03.智能变电站集成调试技术

智能变电站集成调试技术重庆市送变电工程有限公司二0一三年八月汇报内容一、内容简介二、技术现状三、技术原理四、技术发展趋势智能变电站电子互感器、智能终端以及其他智能设备的大量使用，使其二次回路的大量电缆被光纤代替，传统的交流电流、电压信号以及直流控制、位置、告警信号被光信号所取代，这使得变电站测试大大不同于常规变电站调试。智能变电站数字化、网络化的特点使其全站设备之间的联系更加紧密，集中测试的试验模式应运而生。集中集成测试已经成为智能变电站现场调试前的一个重要测试环节，其基本思路是按照现场工程配置对相关设备进行集成，在此基础上进行工程应用测试和技术专项测试，主要可按系统集成组态配置、设备单体调试和系统测试三个步骤有序进行。一、内容简介集成测试主要包括以下几个方面：一、系统集成组态配置（1）各设备的ICD文件有机集成后进行虚端子连线，配以GOOSE控制块及相关参数；（2）SV控制块及相关参数；（3）网络通信参数二、设备单体调试主要包括单体模型测试、SV采样测试、开入开出测试。（1）电子互感器性能测试：精度测试、采集数据延时测试、极性测试。（2）合并单元性能测试：SV输出一致性测试、SV输出等间隔性测试、电压并列及切换功能测试、自身告警功能测试等。（3）智能终端测试：GOOSE一致性测试、开入开出测试、SOE时标测试。（4）保护测控装置测试：配置检查、SV采样测试、GOOSE输入输出测试、装置时标测试、测控功能测试。（5）网络报文记录分析仪、故障录波器等测试。三、系统测试（1）过程层测试：主要包括SV回路测试，整组联动测试。（2）站控层测试：遥控、遥信、遥测、遥调测试。（3）网络性能测试：网络切换测试、网络风暴测试。（4）同步测试：220kV线路差动保护两侧同步测试、主变各侧同步测试、母差保护同步性能、IEEE1588网络同步性能测试。（5）状态监测系统测试。一、内容简介二、技术现状传统变电站智能变电站是指以变电站一、二次设备为数字化对象，以高速网络通信平台为基础，通过对数字化信息进行标准化，实现站内外信息共享和互操作，实现测量监视，控制保护，信息管理，智能状态监测等自动化功能的变电站。站控层间隔层智能变电站高级应用在线监测二、技术现状智能站特点一：数字化传统站设备之间电信号传递智能站设备之间数字信号传递（1）站控层；站控层的协议由IEC61850替代原来的103或104。（2）开关量跳闸二次回路；过程层GOOSE实现开关量信号采集传输及跳闸功能。（3）模拟量采集二次回路；过程层SV实现模拟量采样及传输，通过直采及网络方式实现数据交换和共享。二、技术现状智能站特点二：网络化交换机大量使用，集中测试阶段完成对交换机进行合理规划配置。二、技术现状智能站特点三：测试工具软件化测试对象数字化网络化的特点促使测试工具向软件化方向发展二、技术现状智能站特点四：二次设备可配置化传统变电站通过电缆连接，因此只要保证电缆连接正确就可保证回路正确。智能站设备的交互信息由全站二次设备配置文件（SCD文件）描述。仅保证光纤连接正确并不能保证设备之间通信正常，需要试验人员掌握通信规则。二、技术现状问题1：配置工具多（*标记的工具在实现上各厂商有所不同，可能会与IED配置工具集成）现状不同厂商的配置工具对于相同功能的配置方式各异多个工具的协调配置，增加了现场调试工作的难度系统集成商•系统配置工具设备厂商•IED配置工具•私有配置工具（站控层配置工具、GOOSE配置工具）*•配置文件下载工具*二、技术现状现状在整个工程的配置过程中配置环节较多配置工具之间以文件作为数据传递对象问题某一个环节的配置内容有更新，后续的所有配置工作都需要重新开始，引起大量重复的配置工作配置工具之间的文件交换方式也容易引发版本不一致的错误问题2：配置文件的交换方式较难管理设备模板文件设备厂商IED配置工具全站配置文件•系统集成商•系统配置工具设备配置文件•设备厂商•IED配置工具私有