数字化变电站设备调试研究与应用

智能化变电站二次设备调试研究--以石家庄220KV数字变电所为例摘要随着改革开放以来，我国的经济水平不断的发展进步，城市化发展不断地加快、完善，人民生活水平也在不断地提高，而相应的生活用电以及工作用电也更加的巨大。自动化技术的进步和微机保护的大规模采用大幅度提高了电网的管理水平和自动化水平。传统变电站与数字化变电站相比较，不论是在硬件设备结构还是在软件系统构成上都有较大差异，传统的常规变电站调试方法已不太适应。因此深入研究探讨数字化智能变电站二次设备及试验、调试方法总结数字化变电站调试方案，有较高的应用价值及实际意义。本文首先对智能变电站二次系统的结构、配置、调试等方面的基本原理进行了研究，其次，对智能站二次系统组网联调方案的通信网络进行了设计，提出RJ45网络、光纤网络、无线网络三种组网方式，最后，对其网络结构、工作原理、优缺点进行了分析，确定了无线网络为主、光纤网络为辅的通信网络。本文所提组网调试方案的有效性，可为智能站二次设备调试提供指导。关键词：智能变电站；数字化；设备调试绪论研究背景现在无论是老站改遣还是新建变电站，都会采用变电站自动化系统，且按无人值班设计。由于其具有继电保护、自动装置微机化，测量显示数宇化，系统构成模块化操作监视屏幕化，通信网络化，系统功能综合化，运行管理智能化等一系列特点，实现了变电站二次系统的一次大变革。20多年来的运行实践充分表明，变电站综合自动化不仅提高了变电站自身的自动化水平和管理水平，减小占地面积，取得明显的经济效益和社会效益，而且对提高电力调度的可控性和技术水平以及提高电网安全运行水平起到了很大的推动作用。随着时间的推移，供电市场化这一进程在国内逐步推进，消费者对供电的要求和需求也在不断发生着变化，对能源的标准不再是可用这一层面，还要求供电具备较高的可靠性，对其质量的要求也初步提高，为了能够满足广大消费的需求，这就需要电网必须生产出在可靠性、无污染、安全稳定性等方面更近一步电能。对电能日益增长的需求，这就促使电力企业进一步的提高电网资产利用率，同时提高供电效益、自身标准要求，并提供更好的客户服务，而电网智能化的发展能够为电网的发展和满足市场需求1.同时，国内已基本实现电网全国互联，由于国内电网传输具有大容量传输、超高压传输、远距离输电等特点，这就要求电源设备具有更高的稳定性、安全性、可靠性。为了能够实现电网大容量传输、低消耗、高安全性、无污染等技术指标的目标，我们需要大力发展电网的智能化控制、保护、调度、传输，并生产的变电站也要智能化随着国内市场经济的发展，与变电站相关的技术的不断更新及迭代，实现数字化、智能化的电网在当今时代不在是一个梦想，而能变成现实。而在这一智能化电网进程中，最最重要的一个环节是智能化、数字化的变电站，它是电网安全稳定运行和监控的重要工具，也在电网中担任着转换电压、接收和输出能源、调整能源输出方向和调节输出电压的重要任务，它在电网的智能化建设中是至关重要的一环。数字化变电站具有多种特征：工作信息能够数字化、统一的标准规范和约定、具有远程实时监测和实时报警的能力、实时显示的可视化的运行状态，同以往传统的变电站相比，新的特质和特征、及其功能主要在二次系统方面上。首先。数字化的变电站使其自身的监控模式发生颠覆性的改变，在二次系统下，变电站工作的电压和电流信号不仅能够以表头的形式表示出来，还能够通过数字信号，即二进制编码的形式进行传输数字显示。与此同时，对一次设备的监测信息和控制方式也能够通过数字化传输并显示出来，这样仅需少量的光缆变能够替换掉多余的电缆。为了能够快速、安全可靠的部署数字换变电站，我们需要统一的标准规范，而在通信方面，我也要需要统规范，这是数字化、智能化变电站实现的基础，我们采用IEC61850规约，遵从该规约，能使多家厂商、不同类型的设备相互通信凹。除此之外，数字化变电站还具有顺序控制和警示系统等自身独有的运行功能，这些特有的功能是在变电站信息数字化及其统一规约的基础之上建立起来的。