分布式备自投优化设计与应用探索

刘晓阳

摘  要：在电力系统运行中，一般使用专门的备自投装置来实现备自投的功能，应用信息交换更简单、快捷的备自投装置对现代智能变电站的发展来说有着重要的意义。综合各方面因素，提出一种基于间隔层的分布式备自投优化设计及其在智能变电站中的应用方案，采用 GOOSE传输机制来完来实现备自投功能，以供参考。

关键词：电力系统;智能变电站;分布式备自投;GOOSE信息

中图分类号：TM762             文献标识码：A               文章编号：2095-6835（2014）23-0002-02

随着我国经济的不断发展，变电站的建设越来越趋向于智能化和高效化，各类有关的设备也在不断发展和完善。但许多变电站的备自投装置仍处于较落后的状态，功能的发挥受到了很大的限制。如何对其进行优化设计和改造，探索更为智能化的实现方式成为了人们需要解决的问题。

1  分布式备自投的含义

智能变电站以IEC61850为通信准则，在信息采集、传输、处理、输出的过程实现完全数字化的变电站。IEC61850提出的GOOSE通用传输机制，可以实现快速、安全地数据交换。GOOSE可以实现保护跳合闸、遥控跳合闸和遥信量的传输等功能。网络的GOOSE机制和网络化采样技术的成功应用使得网络化保护逐步成为现实，分布式备自投就是网络化保护最成功的运用。

2  分布式备自投实现方式

分布式备自投在网络实现方式上可分为两种，分别是基于过程层采样值（SMV）传输的分布式备投和基于间隔层GOOSE报文的分布式备自投。前者各间隔的采样值是分布的，但逻辑判别功能是集中在固定的单一装置中;后者的逻辑判别功能均分散于不同的装置中。

2.1  基于过程层采样值（SMV）传输的分布式备自投

此种方式需要2个及以上不同间隔的合并单元向其传送采样值，或者通过直连光缆向其传送采样值。该方式的网络相对

复杂，且存在相对于两条线路保护装置而言的冗余逻辑节点。

110 kV备自投所需的模拟量均由现场采集单元采集后通过直连光缆至备自投合并单元送至备自投装置。开关量和保护动作信息通过过程层网络向备自投装置传送。同时，110 kV备自投的分合闸命令通过网络传送给110 kV线路和分段智能操作箱，以跳合相应的开关。

目前，智能变电站备自投装置基本采用此种方案实现。保护配置方案如图1所示。

图1  保护配置方案图

基于过程层采样值（SMV）传输的分布式备自投与常规备自投具有极大的相似性，在开关量和模拟量的采样方式上完全一致，仅在传送介质上有所不同，在分合闸出口上则采用了经过网络交换机输出信号跳合开关的方式。某些变电站由于在设计上采用了“直采直跳”的方式，这与常规变电站完全相同，因此，此种方式仍然属于常规保护功能定义范畴，在保护原理方面并没有跨越式的升级发展。

2.2  基于间隔层GOOSE报文的分布式备自投

基于间隔层GOOSE报文的分布式备自投功能是由不同保护对象的间隔层装置共同完成的，由各进线保护测控装置完成进线有无电压和电流、母线有无电压的判别。由分段智能接口单元完成分段开关位置的采集，由线路智能接口单元完成线路开关位置的采集，将获得的信息通过网络传输给主逻辑单元，完成运行方式识别和动作逻辑判断。

此方式开关量和逻辑信息采用IEC61850标准GOOSE信号，通过数字传输网络传输给主逻辑单元，逻辑输出结果也以GOOSE方式传输给分散执行单元，完成开关的跳合。这样能够更加灵活地实现备自投功能。备自投可以存在于任意间隔的保护测控装置中。

结合上述概念，并根据图1所示变电站的现场情况，笔者将110 kV备自投功能按照所提出的理论进行了全新设计。具体备自投逻辑功能实现为：①采样值（SMV）的获取。110 kV两段母线电压输出数字信号通过光纤到110 kV电压合并单元，再通过电压扩展单元输出到两条线路的合并单元，实现采样值的合并处理。110 kV线路保护测控装置从110 kV线路保护合并单元取到所需用到的电压电流量。②备自投逻辑功能的实现。备自投逻辑功能由分段保护测控装置和线路保护测控装置共同完成。线路保护测控装置完成备自投功能的分散执行，同时，分段保护测控装置结合由智能接口单元通过GOOSE信号传输的线路断路器位置，完成110 kV备自投功能的集中处理。

