（电气工程专业论文）数字化变电站继电保护调试方案研究.pdf

，i l， 声明田 h 只 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文数字化变电站继电保护调试方案研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得 的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 一 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 本文结合河北省南部电网首座2 2 0 k v 数字化变电站的保护调试项目，综合阐述了数 字化变电站保护调试方案，对数字化变电站通信配置文件结构和配置方法做了详细说 明。重点研究了数字化变电站保护调试的试验项目、试验方法和注意事项，并对数字化 保护和常规保护结构上的差别以及试验方法的不同做了对比分析，同时分析了数字化保 护调试过程中发现的一些有代表意义的问题，提出了解决方案。 本文研究的数字化变电站继电保护调试方案，已在河北南网2 2 0 k v 数字化变电站的 保护调试中得以正式推广使用。该方案规范了数字化保护调试工作流程，提高了数字化 保护调试的可靠性和工作效率。 关键词：数字化变电站，i e c 6 18 5 0 ，继电保护，试验 a b s t r a c t t h e p a p e re x p o u n d st h er e s e a r c ho fr e l a yp r o t e c t i o nt e s ts c h e m ei nt h ed i 西t a ls u b s t a t i o n i ts t u d i e st h ec o m m u n i c a t i o np a r a m e t e ra n dt h ed i s p o s i t i o no ft h ed i g i t a lr e l a y p r o t e c t i o n a n d i tr e s e a r c h e st h et e s ti t e m ，t e s tm e t h o da n dt h ea t t e n t i o n i ta n a l y z e st h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h e d i 西t a lr e l a yp r o t e c t i o na n dr e g u l a rr e l a yp r o t e c t i o n a n d i ti n t r o d u c e ss o m ep r o b l e m sf o u n di n d i 百t a lr e l a yp r o t e c t i o nt e s t t h es c h e m ew a sp u tt ow o r ki nd i g i t a ls u b s t a t i o n si nt h es o u t hg r i do ft h eh e b e i p r o v i n c e i ts p e c i f i e st h ew o r k f l o wo ft h ed i g i t a lr e l a yp r o t e c t i o n , a n di n c r e a s e st h eq u a l i t y a n de f f i c i e n c y l i uh o n g - l i ( e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f x uy u - q i na n dg u oz h a n w u k e yw o r d s ：d i g i t a ls u b s t a t i o n ，i e c 6 18 5 0 ，r e l a yp r o t e c t i o n ，t e s t 华北电力大学工程硕士学位论文目录 目录 中文摘要 英文摘要 第一章绪论1 l - l 选题背景1 1 2 国外数字化变电站的研究与发展1 1 3 国内数字化变电站的发展情况2 1 4 国产数字化设备情况3 1 4 1 互感器3 1 4 2 开关等其他一次设备3 1 4 3 具备过程层通信接口的二次设备3 1 5 论文的主要工作3 第二章数字化变电站的通信规约和特点5 2 1i e c6 1 8 5 0 规约的基本内容5 2 2 数字化变电站特点7 2 2 1 开关、互感器等一次设备智能化7 2 2 2 二次设备网络化7 2 2 3 站内通信光纤化8 2 2 4 调试方案模糊化8 第三章保护调试方案研究9 3 1 电子式互感器测试9 3 2 变电站模型建立1 0 3 3 通信网络搭建及测试1 5 3 4 