基于SED文件的地鐵供電系統工程配置應用方案

謝金蓮 曾彬華 招康杰 賴沛鑫

基于SED文件的地鐵供電系統工程配置應用方案

謝金蓮 曾彬華 招康杰 賴沛鑫

（廣州白云電器設備股份有限公司，廣州 510000）

本文介紹了地鐵供電系統的組網結構，并對地鐵供電系統現有的工程配置方案進行分析。結合地鐵供電系統的供電網絡特點，提出一種基于系統交換描述（SED）文件的地鐵供電系統工程配置應用方案，并通過測試驗證了該方案的有效性。

系統交換描述（SED）文件；工程配置應用方案；系統配置描述（SCD）文件

0 引言

變電站IEC 61850化的推廣，促進了地鐵變電站智能化的發展。為了更加可靠地實現保護功能，在地鐵供電系統中引入網絡化保護方案，采用基于IEC 61850標準的面向通用對象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）信號代替傳統的硬接線實現保護裝置之間的信息交互，解決了傳統硬接線抗干擾能力弱、接線復雜、信號無法監視等問題。地鐵供電系統的智能電子設備（intelligent electronic device, IED）間存在信息的交互，為實現IED之間的通信，需通過變電站系統配置描述（system configuration description, SCD）文件工具進行變電站集成和裝置之間的過程層配 置[1]。

SCD是全站的系統配置文件，描述所有IED的實例配置和通信參數、IED之間的通信配置及變電站一次系統結構。在實際工程應用中，系統集成配置的版本大多采用的是第1版（IEC 61850 Ed 1.0），IEC 61850 Ed 1.0在配置過程中存在一定的局限性，配置效率較低[2]。隨著地鐵智能變電站的推廣與實踐，現有的智能化技術從站域向廣域擴展，提升工程配置效率的需求越來越緊迫。目前，國內進行了相關的研究，如文獻[3]介紹了SCD語義的保護二次回路辨識技術，文獻[4]介紹了智能變電站SCD模型解耦技術，文獻[5]介紹了智能變電站設計配置一體化技術方案，文獻[6]介紹了智能變電站SCD文件全模型擴展技術方案。上述文獻提出的改進措施對IEC 61850工程集成配置效率有很大提升，但與實際需求仍有差距[2]。

IEC 61850第2版（IEC 61850 Ed 2.0）對第1版的IEC 61850—1、—4、—5、—6、—7—2、—7—3、—7—4、—8—1、—9、—10標準內容進行了修改[2]，對系統集成配置過程進行了改進，提出了分項目管理的方法，給項目的配置與維護提供了便捷。將IEC 61850 Ed 2.0的新增技術應用在實際工程中必將能大大提升工程配置的效率。因此，本文結合地鐵供電系統的組網結構及IEC 61850 Ed 2.0的配置過程，提出一種基于系統交換描述（system exchange description, SED）文件的地鐵供電系統工程應用配置方案。

1 地鐵供電系統組網結構

我國地鐵供電系統的主要功能是將中壓交流電降壓整流為直流1 500V或750V，為地鐵列車提供牽引電源[7]。以某地鐵中壓35kV交流供電系統與1 500V直流供電系統為例，目前參與網絡化保護的設備主要包括35kV交流繼電保護裝置和1 500V直流保護裝置，保護裝置間的交互信息包括站內與站間的聯跳、閉鎖信息。在實際工程應用中，為提高通信的可靠性，地鐵供電系統采用雙星形網絡結構，站內每個間隔的保護裝置的兩個光接口通過光纖分別連接至兩臺交換機，通過交換機組建GOOSE A網和GOOSE B網，實現站內信息的交互；站間差動保護裝置的信息交互則采用點對點的方式，通過獨立的差動光纖通道來實現。其他跨站的信息交互通過交換機級聯的方式來實現。地鐵供電系統過程層組網結構如圖1所示。

圖1 地鐵供電系統過程層組網結構

基于GOOSE信號實現的網絡化保護，具有配置靈活、擴展方便的特點，當回路的保護功能發生改變或需要擴展時，只需通過調整軟件的功能即可完成，減少了現場調試的時間，大大提高了現場的調試效率。此外，保護GOOSE信息通過交換機級聯的方式組成網絡，實現全線信息的共享，為繼電保護的功能擴展、性能提升、定值整定、站間區域保護提供了更大的發展空間。

2 現有工程應用配置方案

基于地鐵供電系統的組網結構與信息交互特點，現有的工程應用配置方案是將全線所有參與網絡化保護的IED配置在同一個SCD文件中。工程配置的主要環節如下：

1）在系統配置工具中創建項目的Communi- cation（通信系統）子網信息，包括制造報文規范（manufacturing message specification, MMS）通信信息和GOOSE通信網絡信息。

2）添加IED。在系統配置工具中導入IED的能力描述（IED capability description, ICD）文件。

3）對IED進行實例化配置。配置信息包括IEDName、站控層通信、過程層通信等，配置完成后生成IED實例化配置描述（configured IED description, CID）文件。