这些数字化的功能赋予了工作人员远程操作的能力，在远程操作界面上，操作人员只需要通过人机交互界面就可以实时操作相关设备或者读取数据信息，可以实时观察到数字化变电站当前的运行状态，节约了大量时间，降低了劳动力成本，提高了电网的工作效率，让电网更加安全可靠的稳定运行除此之外，数字化的变电站能够将电网信息中的模拟量通过芯片转换成对应的二进制数字量，可以通过相关的算法对数值进行校正，得到实际的电压电流数值，这些新应用和功能的出现使得数字化变电站的二次系统需要对某些功能进行重新设计，内部系统的调试，设备的运行、管理、维护等都需要重新规划，对变电站的二次系统而言它的图纸将不会是系统调试中最重要的资料，针对数字化二次系统的配置文件将会发挥出重要的作用，并将围绕它展开调式工作。研究意义在目前条件下，对智能站二次设备进行调试，都需要专门的调试工具，如针对合并单元有合并单元测试仪，针对智能终端和保护装置有数字式继电保护测试仪，针对二次系统全回路调试还是用模拟式继电保护测试仪912），对于二次回路的调试目前常用的方式是在室内二次设备处安排一名人员观察并操作二次设备，在室外汇控柜处安排一名人员操作模拟式继电保护测试仪为合并单元和智能终端加模拟量次操作，需要室内和室外两个人相互配合完成，这就造成了人力资源的浪费，同时也会因为配合不到位或沟通不顺畅等问题造成操作失误或开关反复跳闸。对于涉及到多个间隔的保护装置（如主变保护和母差保护），由于不同间隔相距较远（如主变三侧分别位于不同电压等级的开关场地），若想实现全回路的传动试验，几乎不可实现。基于以上现状，本文将对智能站二次系统的调试方法进行研究，这对降低调试用人数量、减少调试时间、节约调试成本，提高经济和管理效益具有极大的实践意义。数字变电站二次系统分析1.3智能变电站概述1.31智能变电站发展历程从常规综自变电站到数字变电站，再到智能变电站，变电站的技术整个发展过程经历了较长时间。2000年，IEC61850标准和电子式TA、TV已开始应用到国内工程中；207年，国内建造了采用IEC61850标准和电子式TA、TV的数字变电站：2009年，通过进行功能挖掘和整合，在数字变电站设计过程中引入了过程层网络的概念，使其有了质的飞跃数字化变电站采用智能化一、二次设备实现信息的数字化，并在安全、快速的通信信息平台上对设备信息进行统一、标准化处理，实现了变电站不同设备间的互操作以及内外设备信息共享等功能。另外，数字化变电站利用信息通信平台上的网络数据，实现了信息处理、测量控制、监视保护等功能間2009年下半年，在数字化变电站的技术基础上，首次提出智能变电站的构想；从2010年开始，基于初期智能变电站的发展，智能化一次设备的融合进一步实现。在数字化变电站的基础上，利用先进智能采集设备完成信息数据的自动收集，包括各种非电气量和电气量的测量的基础上，实现电气设备的在线计量、实时监測、远程控制等功能。智能变电站可根据实际需求实现自动控制、智能调度等功能，也可通过数据监测与分析，实现在线决策、电网设备协同互动等高级应用。其发展历程如图2-1.图2-1变电站发展简介2.12一次系统概述虽然各个阶段的变电站在一次系统方面区别较小，但由于其布置和配置方式发生了变化，所以也将对二次系统的调试产生一定的影响。目前变电站一次设备普遍采取GIS或者HGs的布置形式，根据一次设备是否智能化分为智能化一次设备和备。常规一次设备较为简单，本文不再赘述，重点对智能化一次设备进行分析说明所谓智能化一次设备是指采用智能化和数字化技术对电网进行控制的一次设备，主要包括一次设备本体和智能化组件两部分。设备本体直接与一次电网相接，实现电网和连接和开断操作；智能组件附属于设备本体，用于实现对一次设备的智能化、数字化信息采集和监视控制，智能组件主要包括保护、测量、计量、控制、检测、通信等功能。2.1.3二次系统概述智能站与常规变电站最显著的区别就是二次系统的布局不同，智能站采用的是三层两网”的结构布局。所谓“三层两网”布局，即在物理上采用过程层、间隔层、站控层三个层次在逻辑上依靠过程层网络和站控层网络进行连接的整体构架。其中“三层”是指过程层、间隔层、站控层三个层级，“两网”是指过程层网络和站控层网络。结合图2-3，各个层级和网络的基本功能和结构如下：（1）过程层：该层位于最底层，用于实现采样信息和跳闸信息的模数转换主要包括合并单元、智能终端等设备。（2）间隔层：该层位于中间位置，用于实现继电保护、测控计量、故障录波规约转换等功能，起承上启下的作用。