保护测控的配置具体为：①进线Ⅰ测控装置中配置备自投功能模块，包括当进线Ⅰ无流时，发出进线Ⅰ无流GOOSE信息;检测Ⅰ母线电压状态，发送Ⅰ母线有压或无压GOOSE信息;完成Ⅰ母线PT断线告警判别;将DL1开关量信息以GOOSE信号形式传输给主逻辑单元;接收主逻辑单元下发的GOOSE命令，驱动DL1动作。②进线Ⅱ测控装置中配置备自投功能模块，包括当进线Ⅱ无流时，发出进线Ⅱ无流GOOSE信息;检测Ⅱ母线电压状态，发Ⅱ母线有压或者无压GOOSE信息;完成Ⅱ母线PT断线告警判别;将DL2开关量信息以GOOSE信号形式传输给主逻辑单元;接收主逻辑单元下发的GOOSE命令，驱动DL2动作。③分段保护测控装置中配置备自投主逻辑单元，包括检测DL3开关量信息;接收各分散功能模块发送的GOOSE信息，经运行方式识别和逻辑判断，以GOOSE信息形式给各分散功能模块发送逻辑判别结果。

如果备自投主逻辑单元单独设立装置或集成在其他保护装置内时，只需要将上述分段开关DL3的状态位置以GOOSE信号方式上送即可。

线路备自投功能的动作执行由分段保护测控装置通过GOOSE信息实时传送到110 kV线路断路器的智能接口单元完成。备自投的动作逻辑和常规备自投相同，在此不再赘述。此外，装置所需的闭锁备自投信号可通过GOOSE信息得到。

3  本设计方案的优点

在常规变电站和基于过程层采样值传输的分布式备自投中，已有相应的测控装置完成备自投功能所需的所有模拟量和开关量的采集，单独设立的备自投装置又对这些量进行重复采集，造成设置的二次电缆或光缆较多，投运检修不方便。特别是当运行结构改变时，除了需要对逻辑处理软件进行修改外，还需要修改部分二次电缆，增加了再次投入运行的工作量和施工风险。

而本设计方案是在各间隔测控装置中完成电压、电流的判别，利用智能变电站中已有的网络结构，以GOOSE信息方式传输给主逻辑单元，逻辑处理结果再以GOOSE信息形式发出，从而实现整个备自投功能。该过程的特点是：①接线简单。由于各间隔通过直接采样相应的模拟量、开关量和保护动作信息来完成各自备自投功能模块的判别逻辑，并通过网络来传输GOOSE信息至逻辑主单元，因此，省去了室外设备区至备自投、线路保护测控装置至备自投之间的大量直联光缆和备自投装置，避免了不同设备的重复采样。②传输信息量少。各间隔采样SMV数据不再传输给主单元，而是各自采样判别后发送GOOSE信号给逻辑主单元，从而大大减轻了合并单元或网络交换机的传输负担，避免可能因此造成装置死机，进而导致信息中断。③扩展方便。变电站需要扩建线路间隔时，只需将新增设备配置的备自投功能模块并接入GOOSE网络，并对110 kV进线备自投逻辑主单元软件作相应修改即可，无需改造或更换原有的备自投装置。④兼容性强。新增线路间隔或更换保护测控装置时，任何支持IEC61850通信协议的设备均可接入备自投网络，无需进行规约转换。

4  结束语

综上所述，本文给出了一种在智能变电站中基于间隔层的分布式备自投的设计方案，采取了通过GOOSE信号来给处理单元输送判别结果的方式，又以GOOSE信号的形式把输出结果传送给保护测控装置驱动智能接口单元来完成整个操作功能，是一种更有效率和保证的方案，可在智能变电站中推广使用。

参考文献

[1]孙鸣，许航.含分布式电源接入的变电站备自投应用问题[J].电力自动化设备，2010（04）.

[2]高研，高研斌，强勇乐.分布式电源对重合闸和备自投装置的影响及解决方案[J].电工电气，2012（09）.

〔编辑：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message

如果备自投主逻辑单元单独设立装置或集成在其他保护装置内时，只需要将上述分段开关DL3的状态位置以GOOSE信号方式上送即可。

线路备自投功能的动作执行由分段保护测控装置通过GOOSE信息实时传送到110 kV线路断路器的智能接口单元完成。备自投的动作逻辑和常规备自投相同，在此不再赘述。此外，装置所需的闭锁备自投信号可通过GOOSE信息得到。

3  本设计方案的优点

在常规变电站和基于过程层采样值传输的分布式备自投中，已有相应的测控装置完成备自投功能所需的所有模拟量和开关量的采集，单独设立的备自投装置又对这些量进行重复采集，造成设置的二次电缆或光缆较多，投运检修不方便。特别是当运行结构改变时，除了需要对逻辑处理软件进行修改外，还需要修改部分二次电缆，增加了再次投入运行的工作量和施工风险。