继电保护调试2 2 3 4 1 单体调试2 2 3 4 2 单间隔调试2 3 3 4 3 整组联调2 3 3 5 故障录波调试2 5 3 6 保护用光纤通道检测2 5 3 6 1 专用光纤通道的调试2 5 3 6 2 复用通道的调试2 6 3 7 小结2 6 第四章数字化变电站保护调试问题分析2 8 4 1 邯郸名府2 2 0 千伏数字化变电站简介2 8 华北电力大学工程硕士学位论文目录 4 2 纵差保护时间同步问题2 9 4 2 1 名府变电站的控制、保护、电压互感器和电流互感器的配置2 9 4 2 2 大寨变电站的控制、保护、电压互感器和电流互感器的配置2 9 4 2 3 问题的引出2 9 4 2 4 原因分析3 2 4 3ll o k v 母差保护跳闸不闭锁线路重合闸问题3 5 4 3 1 控制、保护的配置3 5 4 3 2 试验现象3 6 4 3 3 问题分析与解决3 6 4 4v l a n 未正确划分导致保护动作异常的问题，：3 7 4 4 1v l a n 的概念和划分3 7 4 4 2 名府站v l a n 配置。3 8 4 4 3 问题现象3 9 4 4 4 原因分析与解决方案3 9 4 5 数字化保护调试注意事项3 9 4 5 1 合理安排保护调试项目的顺序3 9 4 5 2 重点检测保护采样及g o o s e 出口逻辑4 l 第五章结论与展望4 2 参考文献4 3 致谢4 5 附录4 6 附录1 名府数字化变电站网络结构图4 6 附录2 名府数字化变电站保护调试设备清单4 7 在学期间发表的学术论文和参加科研情况4 8 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 选题背景 第一章绪论弟一早三：酉下匕 近年来，随着电子式互感器、智能电子设备和光纤通信网络等技术的日渐成熟， 国内数字化变电站的建设得到快速发展。 2 0 0 7 年河北南部电网第一座l l o k v 数字化变电站付村变电站顺利投产，标 志着高电压等级数字化变电站的建设在河北拉开了序幕。根据规划，2 0 0 9 年，河北 南网要建设两座2 2 0 k v 数字化变电站。 数字化变电站与常规站的区别主要体现在以下几个方面n 1 ： 1 ) 变电站系统设计更加简洁，接线简化、站内元件和设备数量减少、设备布置 灵活紧凑、占地面积小。 2 ) 通信模型复杂。数字化变电站与常规变电站相比最大的区别就在于网络通信 技术的广泛应用，网络通信全面渗透到保护及测控的控制系统中，通信故障完全可 能会造成继电保护装置误动或拒动，对电网造成不可估量的损失，因而数字化变电 站中，网络通信对变电站的安全稳定运行至关重要。 3 ) 智能电子设备结构紧凑，功能齐全，采用全新的制造工艺和通信模型。绝大 部分试验项目不能按照旧的调试方案和规程检验，尤其是继电保护专业的调试方案 几乎全部要推倒重来。 通过对比可以看出，数字化变电站建设与可靠运行的重点和难点在调试和试验 上，尤其是继电保护调试更是重中之重。 为确保数字化变电站如期保质投运，避免发生由于调试方案不符合现场实际而 导致工程延期或装置带病运行的情况，必须及时开展数字化变电站继电保护调试方 案的研究工作。 1 2 国外数字化变电站的研究与发展 国外数字化变电站的研究工作始于2 0 世纪5 0 年代，美、德、同、法等国家的 大电气公司已经开发出了一系列电子式互感器产品，并在世界各地挂网试运行鳓。 从1 9 9 8 年到2 0 0 0 年，a b b ，a l s t o m 和s i e m e n s 合作在德国进行了o c i s ( o p e n c o m m u n i c a t i o ni ns u b s t a t i o n s ) 计划，完成了间隔层设备和主控站之间的互操作 试验嘲。试验中由a b b 完成主控站通过在以太网上实现i e c 6 1 8 5 0 - 8 - i 来连接a b b 、 a l s t o m 和s i e m e n s 的设备。 2 0 0 1 年，在加拿大，a b b 和s i e m e n s 进行了间隔层设备的互操作试验，由s i e m e n s 的保护装置向a b b 的开关模拟器发送跳闸信号，a b b 的丌关模拟器收到信号后将丌 华北电力大学工程硕士学位论文 关打开并将开关打开的g o o s e 信息发给其他设备，配置了重合闸装置的a b b 保护向 断路器发送重合命令。 2 0 0 2 年1 月，a b b 和s i e m e n s 在美国，进行了采样值传输互操作试验，同年9 月，这两个公司又进行了跳闸和采样值互操作性试验，试验都很成功。 2 0 0 2 年到2 0 0 4 年之间，a b b 、a l s t o m 和s i e m e n s 在德国柏林进行了间隔层设 备的互操作试验，这次成功的试验证明了互操作性和简化工程难度的可行性。 国外几个大的电力设备公司，如a b b 、西门子等，已开发了全套的数字化变电 站一次设备和二次设备，并得到成功的应用。