摘要：通用的變電站自動化標(biāo)準(zhǔn)IEC61850正被廣泛的理解和推廣，電子式電壓電流互感器以及智能開關(guān)技術(shù)正逐步成熟并進(jìn)入應(yīng)用階段，數(shù)字化變電站示范站的建設(shè)正如火如荼地開展。本文結(jié)合工作實踐分析IEC61850的顯著特點，闡述了IEC61850網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸裝置間快速配合的信號傳遞，提高了簡易母線保護(hù)的可靠性，并解決原來控制保護(hù)系統(tǒng)存在的保護(hù)死區(qū)、開關(guān)失靈及二次線路復(fù)雜的問題。
　　關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；IEC61850；低壓母線；網(wǎng)絡(luò)通信；
　　當(dāng)前，數(shù)字化變電站改造中的母線保護(hù)是一個熱門研究方向，但專門針對低電壓等級的母線保護(hù)研究則鮮有文獻(xiàn)發(fā)表。傳統(tǒng)的簡易母線保護(hù)一般是經(jīng)延時動作，實時性不高，當(dāng)饋線、母線同時或相繼發(fā)生故障時，通常要靠主變后備保護(hù)來切除，給系統(tǒng)安全帶來巨大的危害。IEC61850與傳統(tǒng)規(guī)約的區(qū)別與傳統(tǒng)規(guī)約相比，IEC61850規(guī)約具有以下顯著特點。
　　(1)采用抽象分層的結(jié)構(gòu)體系IEC61850標(biāo)準(zhǔn)將整個變電站進(jìn)行抽象化并分為3層：1)變電站層；2)間隔層；3)過程層。同時共定義了10種邏輯接口用來完成層與層之間的信息交換。
　　(2)面向?qū)ο笮滦徒�模技術(shù)IEC61850共規(guī)定了13個邏輯節(jié)點類，按照不同功能分類定義了約90種邏輯節(jié)點及500多種數(shù)據(jù)類用以進(jìn)行電力數(shù)據(jù)傳輸，是一種面向未來的開放性標(biāo)準(zhǔn)。
　　(3)抽象服務(wù)接口ACSI及特殊通信映射SCSMIEC61850所設(shè)計的抽象網(wǎng)絡(luò)接口獨立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用協(xié)議，與底層的通信棧無關(guān)，當(dāng)新型的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于通信系統(tǒng)時，只需要改變SCSM即可。
　　(4)變電站配置語言SCL為增強(qiáng)不同廠家IED的互操作性，IEC61850-6部分規(guī)定了描述與通信有關(guān)的IED配置和參數(shù)、通信系統(tǒng)配置、開關(guān)間隔(功能)結(jié)構(gòu)及它們之間關(guān)系的文件格式。SCL語言的運用使變電站內(nèi)部智能設(shè)備之間的互操作性得到了極大的增強(qiáng)，不同廠家的設(shè)備可按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信。
　　2IEC61850網(wǎng)絡(luò)通信機(jī)制
　　IEC61850直接基于以太網(wǎng)鏈路層進(jìn)行傳輸，具有ms級的實時性。采用IEC61850實現(xiàn)裝置間的信號連接，可以代替間隔層裝置之間的電纜連接，使依賴于裝置間信號配合的功能的實現(xiàn)變得可行，并易于維護(hù)。IEC61850在信號沒有變位時，會以5s左右的間隔發(fā)送心跳報文從而可以實現(xiàn)鏈路的狀態(tài)檢修，相對于傳統(tǒng)電纜連線松動無法檢測而言具有很大的優(yōu)越性。IEC61850網(wǎng)絡(luò)覆蓋全站范圍的間隔層裝置和過程層智能終端裝置(可選)，完成110kV/10kV電壓等級間隔層智能裝置之間的快速通信功能。