主要包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置、计量装置、网络分析装置等设备。3〕站控层：该层位于最顶层，对下用于实现全站信息的汇总、分析、计算监视、控制等功能，对上用于实现与调控中心的信息交互、远程控制、数据传输等功能。主要包括监控主机、远动装置、对时装置等。（4）过程层网络：位于过程层和间隔层中间，用于实现过程层和间隔层的信息交互，主要包括过程层交换机等通信设备。（5）站控层网络：位于间隔层和站控层中间，用于实现间隔层和站控层的信息交互，主要包括间隔层交换机、中心交换机等通信设备三层两网”布局构成了智能变电站数字化通信的主体框架，其中交互的信息包括采样信息、位置信息、跳闸信息、设备故障信息等，各类信息的流动情况如图24中所示。图2-3智能变电站“三层两网”布局2.2智能站二次系统基本结构及原理2.1节对智能变电站进行了概述，引出智能变电二次系统的“三层两网”整体框架，即本文调试的重点对象，本节将以“三层两网”为研究对象，对其过程层、间隔层、站控层及两个通信网络的基本结构和功能原理进行分析，为调试方案的建立奠定技术基础。22.1过程层过程层设备主要包括合并单元、智能终端，其中合并单元又可分为母线合并单元和间隔合并单元，智能终端又可分为断路器智能终端和主变本体智能终端（1）合并单元按照IC61850标准的相关定义，合并单元（MergingUnit,MU）是指用于对来自二次装换器的电流和电压数据进行时间相关组合的物理单元。与合并单元配合出现的是电流（电压）互感器。由2.1.2节中智能化一次设备的配置方式可知，目前合并单元与互感器的常见组合方式主要有两种，一种是“互感器+合并单元”模式（分散布置形式），另一种是电子式互感器模式（集成布置方式）。局限于电子式互感器技术还处于探索发展阶段，可靠性较差，所以目前智能变电站广泛采用的是“互感器+合并单元”模式，但隨着电子式互感器的不断发展，其绝缘性能强、暂态响应范围宽、无饱和谐振等优点将逐步显现出优势，必将取代“互感器+合并单元”模式。（2）智能终端照IEC61850标准的相关定义，智能终端（SmartTerminal,TM）是指用于对断路器、隔离开关、主变压器等一次设备进行测量控制的智能设备。同理，智能终端也有两种布局形式，即“一次设备+智能终端”模式和智能一次设备模式。22.2间隔层间隔层是智能站二次系统的核心层次，主要包括继电保护装置、测控装置、故障录波装置、计量装置、网络分析装置等设备。与常规站相比，智能站间隔层各设备在功能上变化不大，但是配置形式和工作原理发生了较大的变化。由于间隔层设备在结构和工作原理上均发生了变化，所以必将引起调试方法的变化。总结起来，智能站间隔层设备和常规站设备在结构和原理上的不同如表2-1所示。表2-1常规站和智能站间隔层设备结构和原理的区别序号项目常规站智能站1采样方式模拟信号SV数字信号2开入开出模拟信号GOOSE数字信号3通信规约103规约IEC61850规约4通信回路电缆硬冋路光纤“虚回路”5通信方式非网络化网络化6装罝E板软硬两套压板只有软压板7通信接口模拟景接口光纤以太网接a8网络分析仪无有2.2.3站控层站控层设备主要包括监控主机、远动网关机、MMS网络记录仪、网络分析主机、GPS比北斗对时装置、电能量采集装置、通信网关机、综合应用服务器等设备。其中站内调试涉及到的设备主要是监控主机和远动网关机，而MMS网络记录仪和网络分析机是智能站特有的。224通信网络由智能站的“三层两网”构架可知，智能站通信网络包括过程层网络和站控层网络。本文研究的调试方案主要是针对过程层和间隔层，以上两层之间的网络称之为过程层网络，所以将主要对过程层网络的构成进行研究，而站控层网络的结构和布局与常规站类似，所以不再赘述。在工程中，常用“组网方式”来描绘过程层网络的结构及原理，所谓组网方式是指过程层和间隔层设备之间的连接方式，而过程层和间隔之间的联系主要是采样和控制信息的交互，所以组网方式又可称之为采样和跳闸方式。采样方式是指间隔层设备从过程层设备采集SV信息和GOOSE信息的方式，按照是否经过交换机可分为直接采样和网络采样两种方式，分别简称“直采”和“网采”。