在i e c 6 1 8 5 0 标准的制定过程中，进 行了各厂家设备间的互操作试验并在示范变电站得到应用。 国外厂商已经开发出符合i e c 6 1 8 5 0 要求的智能电子设备，不但有保护装置， 还有符合该标准的过程层设备，如智能断路器，带数字接口的光c t 、p t 等。a b b 公 司开发的p a s s 系统将智能化的开关设备和互感器集成在一起，并融和了部分保护 功能和测控功能。该系统在国外已有一定范围的应用 t o o 1 3 国内数字化变电站的发展情况 1 9 9 5 年前后，国内的电力系统二次设备制造厂家逐步推出了系统化开发的分层 分布式变电站自动化系统产品。由于在开发阶段就系统性地考虑了变电站自动化系 统的信息需求在继电保护装置、测控装置、远动装置和监控系统中的分布与实现， 采用了分层分布式体系结构，在设备之间采用了现场总线通信技术和实时性较高的 多种通信协议，这种分层分布式的变电站自动化系统克服了早期集中式变电站自动 化系统的诸多缺点，具有可靠性高，可扩展性和灵活性高，减少站内二次电缆，节 省投资，简化维护等特点，因而一经推出便很快获得了推广和应用。 随着技术的进步，国内各主要二次设备制造厂家推出了第二代分层分布式变电 站自动化系统产品，信息响应速度明显提高，不同厂家之间设备的互操作性也有了 明显的改善。具有代表性的厂家有：南瑞继保、国电南自和北京四方等公司。 随着光电式电流电压互感器、智能化开关和网络化二次设备等技术日趋成熟， 以及计算机高速网络在实时系统中的应用，对已有的变电站自动化技术产生了深远 的影响，能够实现智能电气设备间信息共享和互操作的数字化变电站应运而生。 河北省电力公司一直以来都在跟踪数字化变电站的最新发展，非常重视数字化 变电站研究和建设，并做了大量实际工作。2 0 0 7 年1 2 月，付村1 l o k v 变电站顺利 投运，标志着数字化变电站建设在河北南网拉开了序幕。在数字化变电站建设过程 中，我们发现由于缺乏规范统一的调试方案和标准，继电保护调试工作困难重重， 严重影响了数字化变电站整体建设步伐。因此，开展数字化变电站继电保护调试方 案研究势在必行。 2 华北电力大学工程硕士学位论文 1 4 国产数字化设备情况 数字化变电站的主设备目前均已实现国产化，主设备可以分为三部分：互感器、 开关等其他一次设备以及具备过程层通信接口的二次设备。 1 4 1 互感器 输出数字信号的电子式互感器即为智能化互感器。 已有多个国内厂家的电子式互感器通过鉴定和投运，电压等级涵盖l o k y - - 5 0 0 k v ，部分产品的鉴定水平达到国际先进。现已有数十套国产电子式互感器在多 个变电站投入运行，最长有3 0 个月的连续稳定运行经验。 1 4 2 开关等其他一次设备 由于国内一次设备厂家的电子技术能力相对较弱，尚没有深入开展智能开关设 备等其他智能一次设备的研究工作。 为解决开关等其他一次设备智能化的问题，一些二次设备厂家开发了用于一次 设备智能化的智能终端( 或称智能单元) 。智能终端安装在一次设备端子箱，采集 设备状态和控制设备。用光纤通信与二次设备交换信息。 1 4 3 具备过程层通信接口的二次设备 传统二次设备与一次设备间用硬接线交换模拟信息，数字化变电站的二次设备 需具备能与智能一次设备用通信系统交换数字信息的能力。 国内主要二次设备厂家通过改造成熟二次设备，为其增加过程层通信接口，现 已能提供数字化变电站的全套二次设备。 同时，国内主要二次设备厂家已全面开展具备过程层通信接口的新一代二次设 备的研究工作，预计今年内将投入应用。 1 5 论文的主要工作 本论文主要进行了如下工作： 1 ) 数字化变电站继电保护调试特点分析 本文结合数字化变电站一次设备、二次设备和通信网络等几方面，分析了数字 化变电站保护调试的特点。 2 ) 调试方案研究 本文研究了电子式互感器的测试方案，总结了数字化变电站通信模型的建立过 3 华北电力大学工程硕士学位论文 程，对变电站配置s c d 文件结构进行了分析。同时研究了通信网络搭建及测试方案， 对i e c6 1 8 5 0 中g o o s e 报文结构和定义进行了详细阐述。将继电保护调试分为单体 调试、单间隔调试和整组联调三部分进行了分解研究。 3 ) 调试项目分解 本文将调试项目分解为以下几个项目： 模型建立、配置参数文件、出厂联调、现场通信网络搭建、v l a n 划分、c i d 文 件配置、保护调试、试运行、投运。 利用实例和流程图对各个项目进行了分解和说明。 4 ) 工程实际问题分析 针对邯郸名府2 2 0 k v 数字化变电站继电保护调试过程中发现的几个典型问题， 本文展开分析，通过分析解决实际问题进一步阐明了本方案的可行性和有效性。 4 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章数字化变电站的通信规约和特点 数字化变电站首先表现为技术形态的变化，技术形态的变化不仅使设备形态、 系统形态发生改变，也使设计模式、调试模式、运行模式、维护模式发生改变。 