器間隔及母聯(lián)間隔構(gòu)成，主要包括：間隔合并單元到母線保護(hù)的采樣信息；母線保護(hù)跳各間隔智能終端的跳閘信息；智能終端至母差保護(hù)的刀閘位置開入信息；各間隔啟動(dòng)失靈接點(diǎn)以及母線保護(hù)失靈聯(lián)跳出口等信息。須特別注意各間隔在母線保護(hù)中電流采樣、跳閘、閉鎖和啟失靈等信息間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖5 母線保護(hù)典型保護(hù)信息流圖

主變保護(hù)典型信息流如圖6所示。主變保護(hù)信息流回路主要由變壓器各側(cè)、高壓側(cè)母聯(lián)智能終端、中壓側(cè)母聯(lián)終端、低壓側(cè)分段智能終端和母線失靈保護(hù)構(gòu)成，主要包括：合并單元到保護(hù)的采樣信息；保護(hù)到智能終端的跳閘信息；主變保護(hù)跳母聯(lián)智能終端的跳閘信息；各間隔啟動(dòng)失靈接點(diǎn)以及母線保護(hù)失靈聯(lián)跳出口等信息。

圖6 主變保護(hù)典型保護(hù)信息流圖

測(cè)控裝置信息流如圖7所示。測(cè)控信息流主要由合并單元、智能終端構(gòu)成，主要包括：合并單元到測(cè)控的采樣和告警信息；智能終端至測(cè)控的位置和告警等信息；測(cè)控至智能終端的遙控信息等。

圖7 測(cè)控裝置典型信息流圖

以標(biāo)準(zhǔn)信息流為基礎(chǔ)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，嚴(yán)格檢查虛端子連接正確性，杜絕交叉連接和間隔拉錯(cuò)等情況。重點(diǎn)檢查SV采樣和跳合閘等關(guān)鍵回路，確保三相相序連接正確，兩側(cè)分相描述一致。

特別需要檢查網(wǎng)跳和失靈等回路，確保保護(hù)邏輯正確。對(duì)于備用設(shè)備、遺留虛端子，應(yīng)及時(shí)刪除，確保SCD文件符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際。

4 結(jié)束語(yǔ)

SCD配置文件是智能變電站二次系統(tǒng)的核心，其準(zhǔn)確性是開展試驗(yàn)、檢修安措的前提和基礎(chǔ)，確保其正確性對(duì)智能站安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。為規(guī)范智能變電站配置文件管理，應(yīng)加強(qiáng)智能配置文件管控平臺(tái)應(yīng)用，利用可視化技術(shù)手段查找配置文件問題，盡早消除可能存在的隱患和不規(guī)范問題。同時(shí)各級(jí)二次運(yùn)維人員要提高重視程度，應(yīng)注意核對(duì)配置文件的正確性，防止發(fā)生誤試驗(yàn)和誤校驗(yàn)情況。

針對(duì)配置文件規(guī)范性問題，可進(jìn)一步開展配置文件規(guī)范性研究。開展典型一個(gè)半接線、雙母接線和單母接線的虛端子邏輯自動(dòng)校驗(yàn)功能研究，提高虛端子連接準(zhǔn)確性的校驗(yàn)效率。在此基礎(chǔ)上，推廣“九統(tǒng)一”裝置，利用二次狀態(tài)監(jiān)測(cè)等手段，實(shí)現(xiàn)配置文件的動(dòng)態(tài)校驗(yàn)，防止裝置配置非法篡改。