跳闸方式是指过程层设备对间隔层设备进行控制的方式，同理，按照是否经过交换机，可分为直接跳闸和网络跳闸两种方式，分别简称“直跳”和“网跳”。2.3智能站二次系统调试原理智能变电站二次系统调试是基于SCD文件的调试35，本节将首先对虚端子的配置进行研究分析，然后在此基础上生成SCD文件，并对SCD文件的制作和配置进行研究说明，最后对二次系统的调试工具进行简要介绍2.31虚端子配置常规变电站屏柜上都设有端子排，设备之闫或者设备不同插件之间进行连接都要通过端子排，这么做的好处是能够直观地对所交互的信号进行分类，便于维护和调试工作的进行。对于智能站来说，过程层和间隔层的设备之间通过光纤直接连接，不经过端子排，且每根光纤中同时传输着多个信息，如SV采样信息中包含来自双AD的三相电流、三相电压、同期电压等多个数字信号，这些信息相互融合在一起，形成看不见摸不着的“虚回路”，为了便于对每根光纤中传输的多个信息进行界定和判别，引入虚端子的概念。所谓虚端子是指用于形象的界定和判别不同的SV和GOOSE信息，而在设备中设定的虚拟逻辑节点，虚端子与常规站的实际端子存在应的关系，虚端子相当于“虚回路”的两个端点。为了更好的对虚端子进行理解，本文以双AD采样的三相保护电流开入虚端子为例进行说明，如表22所示。表2-2线路保护装置三相保护电流Sⅴ开入虚端子开入装罝名称虚端子号虚端子定义虚端子属性线路保护SVIN1开关1保护电流A相SVLDl/SVlNAlTCTRl$MX$Amp线路保护SVIN2幵关丨启动电流A相SVLDI/SVINAITCTRISMXSAmpChB线路保护SVIN3幵关丨保护电流B相SVLDl/SVlNBlTCTRlSMXSAmp线路保护SV1N4开关1启动电流B相SVLD1/SVINB1TCTR1SMXSAmpChB线路保护SVIN5幵关1保护电流C相SVLDl/SVINClTCTRl$MX$Amp线路保护SVIN6幵关1启动电流C相SVLDl/SVINCiTCTRISMXSAmpChB只需利用专用的软件将两个设备的虚端子相连接便可构成虚端子联系表，进而可生成整个变电站的SCD文件。232SCD文件配置变电站系统配置文件（SubstationSpecificationDescription,SCD），又可简称SCD文件，包括全部的智能二次设备的数据类型模板、通信配置、变电站描述部分SCD文件的制作集成流程如下（1）制作全站各类型智能设备的ICD文件（IEDCapabilityDescription）。（2）对所有ICD文件进行ⅪML语法结构检查（3）对所有ICD文件进行KEMA软件模型测试（4）按照《国家电网公司企业标准一IEC61850工程应用模型》标准对所有ICD文件的DataTypeTemplates进行统（5）利用SCD配置工具，对全站所有智能设备进行站控层、过程层、间隔层通信地址分配，将所有ICD文件整合为SCD文件。智能变电站的测试工作主要包括配置和调试两个流程，配置是调试的前提，只有在装置下载配置文件之后才可进行调试工作。对于智能站来说，其配置工作类似于常规站的配线和接线操作，只不过是由配置实实在在的电缆“实”接线转换为使用专用组态工具建立“虚”联系36。智能站SCD文件的配置过程如图2-10所示图2-10智能站SCD文件配置过程首先，利用装置组态工具编制每个设备的ICD文件；其次，利用系统组态工具将所有智能设备的ICD文件进行汇总编制生成SCD文件；然后，利用装置组态工具在SCD文件的基础上生成智能装置的CID文件；最后，将生成的CID文件下装到智能裝置中，完成SCD文件的配置233调试工具对于智能变电站来说，由于其二次设备的通信接口、信息传输方式、传输介质等，与常规站相比都发生了较大的变化，所以必将引起调试工具的变化。调试工具分为输入工具和接收工具两类（1）输入工具对于过程层设备来说，由于输入仍是交流模拟量，所以仍可采用模拟继电保护测试仪进行调试，对于间隔层设备来说，由于输入为SV和GOOSE数字量，所以需要使用数字继电保护测试仪。常用的数字式继电保护测试仪包括凯默电气生产的DM000E手持光数字测试仪和博电PNF800系列智能继电保护测试仪38.常用的模拟式继电保护测试仪包括博电PW系列微机继电保护测试仪，用以完成对合并单元的调试。