在數(shù)字化變電站改造中可將IEC61850網(wǎng)絡(luò)與MMS網(wǎng)絡(luò)合—且采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。110kV變電站需要傳輸?shù)腎EC61850數(shù)據(jù)量比較小，且IEC61850支持高優(yōu)先級傳輸，具有兩種網(wǎng)絡(luò)合一的條件；IEC61850網(wǎng)絡(luò)與MMS網(wǎng)絡(luò)合一簡化了變電站自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；當(dāng)兩者合一時，只需改用新的同時支持MMS和IEC61850的控制保護(hù)裝置，保護(hù)的配置和網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)等方面與現(xiàn)有的控制保護(hù)系統(tǒng)具有最大的一致性。現(xiàn)以一母二母保護(hù)配置和故障情況進(jìn)行說明(參見圖1)。
　　
　　圖1母線保護(hù)邏輯圖
　　通常在10kV電壓等級系統(tǒng)中不配置母線保護(hù)功能，當(dāng)發(fā)生10kV母線故障時通常要通過變壓器低壓側(cè)后備的第3段或第4段(一般10kV饋線無第4段保護(hù)功能)過流保護(hù)才能動作，動作延時非常長，往往會對一次設(shè)備造成一定損害，某110kV數(shù)字變電站在進(jìn)行改造時增加了10kV簡易母線保護(hù)，變電站內(nèi)采用IEC61850通信機(jī)制取代傳統(tǒng)的保護(hù)之間的聯(lián)鎖信號，其基本原理是：使用變壓器低壓側(cè)的開關(guān)電流實現(xiàn)過流保護(hù)，并通過母線的出線和分段(母聯(lián))的保護(hù)啟動信號對其進(jìn)行閉鎖，母線區(qū)外故障時，相關(guān)保護(hù)能夠發(fā)出閉鎖信號閉鎖簡易母差，母線區(qū)內(nèi)故障時，相關(guān)保護(hù)不發(fā)閉鎖信號，簡易母差保護(hù)可以快速動作切除變壓器低壓側(cè)開關(guān)(前提是低壓側(cè)母線除變壓器外無電源輸入，低壓側(cè)如果有小電源可采用折中方案，先跳開低壓側(cè)小電源)。由于簡易母差保護(hù)需要多個裝置之間的傳遞啟動閉鎖信號，使得傳統(tǒng)方式下各個出線保護(hù)和分段保護(hù)與簡易母差保護(hù)之間存在較多硬開入連線，導(dǎo)致了二次回路比較復(fù)雜，容易出錯，可靠性也不高。IEC61850的好處在于一旦物理連接確立，只要通道的帶寬足夠，可以任意增加連接，可擴(kuò)展性很強(qiáng)，同時采用IEC61850通信，完全回避了以往常規(guī)接點誤碰的問題，且在IEC61850斷鏈的情況下可以發(fā)出報警信號。可以在110kV變電站改造過程中，增加IEC61850通信機(jī)制區(qū)外傳統(tǒng)的硬接點連接，這樣可以較大地提高簡易母差的可靠性，同時也可以很好地解決變壓器低壓側(cè)過負(fù)荷聯(lián)切保護(hù)聯(lián)切低壓側(cè)出線的問題。
　　2．1接線說明
　　L1線路保護(hù)輸出閉鎖接點到1號變壓器低壓側(cè)母線保護(hù)裝置、500A分段母線保護(hù)裝置；L2線路保護(hù)輸出閉鎖接點到2號變壓器低壓側(cè)母線保護(hù)裝置、500A分段母線保護(hù)裝置；1號變壓器低壓側(cè)母線保護(hù)接501開關(guān)TA；2號變壓器低壓側(cè)左側(cè)分支母線保護(hù)接502A開關(guān)TA；500A分段母線保護(hù)裝置輸出閉鎖接點到1號和2號變壓器低壓側(cè)母線保護(hù)。
　　3IEC61850實施規(guī)范的要求
　　3．1IEC61850配置要求
