变电站新型防误关闭系统的研究与应用

变电站新型防误关闭系统的研究与应用

0基于互联网的新型防误系统的控制措施误使电网、设备和人身发生重大损坏，或线路和设备损坏，或危害生命。防误系统对于避免人为操作事故起到重要作用。本文介绍基于IEC61850标准的变电站新型防误系统。IEC61850是基于网络平台的变电站自动化领域唯一的、开放的国际标准协议。该标准采用面向对象的建模思想,整个变电站统一建模。通过基于可扩展置标语言(XML)的配置语言实现模型的自描述功能。IEC61850标准的开放性、互操作性和基于IEC61850标准的面向通用对象的变电站事件(GOOSE)快速传输机制为间隔层设备之间的信息共享提供了前提保障,是防误系统实现的关键,该防误系统是在线实时系统,充分利用站内设备,不需要额外的设备投资,并且具有智能程度高、方便、无延时、可靠性高等优点。1误系统的组成基于IEC61850标准的新型防误系统主要包括站控层、间隔层和网络传输层三大部分。各层之间全部采用IEC61850标准协议进行通信。1防误优化设计站控层防误系统是整套系统的第一道安全防线,也是防误系统的基础部分。友好的配置界面、完善的规则校验、快速的规则脚本解析和下装是站控层防误系统的三要素。配置界面是防误系统的对外窗口,友好、简捷、直观的操作界面提高了产品的竞争力。操作人员根据现场接线使用配置工具进行模拟操作和防误规则的配置,规则经过完善的防误规则校验后解析成可执行的机器代码,并且通过网络下装到间隔层装置中存储。由于站控层防误系统与监控后台使用同样的实时库,模拟操作完成后便成为具有五防功能的监控后台设备。它可以在线跟踪系统的实时状态信息。2防误措施间隔层是整个防误系统的核心。间隔层防误软件集成在间隔层保护、测控软件内。间隔层设备接收并保存站控层的防误规则后,便成为独立的具有实时五防逻辑判断的间隔层防误系统。信息的实时采集通过IEC61850的快速报文交换机制即GOOSE实现。根据采集的实时信息进行防误逻辑实时判断,并将判断结果实时传送到监控后台和各级监控中心。新型防误系统不仅可以采集开关、断路器的状态,还可以采集线路电流等模拟量。通过开关量和模拟电流量的双重判据,确保与线路的实际状态一致,从而避免了因辅助接点接触不良误判线路状态而导致的安全事故,借助高速网络传输技术及基于IEC61850标准的GOOSE快速报文传输机制,装置间的防误联锁可以实时取得,无需操作人员额外的操作环节和操作时间。3与其他报文的转换网络层是信息传送的枢纽和桥梁。变电站内网络采用百兆或千兆以太网。防误实时采集的GOOSE报文可以与站内IEC61850的其他报文(制造报文规范(MMS))复用同样的物理通道,利用虚拟局域网(VLAN)的划分技术进行网络的优化。图1为110kV新型变电站防误系统双备份网络架构图示例。2站控层防误系统必须具备完善性站控层防误系统的实现包括配置界面、规则校验、规则解析和下装3部分。站控层防误系统必须具备完善性,也就是要适应不同电压等级、不同接线方式的需求。在此基础上,要考虑到实用性和简单易操作性。遵循如下原则:1规则的编写要方便系统的配置界面应遵循简捷、直观、易用原则,采用可视化的图形界面,规则的编写应该直观、方便并且便于核对,操作人员经过简单的培训即可以方便地完成整个流程。对于一些通用的五防逻辑,可以建立标准的逻辑库模板,简化配置工作。配置完成后,五防规则条件可以直观地显示和打印。2间隔层的封闭规则相互独立站控层与间隔层应该采用统一的规则判断库。如果站控层规则与间隔层的闭锁规则相互独立,就存在2个规则库不统一的问题,给操作人员带来麻烦。因此,为了维护和校验的方便,2个规则库应该一致,确保站控层的规则库可以直接下载到间隔层装置中使用。3基于库的五防软件由于间隔层规则库需要下载到装置中存储,目前间隔层装置均采用单片机实现,考虑到存储空间和执行速度的限制,生成的规则库的代码应该尽量简捷,并且可读性强。基于以上原则,研发了与监控后台集成一体的站控层五防软件。该软件完全支持IEC61850标准,功能强,界面友好,简单易用,防误规则通过脚本语言实现,代码简捷,通过配置工具对脚本语言进行预编译后经网络下装到间隔层装置中保存,间隔层装置有相应的脚本引擎进行五防规则的解析。图2为站控层防误软件的实现流程。3间隔层设备间的信息共享间隔层是整个防误系统的主要载体和核心部分。在接收并存储站控层的防误规则后,间隔层设备成为独立的具有实时五防闭锁功能的间隔防误系统。五防闭锁规则的实现需要间隔层设备之间实时信息共享,IEC61850标准的开放性、互操作性和基于IEC61850标准的GOOSE快速传输机制为间隔层设备之间的信息共享提供了技术支持。