数字化的一次电气设备主要包括：电子式电流电压互感器、智能型断路器隔 离开关、智能型变压器，以及其他电气辅助设备，如直流系统等。一次电气设备和 二次电子装置之间的数字化通信是指利用计算机网络通信技术，实现数据和信息的 就地采集和数字化传输。一次电气设备和二次电子装置之间数字通信的主要内容包 括：数字化电气量采样值的传输；跳合闸、状态信号及故障告警信号的数字化传输： 智能变压器告警信号、分接头遥调、温度等模拟量的数字化传输等嗍。 当前数字化变电站的设计都是基于i e c6 1 8 5 0 标准开展的，要分析数字化变电 站的特点，对数字化保护调试方案做深入的研究，首先必须掌握i e c 6 1 8 5 0 通信标 准。 2 1ie c6 18 5 0 规约的基本内容 i e c6 1 8 5 0 是迄今为止最为完善的变电站自动化的通信标准，它代表了变电站 自动化的未来发展方向。i e c6 1 8 5 0 标准按照自动化系统所要完成的监视、控制和 继电保护等功能，提供了完整的信息模型及相关服务，因此数字化变电站的通信系 统应基于i e c6 1 8 5 0 建立口1 。 i e c6 1 8 5 0 规约主要包含i e c6 1 8 5 0 - i 、i e c6 1 8 5 0 - 2 、i e c6 1 8 5 0 - 3 、i e c6 1 8 5 0 - 4 、 i e c6 1 8 5 0 5 、i e c6 1 8 5 0 - 6 、i e c6 1 8 5 0 - 7 、i e c6 1 8 5 0 - 8 、i e c6 1 8 5 0 - 9 、i e c6 1 8 5 0 - 1 0 共十个部分。其中i e c6 1 8 5 0 - 7 中又分为i e c 6 1 8 5 0 - 7 - 1 、i e c 6 1 8 5 0 - 7 - 2 、 i e c 6 1 8 5 0 7 3 及i e c 6 1 8 5 0 7 4 四个部分；i e c 6 1 8 5 0 - 9 中又分为i e c 6 1 8 5 0 9 一l 和 i e c 6 1 8 5 0 - 9 - 2 两个部分n 蝴】。 i e c6 1 8 5 0 1 部分是i e c6 1 8 5 0 的介绍与概貌。除了从整体上对i e c 6 1 8 5 0 标 准系列的结构与框架进行介绍外，还介绍了标准制定的方法以及标准是如何适应通 信技术的不断发展。 i e c6 1 8 5 0 2 部分是i e c6 1 8 5 0 的术语集。介绍了标准的特定术语集以及标准 其它部分所用到的定义。 i e c6 1 8 5 0 3 部分是i e c6 1 8 5 0 的总体要求。介绍变电站自动化系统对通信网 络的总体要求，重点是对通信网络的质量要求，i e c 6 1 8 5 0 - 3 还述及环境条件和辅助 服务的指导方针，并根据其它的标准与规范，对相关的特定要求提出了建议。 i e c6 1 8 5 0 4 部分是i e c6 1 8 5 0 的系统与项目管理。介绍系统与项目管理的过 程及其要求，包括以下几个方面：工程过程及其支持工具，整个系统及其i e d 的寿 s 之间通信的抽象接口；另一种是用于一台设备的一种应用与不同设备的许多远方应 用之间的，快速、可靠的在系统范围内的，时间分布以及采样测量值的抽象接口。 i e c6 1 8 5 0 7 3 是公共数据类。定义了与变电站应用相关的公共属性类型和公 共数据类，这些公共数据在i e c 6 1 8 5 0 - 7 - 4 中被使用，公共数据属性通过 i e c 6 1 8 5 0 7 2 中定义的服务被访问。 i e c6 1 8 5 0 7 4 是可兼容逻辑节点类与数据类。定义了与变电站相关的设备及 功能的信息模型，特别是在i e d 之间，用于通信的可兼容逻辑节点名称和数据名称， 包括逻辑节点与数据之间的关系。 i e c6 1 8 5 0 8 部分是i e c6 1 8 5 0 的特殊通信服务映射s c s m 。i e c6 1 8 5 0 - 8 - 1 是 s c s m 到m m si s o i e c9 5 0 6 及i s o i e c8 8 0 2 3 的映射。规范了通过局域网将a c s i 的对象与服务映射到m m s 和i s o i e c8 8 0 2 3 ，从而实现数据交换的方法。a c s i 到m m s 的映射定义了如何利用m m s 的概念，对象和服务来实现a c s i 的概念对象和服务， 并且允许不同厂商实现功能以达到互操作性的目的。 6 华北电力大学工程硕士学位论文 i e c6 1 8 5 0 9 部分是i e c6 1 8 5 0 的特殊通信服务映射s c s m 。 i e c6 1 8 5 0 9 一l 是通过单向多路点对点串行连接的模拟采样值。规范了间隔层 与过程层之间通信的特殊通信服务映射。