（2）接收工具除了输入工具之外，还要用到接收工具，如抓包工具等，比较常用的抓包工具主要包括Windows下的MMS-EtherealWireshark和Solaris下的smop命令。第3章智能站二次系统组网联调方案31智能站二次系统调试方式311设备调试方法般来说，智能站经常需要调试的设备包括合并单元、智能终端、保护装置测控装置等，本节将逐一对上述设备的单独调试方法进行研究。合并单元调试合并单元调试需要用到合并单元测试仪、笔记本电脑、光纤、导线等硬件设备常用的合并单元调试设备主要包括博电PNI302合并单元测试仪等，合并单元调试的硬件接线图如图3-1所示。图3-1合并单元调试硬件接线图从图中可以看出，将测试仪的光口1接入合并单元的PT级联接口，可用测试仪模拟母线合并单元；将测试仪的光口2接入SV直采接口，可用测试仪模拟保护和测控装置；将光口3接入GOOSE组网接口，可用测试仪模拟智能终端。将测试仪的模拟电流和模拟电压接入合并单元的保护电流、测量电流、同期电压接口，用以模拟电流互感器二次侧和抽压PT。通过网口将测试仪与笔记本电脑相连，对测试仪进行适当的软件设置之后，便可开始对合并单元的调试工作，合并单元的调试主要包括采样功能校验、GOOSE开入功能校验、硬接点开入开出校验、电压切换逻辑校验、异常逻辑校验等智能终端调试智能终端调试需要用到智能终端测试仪、笔记本电脑、光纤等硬件设备，常用的智能终端调试设备主要包括博电PNF801智能继保测试仪等，智能终端调试的硬件接线图如图3-2所示。图3-2智能终端调试硬件接线图从图中可以看出，将测试仪的光口1接入智能终端的线路保护直跳接口，可用测试仪模拟线路保护装置；将测试仪的光口2接入母差保护直跳接口，可用测试仪模拟母差保护装置；将光口3接入GOOSE组网接口，可用测试仪模拟测控装置。智能终端的调试主要包括GOOSE开入开出校验、硬接点开入开出校验、GOOSE信息断链检查、GOOSE异常逻辑检查等（3）保护测控装置调试保护装置和测控装置调试过程类似，本文仅以线路保护装置的调试为例进行说明，主变保护和母线保护的调试硬件接线与线路保护类似，不再赘述。保护装置调试所需要用到硬件设备与智能终端相同，线路保护装置调试的硬件接线图如图3-3所示。从图中可以看出，将测试仪的光口1接入线路保护装置的S直采接口，可用测试仪合并单元；将测试仪的光口2接入GOOSE直跳接口，可用测试仪模拟智能终端；将光口3接入GOOSE组网接口，可用测试仪模拟其他间隔保护装置向本间隔保护装置发送GOOSE组网报文。保护装置的调试主要包括采样功能校验、GOOSE开入开出校验、硬接点开入校验、保护定值校验、远跳功能校验、智能站特有逻辑校验等。3.12回路调试方法智能变电站的回路调试包括局部回路调试和全回路调试局部回路调试是针对某个区域的回路进行的调试，如继电保护保护装置跳闸回路、测控装置釆样回路，甚至某根光纤的通断情况调试等，局部回路调试较多的应用在故障定位和异常检索等工作中，通过逐渐缩小调试范围，最终将故障或异常情况找出。局部回路调试工作，针对不同的装置和回路，调试工具也各不相同，在智能站中对光回路的调试应用较多的是光功率器。全回路调试是指从采样的起点到控制的终端的全局调试，对于继电保护回路来说，是指从电流互感器和电压互感器的二次侧开始，经合并单元、保护装置、智能终端，最后到断路器跳闸；对监控回路来说，是指从电流和电压器互感器二次侧开始，经合并单元、测控装置、交换机、远动装置，最后直到调控中心。全回路调试在基建站验收、全站停电检修等现场应用最多，且全回路调试工作量巨大无论是全回路调试还是局部回路调试，调试的重点往往是回路的“通”与“不通”，所以只需给一个合理的量值进行观察即可，这就为组网联调方案的实施带来了可能性。32组网联调方案工作原理由23节3.12节的分析可知，智能变电站来说中不同设备的配置各不相同，因此对于设备的调试，只能针对具体的设备逐一下配置，然后逐一调试。但是对于回路调试来说，尤其是全回路调试，调试的起点都是互感器的二次侧，需要用到微机继电保护校验仪，不存在配置问题，所以本节针对智能站中工作量最大的全回路调试，提出了组网联调方案。根据不同的对象，组网联调方案又可分为单间隔组网调试方案、多间隔组网调试方案、跨间隔组网调试方案三个方面。