摘要：通用的變電站自動化標準IEC61850正被廣泛的理解和推廣，電子式電壓電流互感器以及智能開關技術正逐步成熟并進入應用階段，數字化變電站示范站的建設正如火如荼地開展。本文結合工作實踐分析IEC61850的顯著特點，闡述了IEC61850網絡通信機制，通過網絡傳輸裝置間快速配合的信號傳遞，提高了簡易母線保護的可靠性，并解決原來控制保護系統存在的保護死區、開關失靈及二次線路復雜的問題。
　　關鍵詞：智能電網；IEC61850；低壓母線；網絡通信；
　　當前，數字化變電站改造中的母線保護是一個熱門研究方向，但專門針對低電壓等級的母線保護研究則鮮有文獻發表。傳統的簡易母線保護一般是經延時動作，實時性不高，當饋線、母線同時或相繼發生故障時，通常要靠主變后備保護來切除，給系統安全帶來巨大的危害。IEC61850與傳統規約的區別與傳統規約相比，IEC61850規約具有以下顯著特點。
　　(1)采用抽象分層的結構體系IEC61850標準將整個變電站進行抽象化并分為3層：1)變電站層；2)間隔層；3)過程層。同時共定義了10種邏輯接口用來完成層與層之間的信息交換。
　　(2)面向對象新型建模技術IEC61850共規定了13個邏輯節點類，按照不同功能分類定義了約90種邏輯節點及500多種數據類用以進行電力數據傳輸，是一種面向未來的開放性標準。
　　(3)抽象服務接口ACSI及特殊通信映射SCSMIEC61850所設計的抽象網絡接口獨立于具體的網絡應用協議，與底層的通信棧無關，當新型的網絡技術應用于通信系統時，只需要改變SCSM即可。
　　(4)變電站配置語言SCL為增強不同廠家IED的互操作性，IEC61850-6部分規定了描述與通信有關的IED配置和參數、通信系統配置、開關間隔(功能)結構及它們之間關系的文件格式。SCL語言的運用使變電站內部智能設備之間的互操作性得到了極大的增強，不同廠家的設備可按統一的標準進行通信。
　　2IEC61850網絡通信機制
　　IEC61850直接基于以太網鏈路層進行傳輸，具有ms級的實時性。采用IEC61850實現裝置間的信號連接，可以代替間隔層裝置之間的電纜連接，使依賴于裝置間信號配合的功能的實現變得可行，并易于維護。IEC61850在信號沒有變位時，會以5s左右的間隔發送心跳報文從而可以實現鏈路的狀態檢修，相對于傳統電纜連線松動無法檢測而言具有很大的優越性。IEC61850網絡覆蓋全站范圍的間隔層裝置和過程層智能終端裝置(可選)，完成110kV/10kV電壓等級間隔層智能裝置之間的快速通信功能。在數字化變電站改造中可將IEC61850網絡與MMS網絡合—且采用雙網結構。110kV變電站需要傳輸的IEC61850數據量比較小，且IEC61850支持高優先級傳輸，具有兩種網絡合一的條件；IEC61850網絡與MMS網絡合一簡化了變電站自動化系統的網絡結構；當兩者合一時，只需改用新的同時支持MMS和IEC61850的控制保護裝置，保護的配置和網絡的結構等方面與現有的控制保護系統具有最大的一致性。現以一母二母保護配置和故障情況進行說明(參見圖1)。
　　
　　圖1母線保護邏輯圖
　　通常在10kV電壓等級系統中不配置母線保護功能，當發生10kV母線故障時通常要通過變壓器低壓側后備的第3段或第4段(一般10kV饋線無第4段保護功能)過流保護才能動作，動作延時非常長，往往會對一次設備造成一定損害，某110kV數字變電站在進行改造時增加了10kV簡易母線保護，變電站內采用IEC61850通信機制取代傳統的保護之間的聯鎖信號，其基本原理是：使用變壓器低壓側的開關電流實現過流保護，并通過母線的出線和分段(母聯)的保護啟動信號對其進行閉鎖，母線區外故障時，相關保護能夠發出閉鎖信號閉鎖簡易母差，母線區內故障時，相關保護不發閉鎖信號，簡易母差保護可以快速動作切除變壓器低壓側開關(前提是低壓側母線除變壓器外無電源輸入，低壓側如果有小電源可采用折中方案，先跳開低壓側小電源)。由于簡易母差保護需要多個裝置之間的傳遞啟動閉鎖信號，使得傳統方式下各個出線保護和分段保護與簡易母差保護之間存在較多硬開入連線，導致了二次回路比較復雜，容易出錯，可靠性也不高。IEC61850的好處在于一旦物理連接確立，只要通道的帶寬足夠，可以任意增加連接，可擴展性很強，同時采用IEC61850通信，完全回避了以往常規接點誤碰的問題，且在IEC61850斷鏈的情況下可以發出報警信號。可以在110kV變電站改造過程中，增加IEC61850通信機制區外傳統的硬接點連接，這樣可以較大地提高簡易母差的可靠性，同時也可以很好地解決變壓器低壓側過負荷聯切保護聯切低壓側出線的問題。
　　2．1接線說明
　　L1線路保護輸出閉鎖接點到1號變壓器低壓側母線保護裝置、500A分段母線保護裝置；L2線路保護輸出閉鎖接點到2號變壓器低壓側母線保護裝置、500A分段母線保護裝置；1號變壓器低壓側母線保護接501開關TA；2號變壓器低壓側左側分支母線保護接502A開關TA；500A分段母線保護裝置輸出閉鎖接點到1號和2號變壓器低壓側母線保護。
　　3IEC61850實施規范的要求
　　3．1IEC61850配置要求
　　(1)通信地址參數由系統組態統一配置，裝置根據SCD文件的配置具體實現IEC61850功能；