包括用于采样值传输的抽象服务的映射， 映射建立在与i e c 6 0 0 4 4 - 8 相一致的串行单向多路点对点连接的基础上，本部分适 用于电子式电流或电压互感器的组合单元与诸如继电保护的间隔设备之间的通信。 i e c6 1 8 5 0 9 2 是通过i s o i e c8 8 0 2 3 的模拟采样值。定义采样值类模型到 i s o i e c8 8 0 2 3 的映射。在混合通信栈的基础上使用对i s o i e c8 8 0 2 - 3 连接的直 接访问来实现采样值的传输。 i e c6 1 8 5 0 一1 0 部分是i e c6 1 8 5 0 的一致性测试。定义了变电站自动化系统设备 一致性测试的方法，还给出了用于设置测试环境以便进行一致性研究并建立有效性 的准则。 i e c6 1 8 5 0 从逻辑上将变电站内的通信分为变电站层、间隔层和过程层，在理 论上这三层模型可以涵盖变电站各种通信需求。目前，国内和国外的数字化变电站 的网络总体结构也都基于这三层模型而建立的。 2 2 数字化变电站特点 依据实地调研，目前国内数字化变电站有以下特点。 2 2 1 开关、互感器等一次设备智能化 根据i e c 6 2 0 6 3 ：1 9 9 9 对智能开关设备的定义，它不但具有开关设备的基本功 能，还具有在线监视、智能控制、数字化接口和开关的电子操作等一系列的高智能 化功能。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路将采用微处理器和光 电技术设计，简化常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共信 号网络要取代传统的导线连接。 2 2 2 二次设备网络化 数字化变电站内的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、 故障录波装冕、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置 等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的 网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的i o 现场接口，通过网络真正实 现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。 7 华北电力大学工程硕士学位论文 2 3 站内通信光纤化 从技术性能、抗干扰性和成本方面考虑，光纤都是数字化变电站通信介质的首 。目前国内的数字化变电站里，光纤的应用几乎深入到每一台智能电子装置。图 i 是名府2 2 0 k v 数字化变电站里智能终端控制箱照片，从中可以看出光纤的密集 程度。 图2 1 智能终端控制箱内光纤接入图 2 2 4 调试方案模糊化 由于数字化变电站系新兴事物，许多技术规范、标准都不适用。如以往的伏安 特性试验、继电保护装置调试、传动方案等都不能直接拿到数字化变电站用。 针对以上特点，可知：数字化变电站的顺利推广与数字化继电保护调试方案的 完善与否有着密切的联系，针对数字化变电站保护调试方案这一课题，必须及时开 展专项研究工作。 8 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章保护调试方案研究 要研究出符合数字化变电站实际需要的保护调试方案，必须与变电站整体调试 紧密结合，与一次设备的调试试验紧密配合。同时还要深入研究i e c 6 1 8 5 0 规约， 重点掌握s c d 文件编制、m m s 、g o o s e 报文基本结构，对变电站整体通信体系熟练掌 握。 3 1 电子式互感器测试 电子式电流互感器e c t 检验方案参见图3 - 1 。基本思路是利用大电流发生器作 为电流源，标准t a 和电子式电流互感器e c t 串入电流回路，通过比较输出来检测 电子式电流互感器。其中标准t a 的变比和精度与与电子式电流互感器一致，大电 流发生器输出额定电流流过e c t 和标准t a ，由e c t 经光纤引至合并单元，并由合并 单元把电流信号数字量接入电子式互感器校验仪，同样，标准t a 的输出电流变换 为一个模拟电压弱信号接入电子式互感器校验仪。 利用大电流发生器模拟一次电流，通过校验仪，可以实时检测e t a 输出的数字 量信号与标准t a 输出的模拟信号的变比、极性是否一致，波形是否同步，从而完 成电流互感器的校验工作。 囊( 静 ij ，、 图3 1 电子式电流互感器测试示意图 电子式电压互感器e v t 校验接线方式见图3 2 。由高电压发生器产生额定工作 电压，将标准t v 与电子式电压互感器e v t 并联接入电压回路，其中标准t v 与电子 式电压互感器e v t 变比相同。标准t v 输出的电压经过感分接入电子式互感器校验 仪，e v t 将转换后的电压信号数字量经光纤接入合并单元，并由合并单元将电压信 号数字量引入电子式互感器校验仪。 