配置文件•设备厂商•私有配置工具下载所有配置文件•设备厂商•下载工具二、技术现状问题3：无法统一管理配置数据必要性变电站过程层实现数字化以后，配置文件的重要程度等同于传统站的二次接线有必要象管理传统图纸那样对配置文件的版本和有效性进行管理现状设备的配置文件都由各个设备厂商分散管理用户需要向各个设备厂商分别索取最终配置文件，同时考虑保存方法私有配置文件需要各个厂商的配置工具才能正确理解配置内容，熟悉不同厂商的配置工具也需要一个学习的过程基于不同厂商的不同配置工具很难实现统一管理和归档二、技术现状问题4：虚端子图未标准化重要性虚端子图类似于传统的电缆图虚端子图反应本设备与站内其他设备的数据关联性现状各个厂商虚端子图的样式差别很大在浏览不同厂商图纸时缺乏连贯性有些虚端子图中缺少必要的信息二、技术现状问题5、普遍存在私有配置数据现状IEC61850标准对设备配置文件（CID）的格式有明确规定大多数设备需要厂商私有配置文件的支持私有配置文件的格式均为各厂商自定义，对外不公开带来的问题无法对全站所有设备的配置文件进行集中配置与管理为了保持数据的完整性、降低维护风险，需要收集包括私有配置文件在内的全部配置文件IED配置工具、私有配置工具等全套配置工具用户需要了解规约、学习厂商配置工具，理解私有配置的定义二、技术现状问题6、系统配置工具无法保证无变化导出配置文件现状系统配置工具合并全站设备模板文件，生成全站配置文件数据类型模板同名的定义需要重命名定义的引用也需要同步更新设备配置文件与设备模板文件的数据类型模板有差别三、技术原理SSDICDSCDCID全站系统配置文件系统规格文件IED能力描述文件IED实例配置文件工程配置示意图装置组态工具系统组态工具系统组态工具装置实例组态工具1、文件检查：主要对各厂家提供的设备ICD文件进行以下检查，以确保文件的正确性：（1）文件SCL语法合法性检查；（2）文件模型实例及数据集正确性检查；（3）文件模型描述完整性检查。2、全站系统配置即SCD文件配置：主要进行系统的通信子网配置、IED设备配置以及SCD文件检查；IED设备的配置是将ICD文件导入SCD文件中，并按照实际设备数量进行实例化配置，主要包括IED命名及描述配置、IP地址配置、GOOSE控制块及其相关参数配置、SV传输控制块及其相关参数配置、虚端子连接配置等。SCD文件配置完成后，应对文件SCL语法合法性、文件模型实例及数据集正确性、IP地址和组播地址、VLAN及优先级通信参数正确性、虚端子连接正确性和完整性及其二次回路描述正确性等进行检查。3、设备下装与配置主要包括IED设备配置下装、站控层设备配置和交换机配置。系统集成组态配置三、技术原理单体设备测试内容三、技术原理合并单元保护设备智能终端互感器开关继电保护系统：（1）保护装置（2）合并单元（3）电子互感器（或者常规互感器）（4）智能终端基于DLT860标准的继电保护系统单体设备测试内容单体模型测试内容主要包括：基本逻辑测试和开入开出测试。智能设备主要包括：保护测控合一装置（简称保测装置）、智能终端装置、合并单元。智能保测装置的内部逻辑和常规保测装置是一样的，不同的是外部接口基本采用数字化形式。故而智能保测装置的单体测试主要分为：逻辑功能测试、开入开出测试。智能终端的本质是常规智能操作箱加上通信接口模块。其主要功能就是接受保测装置的控制命令，并以继电器接点的形式输出给一次设备，控制一次设备的分合操作；通过接点开入的方式接受一次设备的位置和状态信息，并以GOOSE报文的方式传输给保测装置。故而智能终端的单体测试主要是开入开出测试。合并单元的主要功能是将电子互感器或常规互感器电压电流量进行整合，以IEC61850-9-2报文的形式发送至保测装置及其他装置。故而合并单元的单体测试主要是采样精度测试，双AD数据的一致性测试、电压切换功能和自身报警信号测试等。