321单间隔组网调试由智能变电站二次系统的“三层两网”构架可知，继电保护装置和测控装置属于间隔层设备，位于变电站集控室内，而合并单元和智能终端属于过程层设备，就地布置于室外开关场的汇控柜中。对于单一间隔（如线路间隔、电容器间隔、主变单侧等）的继电保护装置和测控装置来说，常规调试方式下，需一人在室内继电保护屏处査看装置动作情况，一人在室外开关场汇控柜处操作微机继电保护测试仪为合并单元加模拟量，然后两人通过对讲机或手机沟通进行整个调试过程的操作。这种调试方式无疑将会造成人力和物力的浪费，同时会由于配合不当造成重复操作模拟量过大或断路器反复跳闸等问题，无论对继电保护设备还是开关设备都将造成较大损失，因此，本文提出一种针对单间隔的组网调试技术所谓单间隔组网调试，是指针对单一间隔（如线路间隔、电容器间隔、主变单侧等）的全回路组网调试方法，其基本工作原理是利用RJ45网线通信、光纤通信或者无线通信技术，将单一间隔内涉及到的合并单元、智能终端、继电保护装置、测控装置等二次设备组成一个局域网，实现一人单独调试为更好的对单间隔组网调试工作原理进行说明，本文以最常见的继电保护装置和测控装置的调试为例进行说明，具体方案如图3-4所示。在室外开关场汇控柜处放置微机继电保护校验仪，将校验仪与合并单元按正确接线方式相连，用以模拟电路互感器二次侧为其输入模拟量，同时将校验伩与智能终端按正确接线方式相连用以采集智能终端动作时间等回授信息。在室内继电保护屏位处配置一台移动式调试主机（可选择笔记本电脑、平板电脑或智能手机），该调试主机利用R45网线、光纤或者无线网络等通信方式与室外微机继电保护校验仪相连，通过控制调试主机即可实现对室外微机保护校验仪的远程控制，实现单人对继电保护装置或测控装置的可靠调试图34单间隔组网调试方案示意图为了保证智能站内二次系统的安全防护体系不被破坏，本方案在在调试主机与微机继电保护校验仪之间增加了通信网关等安全隔离装置，能有效防止病毒对二次系统的恶意入侵由图3-4可知，对继电保护装置或测控装置进行调试时，需要同时对间隔合并单元和母线合并单元加入正确模拟量，而间隔合并单元和母线合并单元不在同一汇控柜布置，若想实现对单间隔继电保护装置或测控装置的调试，至少需要在间隔合并单元、母线合并单元和室内继电保护屏处各安排一人，操作的同时性和有效性无法有效保证，同时造成人力和物力的浪费。采用本文提出的单间隔组网调试方案，只用一人便可实现对整个调试过程的集中统一控制，能极大提高模拟量通入的同时性和有效性，进一步提供工作效率。322多间隔组网联调涉及到多个间隔的继电保护主要包括母线保护、主变保护等。由智能站二次系统的“三层”两网构架可知，母线保护和主变保护涉及到的多个间隔往往布置较分散，相距较远，在常规调试方式下，要实现对母线保护或主变保护的全回路调试，需要接入几十上百米的连接线，一方面会造成现场接线混乱，增加工作难度，增加现场安全隐患和危险点，另一方面长距离接线容易造成实验数据偏差和被干扰，这种工作方式显然不现实，因此目前智能站对主变保护和母线保护进行全回路调试时，普遍釆用单间隔加量的方式，无法全面模拟故障实际情况，为了克服这一难题，本文提出了一种多间隔组网联调方案，通过组网的方式实现多间隔保护装置和测控装置的全回路调试。所谓多间隔组网联调，是指针对主变、母线等多间隔保护装置和测控装置的组网调试方式。其基本工作原理与单间隔组网调试方案相似，即利用RJ45网线通信光纤通信或者无线通信技术，将主变、母线等多间隔保护、测控全回路调试中涉及到的合并单元、智能终端、保护装置、测控装置等二次设备组成一个局域网，由人实现全回路故障模拟。下面将分别以三圈主变压器和母线保护的调试为例，对多间隔组网联调工作原理进行详细说明。（1）主变保护组网联调方案三圈主变压器单套保护的多间隔组网联调方案如图3-5所示。主变压器继电保护装置的调试涉及到主变三侧的断路器以及三侧母联断路器，每侧都需要配置三台微机继电保护校验仪，分别按正确接线方式与母线合并单元、间隔合并单元和智能终端、母联智能终端相连，用于发岀模拟电路电压量和接收动作信息回授。