地鐵全線涉及的IED數量較多，采用一個SCD文件實現全線IED信息管理的方式，會造成SCD文件龐大，不利于項目后期擴容；且為避免出錯，在進行現場調試和維護的過程中，需要調試人員了解全線設備，存在調試效率低、配置容易出錯等缺點。

3 SED文件介紹

IEC TC57WG10對基于IEC 61850—6 Ed 1.0的工程實踐進行了總結[8]，在ICD、SCD、系統規范描述（system specification description, SSD）文件、CID的基礎上，IEC 61850 Ed 2.0新增了兩種模型文件，即實例化IED描述（instantiated IED description, IID）文件和SED[9]，使變電站系統集成過程得到優化，工程使用更加方便。

SED文件可用于變電站內多個項目之間SCD文件的交互[10]。該文件描述被另一個項目使用的項目接口，以及重新導入時增加的項目間工程化接口連接。SED文件是SCD文件的一個子集，含有智能電子設備接口部分及項目間接口連接引用的固化智能電子設備。

下面以BYE保護測控裝置的SED文件為例進行介紹。SED文件由Header、Communication、IED和DataTypeTemplates組成，如圖2所示。

圖2 BYE保護測控裝置SED文件結構

Header用于標識SED文件及配置工具的信息，如圖3所示。

圖3 BYE保護測控裝置Header示意圖

Communication描述各個IED的通信子網和通信連接訪問點。Communication字段如圖4所示，該段詳細描述了保護測控裝置的三個通信子網，分別為站控層A、B網，GOOSE網。站控層A、B網用于站控層MMS協議通信，GOOSE網是用于GOOSE協議通信。

圖4 BYE保護測控裝置Communication字段

IED描述了智能電子設備的具體內容、訪問點和提供的服務信息。BYE保護測控裝置SED文件的IED字段如圖5所示。該保護測控裝置包含2個訪問點S1和G1，通過S1服務器的邏輯設備有LD0、PROT、CTRL、MEAS和RCD[11]，通過訪問點G1服務器的邏輯設備有PI。

圖5 BYE保護測控裝置IED字段

DataTypeTemplates字段包含裝置所有實例化的邏輯節點類型LNodeType、數據對象類型DOType、數據屬性類型DAType和枚舉類型EnumType。BYE保護測控裝置的DataTypeTemplates字段如圖6所示。

圖6 BYE保護測控裝置DataTypeTemplates字段

4 基于SED文件的工程配置方案

IEC 61850 Ed 2.0提出把一個實際工程的二次系統劃分為若干項目進行管理的辦法，每個項目采用一個獨立的SCD文件，項目間通過SED文件實現信息交互。地鐵供電系統的正線大多是按站來配置電力監控系統（power supervisory control and data acquisition, PSCADA），PSCADA進行工程開發時也需依托SCD文件進行相關的通信配置，結合地鐵供電系統的特點，每個站參與網絡化保護的設備不多，為方便現場的工程配置與PSCADA調試，本方案采用按站點劃分項目的方式來進行SCD文件的配置，每個站配置一個SCD文件，站間設備的信息交互通過SED文件來實現。基于SED文件實現裝置信息交互的方式可以把影響范圍縮小到站內有關聯的IED，避免因配置出錯波及系統中其他站間與該數據通信不相干的部分。

5 測試驗證

5.1 配置步驟

以地鐵供電系統3個相鄰的變電所為例進行說明。A、B、C三個變電所之間存在信息的交互。以A站為例，A站直流饋線213的信息交互情況如下：

1）A站直流饋線213與A站負極柜2011間存在框架泄漏聯跳信號。

2）A站直流饋線213與B站直流饋線211間存在故障聯跳信號（小雙邊供電）。

3）A站直流饋線213與C站直流饋線211間存在故障聯跳信號（大雙邊供電）。

按站進行項目的劃分，將3個變電所劃分為A站、B站、C站三個項目。每個項目分別建立一個SCD文件。SCD文件的配置流程如下：

1）創建三個SCD文件，分別命名為A站、B站、C站。

2）在系統配置工具中創建項目的Communi- cation（通信系統）子網信息，包括MMS通信和GOOSE通信網絡。

3）添加IED。在系統配置工具中導入ICD文件。

4）對IED進行實例化配置，包括IEDName、站控層通信、過程層通信等信息。

5）從B站、C站這兩個SCD文件中導出與A站有通信關聯的設備的SED文件。

6）將從B站、C站導出的SED文件導入A站的SCD文件中，并進行相關的虛端子連線配置，如圖7所示，A站213（PD213a）裝置的GOOSE接收9、GOOSE接收10接收B站211（PD211b）裝置的信號；A站213裝置的GOOSE接收12、GOOSE接收13接收C站211（PD211c）裝置的信號。