而本设计方案是在各间隔测控装置中完成电压、电流的判别，利用智能变电站中已有的网络结构，以GOOSE信息方式传输给主逻辑单元，逻辑处理结果再以GOOSE信息形式发出，从而实现整个备自投功能。该过程的特点是：①接线简单。由于各间隔通过直接采样相应的模拟量、开关量和保护动作信息来完成各自备自投功能模块的判别逻辑，并通过网络来传输GOOSE信息至逻辑主单元，因此，省去了室外设备区至备自投、线路保护测控装置至备自投之间的大量直联光缆和备自投装置，避免了不同设备的重复采样。②传输信息量少。各间隔采样SMV数据不再传输给主单元，而是各自采样判别后发送GOOSE信号给逻辑主单元，从而大大减轻了合并单元或网络交换机的传输负担，避免可能因此造成装置死机，进而导致信息中断。③扩展方便。变电站需要扩建线路间隔时，只需将新增设备配置的备自投功能模块并接入GOOSE网络，并对110 kV进线备自投逻辑主单元软件作相应修改即可，无需改造或更换原有的备自投装置。④兼容性强。新增线路间隔或更换保护测控装置时，任何支持IEC61850通信协议的设备均可接入备自投网络，无需进行规约转换。

4  结束语

综上所述，本文给出了一种在智能变电站中基于间隔层的分布式备自投的设计方案，采取了通过GOOSE信号来给处理单元输送判别结果的方式，又以GOOSE信号的形式把输出结果传送给保护测控装置驱动智能接口单元来完成整个操作功能，是一种更有效率和保证的方案，可在智能变电站中推广使用。

参考文献

[1]孙鸣，许航.含分布式电源接入的变电站备自投应用问题[J].电力自动化设备，2010（04）.

[2]高研，高研斌，强勇乐.分布式电源对重合闸和备自投装置的影响及解决方案[J].电工电气，2012（09）.

〔编辑：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message

如果备自投主逻辑单元单独设立装置或集成在其他保护装置内时，只需要将上述分段开关DL3的状态位置以GOOSE信号方式上送即可。

线路备自投功能的动作执行由分段保护测控装置通过GOOSE信息实时传送到110 kV线路断路器的智能接口单元完成。备自投的动作逻辑和常规备自投相同，在此不再赘述。此外，装置所需的闭锁备自投信号可通过GOOSE信息得到。

3  本设计方案的优点

在常规变电站和基于过程层采样值传输的分布式备自投中，已有相应的测控装置完成备自投功能所需的所有模拟量和开关量的采集，单独设立的备自投装置又对这些量进行重复采集，造成设置的二次电缆或光缆较多，投运检修不方便。特别是当运行结构改变时，除了需要对逻辑处理软件进行修改外，还需要修改部分二次电缆，增加了再次投入运行的工作量和施工风险。

而本设计方案是在各间隔测控装置中完成电压、电流的判别，利用智能变电站中已有的网络结构，以GOOSE信息方式传输给主逻辑单元，逻辑处理结果再以GOOSE信息形式发出，从而实现整个备自投功能。该过程的特点是：①接线简单。由于各间隔通过直接采样相应的模拟量、开关量和保护动作信息来完成各自备自投功能模块的判别逻辑，并通过网络来传输GOOSE信息至逻辑主单元，因此，省去了室外设备区至备自投、线路保护测控装置至备自投之间的大量直联光缆和备自投装置，避免了不同设备的重复采样。②传输信息量少。各间隔采样SMV数据不再传输给主单元，而是各自采样判别后发送GOOSE信号给逻辑主单元，从而大大减轻了合并单元或网络交换机的传输负担，避免可能因此造成装置死机，进而导致信息中断。③扩展方便。变电站需要扩建线路间隔时，只需将新增设备配置的备自投功能模块并接入GOOSE网络，并对110 kV进线备自投逻辑主单元软件作相应修改即可，无需改造或更换原有的备自投装置。④兼容性强。新增线路间隔或更换保护测控装置时，任何支持IEC61850通信协议的设备均可接入备自投网络，无需进行规约转换。

4  结束语

综上所述，本文给出了一种在智能变电站中基于间隔层的分布式备自投的设计方案，采取了通过GOOSE信号来给处理单元输送判别结果的方式，又以GOOSE信号的形式把输出结果传送给保护测控装置驱动智能接口单元来完成整个操作功能，是一种更有效率和保证的方案，可在智能变电站中推广使用。

参考文献

[1]孙鸣，许航.含分布式电源接入的变电站备自投应用问题[J].电力自动化设备，2010（04）.

[2]高研，高研斌，强勇乐.分布式电源对重合闸和备自投装置的影响及解决方案[J].电工电气，2012（09）.

〔编辑：王霞〕

Distributed Prepared from the Cast to Optimize the Design and Application of Exploration

Liu Xiaoyang

Abstract： In the power system operation， generally use a special device considering implementing prepared from the cast of features， applications， information exchange more simple and efficient device considering the development of modern intelligent substation it has important significance. Taking all factors， is proposed based on distributed spacer layer prepared from the cast to optimize design and application solutions in intelligent substation， using GOOSE transmission mechanism to complete to achieve automatic switching function， for reference.

Key words： power systems; intelligent substation; distributed prepared from the cast; GOOSE message