通过高压发生器模拟一次电压，电子式互感器校验仪可以实时检测e v t 输出的 9 华北电力大学工程硕士学位论文 量信号与标准t v 输出的模拟信号的变比是否一致，波形是否同步，从而完成 互感器的校验工作 3 2 变电站模型建立 图3 - 2 电子式电流互感器测试示意图 在建立变电站模型之前，需要先介绍几个基本概念。 1 ) 智能电子设备( i e d ) 包含一个或多个处理器，可接收来自外部源的数据，或向外部发送数据，或进 行控制的装置，例如：电子多功能仪表、数字保护、控制器。具有一个或多个特定 环境中特定逻辑节点行为且受制于其接口的装置。 2 ) 智能终端 变压器、断路器等一次设备的数字接口，一般以硬接线与一次设备连接，以网 络与二次设备连接，实现站内其他设备对一次设备操控命令的执行、一次设备的信 号采集、状态监测、故障诊断等功能。 3 ) s c d 文件 全站系统配置文件，应全站唯一，该文件描述所有i e d 的实例配置和通信参数、 l e d 之间的通信配置以及变电站一次系统结构，由系统集成厂商完成。s c d 文件应 包含版本修改信息，明确描述修改时间、修改版本号等内容状态量。 4 ) i c d 文件 l e d 能力描述文件，由装置厂商提供给系统集成厂商，该文件描述i e d 提供的 基本数据模型及服务，但不包含l e d 实例名称和通信参数。 5 ) c i d 文件 配置l e d 描述文件，最终从变电站s c d 文件中导出，包含与后台通信的m m s 信 息，与其他装置连接的g o o s e 信息，及采样信息等。i e c 6 1 8 5 0 标准对c i d 的表现形 式没有具体定义。 l o 华北电力大学工程硕士学位论文 6 ) 通用的面向对象的变电站事件( g o o s e ) 当发生任何状态变化时，智能电子设备将借助变化报告，多播一个高速二进制 对象一通用的面向对象的变电站事件( g o o s e ) 报告。该报告一般包含有：状态输入、 启动和输出元件、继电器等实际和虚拟的每一个双点命令状态。 7 ) 二次转换器( s c ) 一种装置，将传输系统传送的信号转换为供给测量仪器、仪表和继电保护或控 制装置的量，该量与一次端子电流成正比。对于模拟量输出型电子式电流互感器， 二次转换器直接供给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。对于数字量输出型电 子式互感器，二次转换器通常接至合并单元后再接二次设备。二次转换器在某些互 感器中也称为采集器、远端模块等。 8 ) 合并单元( 删) 又称合并器，用以对来自二次转换器的电流和或电压数据进行时间相关组合 的物理单元。合并单元可以是互感器的一个组成件，也可以是一个分立单元。合并 单元接收e c t e v t 输出的数字采样值( 为兼容原有系统，合并单元也可接收电磁 式互感器输出的模拟信号并进行a d 转换) 并对采样值进行验证、合并，以通信 的方式向变电站间隔层传递数字采样合并值。 图3 3 数字化变电站基本网络结构简图 以图3 - 3 所示的数字化变电站基本网络结构简图为例，s c d 文件要对一次结构、 二次装置分布、网络构成( m a c 、v l a n 、广播目标地址) 以及初始数值等展开描述， i c d 文件要对智能电子设备的基本数据模型进行详细描述，如向站控层可报告的数 据r e p o r t 、可接受的站控层命令c o n t r o l 、开关量输入i n p u t 及开关量输出o u t p u t l l 华北电力大学工程硕士学位论文 等。最终配置应以智能电子设备的i c d 模型文件为输入，以变电站模型s c d 文件为 输出，形成的c i d 文件是变电站设备运行及监视的依据。 i e c6 1 8 5 0 - 6 规定的变电站配置描述语言s c l ( s u b s t a t i o nc o n f i g u r a t i o n d e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) 基于x m l ，它用来描述与通信相关的i e d 配置和参数、通 信系统配置、变电站结构以及它们之间的关系。以名府站s c d 文件为例，列出基本 结构如下： m m s 网通信配置，每一个i e d 的具体i p 地址、子网掩码 l o l39 9 9 93 3 3 3 0 00 00 0o i 0 0o i 0 00 1 17 2 2 0 2 2 0 2 9 2 5 5 2 5 5 0 o l39 9 9 93 3 3 3 0 00 0 0 0o i 0 0o i 0 0 o i 1 7 2 2 0 2 2 0 2 8 2 5 5 2 5 5 0 o 一 1 2 华北电力大学工程硕士学位论文 g o o s e 网通信配置，i e dg o o s em a c - a d d r e s sa p p i dv l a n p r i v a t et y p e = 。