　　(2)各保護裝置應在ICD文件中預先配置IEC61850控制塊；
　　(3)保護測控裝置(除測控聯閉鎖用IEC61850信號外)應在ICD文件的IEC61850數據集中預先配置滿足工程需要的IEC61850輸出信號。進行IEC61850連線配置時應從保護裝置IEC61850數據集中選取信號；IEC61850輸出數據集應支持DA方式；
　　(4)保護測控裝置IEC61850輸入定義采用虛端子的概念，在以"GOIN"為前綴的GGIO邏輯節點實例中定義DO信號，這些DO信號與IEC61850外部輸入虛端子一一對應，通過該GGIO中DO的描述和dU可以確切描述該信號的含義，作為IEC61850連線的依據。裝置IEC61850輸入進行分組時，采用不同GGIO實例號來區分；
　　(5)在SCD文件中每個裝置的LLN0邏輯節點中的Inputs部分定義該裝置接收哪些IEC61850輸入，每個輸入相對應的Extref中IntAddr，填寫與之相對應的以"GOIN"為前綴的GGIO中DO信號的引用名，引用名格式為"LD$LN$DO$DA"；
　　(6)對于需要組建獨立IEC61850網絡的情況，裝置應通過在ICD文件中支持多個AccessPoint的方式支持多個獨立的IEC61850網絡。在只連接過程層IEC61850網絡的AccessPoint，應通過在相應LD的LN0中定義Inputs，接收來自相應IEC61850網的IEC61850輸入，在相應LD的LN0中定義IEC61850數據集和IEC61850控制塊用來發送IEC61850信號。IEC61850數據集中的FCDA可以引用同一個AccessPoint下的各個LD中的DO或DA。IEC61850數據集和IEC61850控制塊應處于同一個LD的LN0。
　　3．2IEC61850告警要求
　　(1)IEC61850通信中斷須送出告警信號，設置網絡斷鏈告警。在接收報文的允許生存時間的2倍時間內沒有收到下一幀IEC61850報文時判斷為中斷。雙網通信時須分別設置雙網的網絡斷鏈告警。
　　(2)IEC61850通信時對接收報文的配置不一致信息須送出告警信號，判斷條件為配置版本號
　　及DA類型不匹配。
　　(3)為了體現IEC61850中斷告警和IEC61850配置版本錯誤告警模型，ICD文件中應配置有邏輯
　　接點GOAlmGGIO，其中配置足夠多的Alm用于IEC61850中斷告警和IEC61850配置版本錯誤告警。系統組態生成SCD時添加與IEC61850配置相關的Alm的desc描述，廠家根據desc描述配置具體Alm與內部信號的關聯。
　　3．3IEC61850發送接收的要求
　　(1)裝置上電時自動按數據集變位方式發送一次，將自己的IEC61850信息迅速告知接收方。按照標準，第一幀StNum=1。
　　(2)IEC61850報文心跳間隔為系統配置的T0，報文允許生存時間為2T0。對于保護應用T1=2ms、T0=5000ms。對于測控應用時間間隔可以適當拉長。
　　(3)IEC61850報文接收時必須考慮網絡中斷或者發布者裝置故障的情況。以雙網通信方式為例，設置一個通信故障標志=((A網中斷與B網中斷)或配置不一致)，接收到IEC61850報文后根據通信故障標志選擇接收數據還是預置數據。預置數據是根據各數據類型和用途考慮中斷后應該預置的值(見圖2)。
　　
　　圖2IEC61850通信故障處理機制
　　(4)IEC61850信號需要發送給測控裝置進行準確SOE事件記錄時，可以在IEC61850報文中包含部分信號變位的時標來實現，每個時標信息應緊跟信號排放。
　　3．4IEC61850對檢修支持的要求
　　(1)檢修狀態由IED壓板開入方式實現，當IED檢修壓板投入時，上送報文的品質q的測試位Test置位。IED必須將檢修壓板狀態上送客戶端。
　　(2)客戶端根據上送報文的品質Test位判斷報文是否為檢修報文并作出相應處理，如不顯示簡報窗，不發出音響告警，但應該刷新畫面，保證畫面的狀態與實際相符。
　　(3)IEC61850接收端裝置要將接收的IEC61850報文中的Test位與裝置自身的檢修壓板狀態進行比較，只有兩者一致時才將信號作為有效進行處理或動作；對于測控裝置，兩者任意一個為1時需將上傳報文品質Q的Test位置1。
　　(4)IEC61850用于出口的信號，可以增加出口軟壓板，軟壓板的設置原則上采用與傳統硬壓板一致，可以根據運行的實際需求適當精簡。
　　5結語
　　目前我國電力行業正處在向智能化電網變革的探索時期，隨著網絡化智能設備技術的日趨成熟，必將引發電力系統自動化領域里的革命性的變化。新型電力標準IEC61850將在未來的數字化變電站中占據主導地位。本文結合廣州某110kV變電站的改造，深入研究IEC61850通信機制的特點，以簡易母線保護為對象，給出了傳統變電站站內通信向數字化變電站過渡的改革方法。該網絡通信原理同樣適用于變電站改造中的備自投、全站集中式低頻低壓減載、主變過負荷減載、小電流接地選線等。
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