　　(1)通信地址參數(shù)由系統(tǒng)組態(tài)統(tǒng)一配置，裝置根據(jù)SCD文件的配置具體實現(xiàn)IEC61850功能；
　　(2)各保護(hù)裝置應(yīng)在ICD文件中預(yù)先配置IEC61850控制塊；
　　(3)保護(hù)測控裝置(除測控聯(lián)閉鎖用IEC61850信號外)應(yīng)在ICD文件的IEC61850數(shù)據(jù)集中預(yù)先配置滿足工程需要的IEC61850輸出信號。進(jìn)行IEC61850連線配置時應(yīng)從保護(hù)裝置IEC61850數(shù)據(jù)集中選取信號；IEC61850輸出數(shù)據(jù)集應(yīng)支持DA方式；
　　(4)保護(hù)測控裝置IEC61850輸入定義采用虛端子的概念，在以"GOIN"為前綴的GGIO邏輯節(jié)點實例中定義DO信號，這些DO信號與IEC61850外部輸入虛端子一一對應(yīng)，通過該GGIO中DO的描述和dU可以確切描述該信號的含義，作為IEC61850連線的依據(jù)。裝置IEC61850輸入進(jìn)行分組時，采用不同GGIO實例號來區(qū)分；
　　(5)在SCD文件中每個裝置的LLN0邏輯節(jié)點中的Inputs部分定義該裝置接收哪些IEC61850輸入，每個輸入相對應(yīng)的Extref中IntAddr，填寫與之相對應(yīng)的以"GOIN"為前綴的GGIO中DO信號的引用名，引用名格式為"LD$LN$DO$DA"；
　　(6)對于需要組建獨立IEC61850網(wǎng)絡(luò)的情況，裝置應(yīng)通過在ICD文件中支持多個AccessPoint的方式支持多個獨立的IEC61850網(wǎng)絡(luò)。在只連接過程層IEC61850網(wǎng)絡(luò)的AccessPoint，應(yīng)通過在相應(yīng)LD的LN0中定義Inputs，接收來自相應(yīng)IEC61850網(wǎng)的IEC61850輸入，在相應(yīng)LD的LN0中定義IEC61850數(shù)據(jù)集和IEC61850控制塊用來發(fā)送IEC61850信號。IEC61850數(shù)據(jù)集中的FCDA可以引用同一個AccessPoint下的各個LD中的DO或DA。IEC61850數(shù)據(jù)集和IEC61850控制塊應(yīng)處于同一個LD的LN0。
　　3．2IEC61850告警要求
　　(1)IEC61850通信中斷須送出告警信號，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)斷鏈告警。在接收報文的允許生存時間的2倍時間內(nèi)沒有收到下一幀IEC61850報文時判斷為中斷。雙網(wǎng)通信時須分別設(shè)置雙網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)斷鏈告警。
　　(2)IEC61850通信時對接收報文的配置不一致信息須送出告警信號，判斷條件為配置版本號
　　及DA類型不匹配。
　　(3)為了體現(xiàn)IEC61850中斷告警和IEC61850配置版本錯誤告警模型，ICD文件中應(yīng)配置有邏輯
　　接點GOAlmGGIO，其中配置足夠多的Alm用于IEC61850中斷告警和IEC61850配置版本錯誤告警。系統(tǒng)組態(tài)生成SCD時添加與IEC61850配置相關(guān)的Alm的desc描述，廠家根據(jù)desc描述配置具體Alm與內(nèi)部信號的關(guān)聯(lián)。
　　3．3IEC61850發(fā)送接收的要求
　　(1)裝置上電時自動按數(shù)據(jù)集變位方式發(fā)送一次，將自己的IEC61850信息迅速告知接收方。按照標(biāo)準(zhǔn)，第一幀StNum=1。
　　(2)IEC61850報文心跳間隔為系統(tǒng)配置的T0，報文允許生存時間為2T0。對于保護(hù)應(yīng)用T1=2ms、T0=5000ms。對于測控應(yīng)用時間間隔可以適當(dāng)拉長。