分析可知，若想实现主变三侧全回路实际情况模拟调试，总共需要接入9台微机继电保护校验仪，且同时控制模拟量的输入，总共需要投入10个人，1人位于室内保护屏处查看继电保护装置，9人分别位于室外操作微机继电保护校验仪，无法保证试验操作的同时性和有效性。采用本文提出的多间隔组网联调方案，室内调试主机通过R45网线、光纤或者无线网络等通信方式对室外9台室外微机继电保护校验仪进行远程控制，只需1人即可实现主变保护的全回路实际情况模拟调试，大大节省了人力成本，同时可提高调试的成功率和数据输入的同时性。同理，本方案在调试主机与微机继电保护校验仪之间增加了通信网关等安全隔离装置，以此防止病毒对智能站二次系统的恶意入侵（2）母线保护组网联调方案以常见的双母线接线为例，设该母线连接2个出线问隔、1个主变问隔、1个母联间隔，则该母线保护的组网联调方案如图3-6所示。该母线继电保护装置的调试涉及到4个间隔，每个间隔都需要配置1台微机继电保护校验仪，分别按正确接线方式与合并单元和智能终端相连，用于发出模拟电路电压量和接收动作信息回授。同时需要配置1台微机继电保护校验仪与母线合并单元相连，实现对电压量的输入。图3-5三圈主变压器保护装置组网联调方案示意图由图3-6分析可知，若想实现母线保护全回路实际情况模拟调试，总共需要接入5台微机继电保护校验仪，随着岀现间隔的増加，需要接λ的校验伩也将增加若同时控制所有校验仪对母线保护进行调试，总共需要投入6个人，1人位于室内保护屏处査看继电保护裝置，5人分别位于室外操作微机继电保护校验仪，无法保证试验操作的同时性和有效性。采用本文提出的多间隔组网联调方案，室内调试主机通过RJ45网线、光纤或者无线网络等通信方式对室外5台室外微机继电保护校仪进行远程控制，只需1人即可实现母线保护的全回路实际情况模拟调试，大大节省了人力成本，同时可提高调试的成功率和数据输入的同时性。同理，本方案在调试主机与微机继电保护校验仪之间增加了通信网关等安全隔离装置，以此防止病毒对智能站二次系统的恶意入侵。3.2.3跨间隔组网联调所谓跨间隔组网联调，是指对多个相互独立且配置相同的多个间隔同时进行功能调试，最常见的便是配置相同的线路保护的跨间隔调试，接于一条母线上的所有线路保护在回路和装置配置上几乎相同，对于全站停电检修或者基建验收阶段的全回路完整性测试，若一套一套调试则会大量的浪费时间，采用本文所提的跨间隔组网联调同时对所有间隔的继电保护回路进行同时调试，能大大节省工作时间，提高工作效率以3条线路的继电保护回路完整性测试为例，跨间隔组网联调方案的工作原理如图3-7所示。每个线路间隔配置1台微机继电保护校验仪，分别按正确接线方式与合并单元和智能终端相连，用于发出模拟电路电压量和接收动作信息回授。母线合并单元配置1台微机继电保护测试仪，母线合并单元与各间隔合并单元采用级联的方式进行数据通信。若逐一对各间隔继电保护回路的完整性进行测试，则需要通过3次重复测试，且每次都需要三个人，1人位于室内保护屏处查看继电保护装置，其他两人分别位于母线合并单元处和间隔合并单元处操作校验仪，无法保证试验操作的同时性和有效性，同时增加了工作量。采用本文提出的跨间隔组网联调方案可由1人同时对多个不相关间隔的继电保护回路完整性进行多项测试，大大节省了人力成本和工作时间，可显著提高工作效率。同理，本方案在调试主机与微机继电保护校验仪之间也增加了安全隔离装置。跨间隔组网联调方案可进一步推广至双套配置的线路保护、母线保护、主变保护等装置的调试，因为双套配置的继电保护无论是回路还是定值，几乎全部相同，若一套一套调试则会大量的浪费时间，尤其是在全站停电检修或者基建验收阶段，同时调试两套保护回路能节省一倍工作时间图3-6母线保护装置组网联调方案示意图图3-7跨间隔组网联调方案示意图33组网联调方案的通信网络设计3.2节对智能站二次系统组网联调方案的工作原理进行说明，由各种情况下的组网联调方案工作原理示意图可知，无论何种组网联调方案，其本质都是通过调试主机同时控制多台继电保护校验仪进行调试。组网联调方案不需要额外增加过多的硬件设备，只需要增加一台调试主机和一台通信网关机，硬件投入较少。组网联调方案的实施的关键在于将各微机继电保护校验仪联络起来的局域网的设计，本节将对常用的RJ45网线通信、光纤通信、无线网络通信等通信方式进行研究，并最终确立组网联调方案的局域网设计方式。