圖7 A站IED與鄰站的虛端子連線示意圖

7）保存A站的SCD文件，生成CID文件。

8）將CID文件導入IED中，完成整個配置過程。

5.2 測試結果

在試驗室搭建試驗平臺進行模擬，驗證裝置間的信息交互是否滿足可靠性的要求。

1）在小雙邊供電的情況下，模擬A站直流饋線213發生過電流保護動作來驗證站間配置的可靠性。小雙邊供電方式下，A站的213開關與B站的211開關為同一供電區間供電，當供電區間發生短路故障時，會聯跳同一供電區間的兩個開關，模擬故障點為如圖8所示的d1點。

圖8 小雙邊供電保護故障示意圖

采用測試儀給A站213保護裝置加量的方式來模擬d1點故障。當d1點發生故障時，A站直流饋線213保護裝置動作，保護動作信號通過光纖GOOSE經交換機傳遞給B站直流饋線211保護裝置，聯跳B站211開關。B站211開關在4ms內完成跳閘。

2）在大雙邊供電的情況下，模擬A站直流饋線213發生過電流保護動作來驗證跨站間配置的可靠性。大雙邊供電方式下，A站的213開關與C站的211開關為同一供電區間供電，此時B站的越區隔離開關2113處于合閘位置。當供電區間發生短路故障時，會聯跳同一供電區間的兩個開關，模擬故障點為如圖9所示的d2點。

圖9 大雙邊供電保護故障示意圖

采用測試儀給A站213保護裝置加量的方式來模擬d2點故障。當d2點發生故障時，A站直流饋線213保護裝置動作，動作信號通過光纖GOOSE經交換機傳遞給C站直流饋線211保護裝置，聯跳C站211開關。C站211開關在4ms內完成跳閘。

由以上測試可知，基于SED文件的地鐵供電系統工程應用配置方案可實現全線保護裝置的信息交互，且信息交互可靠，滿足GOOSE通信的要求。按站進行SCD文件的配置，配置更簡單、便捷。

6 結論

本文采用按站進行項目劃分來創建SCD文件，再借助SED文件實現站間裝置信息交互的方式實現地鐵全線IED的工程配置方案，可減少SCD規模和IED間的關聯性，配置簡單方便，且項目擴容時只需修改本站的SCD文件，涉及修改的裝置較少，對項目后期擴容及維護都提供了便利。

[1] 周磊, 夏勇軍, 黎恒烜, 等. 智能變電站配置集成一體化軟件設計與實現[J]. 電氣技術, 2019, 20(8): 69-74.

[2] 李金, 胡榮, 王麗華, 等. 智能變電站IEC 61850 Ed 2.0工程配置應用方案[J]. 電力系統自動化, 2018, 42(2): 154-159.

[3] 姜寧, 高翔, 劉孝剛, 等. 基于SCD語義的保護二次回路辨識技術探討[J]. 電氣技術, 2018, 19(7): 97-102.

[4] 張義, 魏勇, 鄭運召, 等. 智能變電站SCD模型解耦技術的研究與實現[J]. 電氣技術, 2018, 19(6): 80-85.

[5] 孫一民, 裘愉濤, 楊慶偉, 等. 智能變電站設計配置一體化技術及方案[J]. 電力系統自動化, 2013, 37(14): 70-74.

[6] 郭健生, 宋福海, 翟博龍, 等. 智能變電站SCD文件全模型擴展技術方案研究[J]. 電氣技術, 2019, 20(4): 101-105, 109.

[7] 陳麗華, 李學武. 城市軌道交通供電系統繼電保護[M]. 北京: 科學出版社, 2014.

[8] 任雁銘, 操豐梅, 張軍. IEC 61850 Ed 2.0技術分析[J]. 電力系統自動化, 2013, 37(3): 1-5, 53.

[9] 李永亮, 李剛. IEC 61850第2版簡介及其在智能電網中的應用展望[J]. 電網技術, 2010, 34(4): 11-16.

[10] 高磊, 劉鵬, 卜強生, 等. 基于SED文件的智能變電站改擴建二次系統配置文件自動重構技術研究[J]. 電力系統保護與控制, 2019, 47(12): 153-158.

[11] IEC 61850工程繼電保護應用模型: Q/GDW396—2009[S]. 北京: 中國電力出版社, 2010.

Application scheme of subway power supply system engineering based on system exchange description file

XIE Jinlian ZENG Binhua ZHAO Kangjie LAI Peixin

(Guangzhou Baiyun Electric Equipment Co., Ltd, Guangzhou 510000)

This paper introduces the network structure of subway power supply system and analyzes the existing project configuration scheme of subway power supply system. Based on the characteristics of subway power supply system, an application scheme of subway power supply system engineering configuration based on system exchange description (SED) file is proposed, and the validity of the scheme is verified by test.

system exchange description (SED) file; engineering configuration application scheme; system configuration description (SCD) file

2021-12-09

2022-01-20

謝金蓮（1993—），女，廣東省江門市人，助理工程師，主要從事繼電保護方面研究工作。