　　(3)IEC61850報文接收時必須考慮網(wǎng)絡(luò)中斷或者發(fā)布者裝置故障的情況。以雙網(wǎng)通信方式為例，設(shè)置一個通信故障標(biāo)志=((A網(wǎng)中斷與B網(wǎng)中斷)或配置不一致)，接收到IEC61850報文后根據(jù)通信故障標(biāo)志選擇接收數(shù)據(jù)還是預(yù)置數(shù)據(jù)。預(yù)置數(shù)據(jù)是根據(jù)各數(shù)據(jù)類型和用途考慮中斷后應(yīng)該預(yù)置的值(見圖2)。
　　
　　圖2IEC61850通信故障處理機(jī)制
　　(4)IEC61850信號需要發(fā)送給測控裝置進(jìn)行準(zhǔn)確SOE事件記錄時，可以在IEC61850報文中包含部分信號變位的時標(biāo)來實現(xiàn)，每個時標(biāo)信息應(yīng)緊跟信號排放。
　　3．4IEC61850對檢修支持的要求
　　(1)檢修狀態(tài)由IED壓板開入方式實現(xiàn)，當(dāng)IED檢修壓板投入時，上送報文的品質(zhì)q的測試位Test置位。IED必須將檢修壓板狀態(tài)上送客戶端。
　　(2)客戶端根據(jù)上送報文的品質(zhì)Test位判斷報文是否為檢修報文并作出相應(yīng)處理，如不顯示簡報窗，不發(fā)出音響告警，但應(yīng)該刷新畫面，保證畫面的狀態(tài)與實際相符。
　　(3)IEC61850接收端裝置要將接收的IEC61850報文中的Test位與裝置自身的檢修壓板狀態(tài)進(jìn)行比較，只有兩者一致時才將信號作為有效進(jìn)行處理或動作；對于測控裝置，兩者任意一個為1時需將上傳報文品質(zhì)Q的Test位置1。
　　(4)IEC61850用于出口的信號，可以增加出口軟壓板，軟壓板的設(shè)置原則上采用與傳統(tǒng)硬壓板一致，可以根據(jù)運行的實際需求適當(dāng)精簡。
　　5結(jié)語
　　目前我國電力行業(yè)正處在向智能化電網(wǎng)變革的探索時期，隨著網(wǎng)絡(luò)化智能設(shè)備技術(shù)的日趨成熟，必將引發(fā)電力系統(tǒng)自動化領(lǐng)域里的革命性的變化。新型電力標(biāo)準(zhǔn)IEC61850將在未來的數(shù)字化變電站中占據(jù)主導(dǎo)地位。本文結(jié)合廣州某110kV變電站的改造，深入研究IEC61850通信機(jī)制的特點，以簡易母線保護(hù)為對象，給出了傳統(tǒng)變電站站內(nèi)通信向數(shù)字化變電站過渡的改革方法。該網(wǎng)絡(luò)通信原理同樣適用于變電站改造中的備自投、全站集中式低頻低壓減載、主變過負(fù)荷減載、小電流接地選線等。
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］張文亮，劉壯志，王明旭，等．智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(13)．
　　［2］張智剛，夏清．智能電網(wǎng)調(diào)度發(fā)電計劃體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)［J］．電網(wǎng)技術(shù)，2009，33(20)．
　　［3］操豐梅，宋小舟，秦應(yīng)力．基于數(shù)字化變電站過程層的分布式母線保護(hù)的研制［J］．電力系統(tǒng)自動化，2008，32．
　　［4］王攀峰，張克元，文明浩，等．應(yīng)用于數(shù)字化變電站的分布式母線保護(hù)研究［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(13)．
　　［5］粱曉亮，王波，張勇．幾起10kV母線故障分析及其保護(hù)裝置的研發(fā)和應(yīng)用［J］．電力系統(tǒng)自動化，2004，28(17)