本节在进行研究过程中选用目前常用的博电PW系列徽机继电保护测试仪331RJ45网络设计博电PW系列微机继电保护校验仪背板具有USB接口、GPS接口、外接计算机网口等各类接口。其中的外接计算机网口属于RJ45接口，可通过网线将博电PW校验仪与计算机设备相连，在计算机中安装博电PW控制软件即可利用电脑实现对博电PW校验仪的遥控操作研究可知，无论何种组网联调方案，其核心都是通过调试主机对所有继电保护校验仪进行远程集中控制，但是一台调试主机（笔记本电脑）只有一个R45接口，若想实现对所有博电PW校验仪的统一控制，必须引入通信网关机，以此扩大调试主机的R45接口数量。网络设计时，只需将各博电PW校验仪的R45接口通过网线与通信网关机对应接口相连，然后再为该接口分配合理的地址，即可实现用一台调试主机对所有博电PW校验仪的集中控制组网联调方案的R45网络结构如图3-8所示，要同时控制的微机继电保护校验仪数量增加而导致通信网关接口不够时，可增加二级通信网关图3-8组网联调方案的R45网络结构分析可知，利用RJ45网络进行组网的前提敷设双绞线网线，按照目前的智能站建设现状，双绞线网线的布置可采取两种方式，一种是现场布置，一种是提前敷设。现场布置方式是在进行设备调试时，使用长网线将所有设备都接入室内通信网关，然后再通过通信网关与调试主机相连，这种接线方式比较简单，可根据现场情况实时变更接线情况，但是这种方式会造成现场接线混乱且存在潜在危险。提前敷设方式是指在变电站建设过程中就在每个合并单元处预留1-2根双绞线网线，然后通过集中布线沟道接至室内通信网关处，然后再通过通信网关与调试主机相连，这种方式接线较为统一整齐，不存在安全隐患，但是不够灵活，且所有站的所有合并单元处都需要预先敷设双纹线网线，将会造成极大的接线成本。无论何种型号的微机继电保护测试仪都配置由R45接口，无需再进行配置因此组网联调方案采用该网络形式具有一定的可行性。332光纤网络设计由于常用的微机继电保护校验仪不具备光接口，所以无法直接利用光纤进行组网，但是考虑到智能站合并单元到室内继电保护屏之间全部采用光纤接线，且备用光纤数量较多，不必再另行敷设专用光纤，因此可充分利用这一优势，实现光纤组网联调虽然博电PW等型号的微机继电保护校验仪不具备光纤接口，但是可充分利用已有的R45接口，再通过光纤收发器将双绞线引出的电信号转换为光信号，然后通过汇控柜处预留的备用光纤进行远程联网。光纤组网联调的基本原理如图3-9所结合图3-9分析可知，微机继电保护校验仪首先通过R45接口引出双绞线接于光纤收发器，然后将汇控柜处的备用光纤接入光纤收发器，通过光纤熔纤盒进入光缆沟道中到达室内，为了便于对所有的光信号进行汇总，引入光纤交换机，再通过光纤收发器将光信号转换为双绞线电信号，最后通过纵向隔离装置与调试主机相所有的微机继电保护校验仪都采用这种方式与调试主机相连，最终组成一个光纤局域网。当接入的微机继电保护校验仪较多时，可引入二级光纤交换机来增加光纤接口数量，只需为所有光口分配合理的地址，即可实现所有校验仪的集中控制通过分析可知，光纤网络需要在每台微机继电保护校验仪处配置一台光纤收发器此外，还需要在室内调试主机处也配置一台光纤收发器，但是不需要再重新敷设光纤，可充分利用汇控柜处现有的备用光纤进行通信该方案具有设备布置灵活、无需敷设专门光纤介质的优点，充分利用了智能站光纤分布广泛的特点，可根据实际工况灵活组网。但该方案也具有一定的缺点，如每台微机继电保护校验仪需单独配置一台光纤收发器，从而造成成本的增加。图39组网联调方案的光纤网络结构333无线网络设计无线网络的应用需要设备本身具备无线网络功能，但是常用的微机继电保护校验仪都不具备无线通信功能，本文提出两种解决途径，第一种是利用笔记本电脑的无线通信功能实现测试仪的无线通信：第二种是为校验仪配置无线通信程序，并配置无线通信模块。下面将逐一进行研究方案一每台校验仪配置一台笔记本电脑，通过双绞线将校验仪与笔记本电脑相连，然后在一次设备区布置1台大功率无线路由器，将所有电脑都连接至该路由器，最后将室内调试主机也连接至该路由器，形成一个无线局域网，用调试主机通过无线网络实现对所有测试仪的远程操作该方案的具体工作原理如图3-10所示。图3-10无线网络设计方案由图3-10分析可知，该