p r o c e s s b o l o c c d 一0 1 一o o 一0 3 0 0 0 3 4 2 2 5 0 0 0 p r i v a t et y p e = p r o c e s s b 0 1 一o c c d 0 1 0 0 一0 4 0 0 0 4 4 2 2 5 0 0 0 p r i v a t et y p e = 8p r o c e s s “n o l - o c - c d - 0 1 一0 0 5 0 0 0 0 4 4 2 2 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 5 0 0 0 i e d 设备的具体信息 数据种类模型 d on a m e = ”t y p e = mh d on a m e = ”t y p e = ”n d an a m e = ”b t y p e = ”t y p e = “n d an a m e = b t y p e = ”t y p e = ”h d an a m e = ” b t y p e = ”t y p e = ”h b d an a m e = ”b t y p e = “i n t 8 “n b d an a m e = ”b t y p e = “b o o l h 1 4 华北电力大学工程硕士学位论文 按照上述规则，依据设计网络图编制s c d 文件，结合设备厂家提供的i c d 文件 模型，即可生成最终c i d 文件，建立变电站模型。 3 3 通信网络搭建及测试 数字化变电站模型建立之后就要开始进行通信网络的搭建工作。通信网络一般 采用光纤以太网形式，包括m m s 网和g o o s e 网，要求g o o s e 网必须是双层网络结构。 名府变电站网络方案为：交流采样采用光纤点对点，跳合闸等开关量信息采用 g o o s e 网络方式。 g o o s e 网络方案及设备配置为： 2 2 0 k v 系统采用双星网络结构，按间隔配置交换机； ll o k v 系统采用单星网络结构，按间隔配置交换机； 3 5 k v 系统采用单星网络结构，按段配置交换机。 图3 - 4 是名府数字化站2 2 0 k v 部分通信网络示意图： 国 图3 _ 4 名府数字化站2 2 0 k v 部分通信网络示意图 1 5 华北电力大学工程硕士学位论文 如图3 - 4 所示，通信网络中最重要的设备是以太网交换机，它实质上也是一个 智能电子装置( i e d ) ，和保护装置具有可相比的复杂性。变电站采用的交换机与普 通工业交换机的区别主要是：l 、任意端口均可组环，恢复时间 5 m s 台交换机；而 普通工业机一般为2 0 0 “3 0 0 m s 。2 、强电磁干扰下零丢包；普通工业机无此要求呻1 。 为提高变电站通信网络的性能，需要采用优先级控制、g o o s e 报文以及v l a n 技 术。在此着重介绍一下g o o s e 。 g o o s e 的全称为g e n e r i co b j e c to r i e n t e ds u b s t a t i o ne v e n t s ，即通用面向 变电站对象事件。g o o s e 网络主要用于传输控制和信号等快速事件传送。g o o s e 对 于传输的快速性、可靠性有很高的要求。 对于快速性，常规的基于t c p i p 协议多层网络结构的传输。由于协议复杂、 架构多层，建立连接、打包传输、及拆包解析要占用大量的时间，已经远远达不到 要求。所以g o o s e 网络架构是基于两层网络结构，即物理层及链路层，采用i s o 8 8 0 2 2l l c l i s o8 8 0 2 3c s m a c d 协议进行传输。并且传输中采用多播方式，接 收方只需判断目的m a c 地址即可，节省了大量时间。同时采用两层式网络交换机， 提供i g b p s 速率的光纤以太网接口。现阶段多采用国外r u g g e d c o m ( 罗杰康) 电力 专用两层式交换机。 对于可靠性，现阶段g o o s e 网络在5 0 0 k v 及2 2 0 k v 电压等级的组网中多采用双 星形网络的冗余设计，且双网各自独立，有效地保证了g o o s e 信息的可靠传输，并 且有些g o o s e 网络在设计时，交换机采用双电源模块供电，有效地保证了交换机的 运行的可靠性。 g o o s e 报文具有可靠、快速等特点，因此保护跳闸、重要开关量输入等均采用 g o o s e 报文，变电站g o o s e 网一般要求采用双网配置。图3 - 5 是名府站g o o s e 网络 示意图： 1 6 华北电力大学工程硕士学位论文 图3 - 5 名府站g o o s e 网络示意图 i e c6 1 8 5 0 关于g o o s e 的结构及定义体现在i e c6 1 8 5 0 - 8 部分中。