间隔层防误的实现主要包括防误模型的解析、实时的信息采集、防误逻辑的实时判断三大部分。1防误功能模型配置开放性、互操作性是IEC61850标准最显著的优点。IEC61850标准通过对变电站内设备统一建模实现不同设备之间的互操作性,站内设备提供模型文件实现自描述功能。防误联锁数据模型是设备模型文件的一部分,主要通过GOOSE模型和通信模型实现防误功能的自描述。GOOSE模型的配置包括Gocb控制块的描述、联锁数据集的描述。Gocb是GOOSE的控制块类,其中包含GOOSE报文需要的信息。Gocb的定义包含在LLN0逻辑节点中。Gocb控制块包含DataSet数据集,该数据集包含所有GOOSE数据的引用,DataSet包含功能约束数据属性(FCDA)元素。FCDA定义了防误联锁发送数据的功能约束数据或数据属性名称,该信息通过GOOSE报文循环发送。通信模型包括网络通信的相关配置信息,如媒体访问控制(MAC)地址、优先级等。模型文件包含间隔层装置之间防误联锁的信息,通过模型文件的解析,间隔层装置之间具备了进行防误联锁信息的实时交换和采集的条件。2单位平台数据的输出间隔层装置之间信息的采集和交换是间隔层防误实现的关键,而信息采集的实时性是实现的前提和重要保证。物理层采用百兆或千兆以太网作为通信介质,应用层采用符合IEC61850标准的GOOSE传输机制实现报文的快速交换,保证了间隔层装置之间信息采集的实时性。GOOSE提供了快速、可靠的系统内传输数据的机制。与IEC61850标准的非实时网络报文相比,GOOSE报文不经过MMS映射,直接映射到数据链路层,减少了传输延时。GOOSE当地事务的变化检测机制可以快速检测到数据的更新并在第一时间发布,优先级传输机制保证了重要报文的优先传输。同时,GOOSE重传机制通过在空闲时重传相同的数据来获得额外的可靠性。GOOSE信息的交换基于发送方/订户机制。发送方将值写入发送侧缓冲区,接收方从接收侧的当地缓冲区读取数据。通信系统负责刷新订户的缓冲区。报文交换基于多路广播应用。GOOSE支持由DataSet数据集组成的公共数据的交换。GOOSE模型将要发布的数据组成DataSet。当DataSet内1个或多个DataAttr发生变化时,由当地服务刷新发送缓冲区,通过GOOSE传送这些值,刷新接收方的接收缓冲区。模型中有一些控制发布的属性。当设备初始上电时发送所有数据值,并且即使没有数据变化也会以较长的循环间隔发送所有数据值。为了传输的实时性,GOOSE报文不经过MMS映射,直接映射到ISO/IEC8802.3帧。ISO/IEC8802.3支持优先级标签和VLAN划分技术。GOOSE的应用协议数据单元(APDU)编码如下:3节点关闭抗误能力根据防误规则和GOOSE传输的实时信息,防误逻辑判断可以实时完成。为了同时具备就地防误操作和远方防误操作功能,装置提供一对继电器闭锁节点,该节点的通断状态与防误规则的判断结果一致。装置实时进行防误判断,对于正常的操作流程,节点闭合允许操作;对于错误的操作流程,节点自动断开,错误的操作无法执行。4网络架构优化高速的网络通信架构是防误系统的支柱和桥梁。由于GOOSE传输的实时报文与IEC61850的其他非实时报文复用同样的网络物理层,GOOSE传输的实时性和可靠性需要通过网络架构的优化得以保证。12实用为了保证GOOSE报文传输的实时性,GOOSE报文不经过MMS映射,直接映射到ISO/IEC8802-3,减少了传输延时。2d.1qIEEE802.1Q协议的运用保证了GOOSE报文的优先传输。IEEE802.1Q是基于VLAN的协议,有4字节的标签头,其中包括2字节的TPID和2字节的TCI,TCI包含3bit的优先级标志,可设置不同的优先级。交换机需要支持VLAN划分,可以根据优先级标志判断报文传输的优先级。3可靠性GOOSE报文的重传机制保证了应用层传输的可靠性,高速的双备份网络架构保证了物理层的可靠性。4vlan划分将需要进行GOOSE信息交换的对等装置划分成同样的VLAN,以减少网络冗余的信息量。5防误系统在线IEC61850标准是变电站内迄今为止最完善的国际标准协议。新型防误系统充分利用了IEC61850的技术优势,其优点如下:1)智能化系统:五防规则适应不同的现场接线方式,五防逻辑判断自动完成,智能化程度高。2)实时在线系统:防误系统为实时在线系统,防误判断在2s内完成,与监控系统共用实时数据库,操作结果实时监视。3)可靠性强:该系统不仅能实时采集断路器位置等开关量,还可以实时采集线路电流等模拟量,避免了由于位置触点断线等引起的误判