三、技术原理保测装置的逻辑功能测试可以使用数字化保护测试仪，模拟各类故障，例如单相瞬间故障、单相永久故障、相间故障，来测试保测装置的动作行为、动作时间和动作定值的校验。利用数字化保护测试仪的GOOSE发布功能，模拟设备单体的GOOSE开入，检查设备相应开入显示，通过该方法测试设备单体的开入功能。利用数字化保护测试仪的GOOSE订阅功能，订阅设备单体的GOOSE开出，测试设备单体的开出功能。单体设备测试方法三、技术原理电子互感器精度测试测试时，通过升流器给光纤互感器的光纤环施加一次电流，同时升流器通过一定变比系数将电流二次引出。互感器合并单元输出的9-2数据和升流器的二次输出电流模拟量同时引入互感器校验仪进行校验，具体测试系统如图所示。前置采集模块保偏光纤光纤环升流器互感器校验仪万用表比例器交换机合并单元光纤光纤光纤互感器9-2P1S1三、技术原理电子互感器采集数据延时测试（1）测试内容：测试电子式互感器从一次加电流/电压到二次合并单元输出采样值数据所需时间。（2）测试方法：采用升流/升压器将电子式互感器一次电流/电压升至额定值，采用电子式互感器稳态校验系统将电子式互感器合并单元输出数据与升流/压器二次电流/压进行相角的比较，由于升流器/升压器一次与二次相移很小，因此通过相位差算出电子式互感器的采样传输延时。三、技术原理电子互感器极性检查电子式电流互感器一次绕组通以直流电流，从合并器的输出端通过报文记录分析仪实现极性校验。三、技术原理三、技术原理合并单元单体测试测试重点数据输出与配置相符合并单元双AD输出一致性合并单元级联同步性母线电压并列、切换功能自检状态测试方法用OMICRON+PT/CT模拟器给合并单元提供数据，合并单元给保护装置提供采样值数据，电压合并单元、间隔合并单元以及保护测控装置之间按照工程应用连接。分析比较装置显示采样值是否与OMICRON输出值一致，同时分析双AD数据处理是否正确以及电压电流之间的夹角是否正确。电压并列切换过程不能出现无效电压。光纤中断信号应正确且应置相应通道数据无效。合并单元性能测试（1）测试内容：测试合并单元点对点发出的报文间隔是否满足国网《智能变电站继电保护技术规范》的要求，间隔误差小于10us；测试合并单元长时间运行时是否会有丢包或错包；对于需要同步的合并单元还需要验证其同步的精度。（2）测试方法：采用性能优越的报文记录分析仪，长时间记录合并单元发出的采样报文，然后分析报文之间的时间间隔，可以用图形方式绘出采样报文时间间隔的分布图；报文记录分析仪同时可对长时间记录的采样报文分析是否有丢包或错包；测量合并单元对时性能时，采用高精度时钟TimeCenterM612给合并单元对时，对时方式根据工程应用而定，对时以后，合并单元应与GPS时间保持同步，然后用TimeAcc-007测量合并单元秒脉冲与GPS之间的时间差，从而考察合并单元的对时精度。三、技术原理三、技术原理合并单元同步性测试测试方法1588主钟采用peer-to-peer方式通过支持1588的交换机给合并单元对时，然后将1588主钟和合并单元的1pps信号引入示波器的两个通道，通过对比示波器两个通道1pps上升延时间差即可得知合并单元与主钟之间的同步对时性能。丢失时钟后，SV报文应报失步；时钟恢复过程中，SV报文不应对保护产生不良影响。测试重点各间隔合并单元采样同步性能丢失/恢复时钟时，合并单元的守时性能以及对保护的影响SV回路测试1）测试内容：电子式电压互感器的数据通过IEC60044-8的格式点对点传输到间隔合并单元；间隔合并单元将电流、电压数据统一处理后以IEC61850-9-2的形式提供给后端用户使用。间隔合并单元输出的9-2数据中含有双AD的保护电流数据，单AD的测量电流数据以及单AD的电压数据。因此，对于采样数据的测试，除了传统的测试精度，还需要验证双AD数据的一致性。（2）测试方法：采用常规模拟量测试仪+模拟器的模式给合并单元提供数据，然后合并单元通过交换机给保护装置提供采样值数据。进行保护采样测试时采用两个CT模拟器分