要对数字化 变电站保护调试展丌深入的分析，就必须熟练掌握g o o s e 报文结构，能够从报文中 对一些保护事件、动作时间等进行分析。下面我们就g o o s e 报文基本结构进行一下 分析。 g o o s e 信息结构主要由m a c 头( h e a d e rm a c ) 、优先级标识虚拟局域网( p r i o r i t y v i r t u a l l a n ) 、以太网类型及其它头信息( e t h e r t y p ea n do t h e rh e a d e r i n f o r m a t i o n ) 组成陋，如图3 - 6 所示： 1 7 图3 石c - o o s e 报文框架结构 m a c 头( h e a d e rm a c ) - 包含有本网络帧的目的m a c 地址及源m a c 地址，每个地址用6 个字节表示，共 1 2 个字节。对于目的地址，前3 个字节已经被i e e e 定为0 1 一o c c d ；第四个地址， 对于g o o s e ，为0 1 ；对于g s s e ，为0 2 ；对于多播采样，为0 4 ；最后2 个字节为单 独的地址，由用户使用中自己定义。如表3 1 所示： 1 8 华北电力大学工程硕士学位论文 表3 - 1g o o s e 报文地址表 建议的地址范围 服务起始地址( 1 6 进制)结束地址( 1 6 进制) g o o s e01 - o c c d 一01 一0 0 0 00 1 - o c - c d - 0 1 - 0 1 - f f g s s e01 0 c c d 0 2 0 0 0 0 01 0 c c d 一0 2 0l f f 多播采样值 01 - o c c d 一0 4 一o o 一0 0o1 一o c c d 一0 4 - o1 - f f 乃写： 优先级标识虚拟局域网( p r i o r i t y v i r t u a l l a n ) 标志头的结构如图3 - ? 所 8 76543 21 t p i do x 8 1 0 0 用户优先级c f iv i d t c i v i d 图3 7 优先级标识结构图 按照i e e e 8 0 2 i q ，优先级标志用于将保护相关的时间和优先级要求高的网络流 量从繁忙的低优先3 级流量中分开。 t p i d 域：表示了为8 0 2 i q 以太网编码帧的以太网类型。 t c i 域：用户优先级，被配置设置用于将采样值和对时间要求苛刻的保护相关 的g o o s e 报文与低优先级的网络负荷分开。 c f i ：该值为0 ； v i d ：虚拟局域网v l a n 支持是可选的。如果这个机制被使用，则v i d 应该被配 置。如果不用，将被设置为0 。 以太网类型及其它头信息( e t h e r t y p ea n do t h e rh e a d e ri n f o r m a t i o n ) 的以 太网类型值分配如表3 - 2 所示： 表3 2 以太网类型及其它头信息分配表 u s e e t h e r t y p ev a l u e a p p i dt y p e i e c6 1 8 5 0 - 8 - ig o o s e8 8 - b 80 0 i e c6 1 8 5 0 8 1g s em a n a g e m e n t8 8 - b 90 0 i e c6 1 8 5 0 9 。2s a m p l e dv a l u e s8 8 - b a0 1 a p p i d ：应用标识。用于选择含有g s e 管理和g o o s e 报文的i s o i e c 8 0 0 2 3 帧 并能够区分应用关联。g o o s e 的缺省值标识缺乏配置。在一个系统中，应使用面向 1 9 华北电力大学工程硕士学位论文 d 。 a p p i d 开始，包含在以太网p d u 头的字节数。是a p d u 的长 其中m 1 4 8 0 。与此不一致的帧或非法长度域的帧将被丢弃。 1 ) 、保留2 ( r e s e r v e d2 ) 为将来的应用而作为保留位，缺 省值为0 。 a p d u ( 应用协议数据单元) 控制块引用( c o n t r o lb l o c kr e f e r e n c e ) ：g o o s e 数据帧所引用的控制块。为 字符串类型。 生存时间( t i m ea 1 l o w e dt ol i v e ) ：本数据包生存时间。为整数类型。 数据集引用( d a t a s e t r e f e r e n c e ) ：g o o s e 数据帧所发送的数据集，为字符串类 型。 g o o s ei d ：g o o s e 标识，在工程中与控制块相同，为字符串类型。 时间时标( e v e n tt i m e s t a m p ) ：数据包打包时刻，为时间类型。 状态号( s t a t e n u m b e r ) ：表示状态的变化，为整数类型。 序列号( s e q u e n c