CN105162254A - 变电站数字化改造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种变电站数字化改造方法，包括原母线保护装置升级步骤、全间隔子机模拟量、IO量转换步骤、全间隔子机数据发送步骤、GOOSE接收量转为IO量步骤、轮停间隔改造步骤及全间隔子机退出步骤，在整站SCD文件配置好后，对SCD文件进行私有化配置后下装到全间隔子机，将数字化母差需要的所有未改造完成间隔的关联配置信息修改为全部由全间隔子机发送，同时将数字化母差GOOSE跳闸信息中需要常规跳闸的虚端子关联到全间隔子机进行开出，每改造一个间隔仅需将光纤连线由全间隔子机修改为连接至间隔对应的智能终端、MU，实现全间隔子机的无缝切换，具有局限性小，操作性强，安全可靠，施工简单，改造效率高的技术效果。

Description

变电站数字化改造方法

技术领域

本发明涉及变电站改造技术领域，尤其涉及一种变电站数字化改造方法。

背景技术

常规变电站改造成数字化智能站的过程中，如何使当前正在运行的常规变电站平滑地过渡到数字化变电站，是一个关系到数字化变电站能否得到快速推广的现实问题。现有的数字化变电站改造工程中，运行的设备只能按间隔停运，跨间隔设备不能长时间退出运行，SCD配置文件不能频繁修改；而母线保护装置由于接入支路多、运行方式多样及改造复杂，原母线保护装置改造为数字化母线保护装置过程中面临诸多问题，如何解决改造过程中同时接入常规设备和数字化过程层设备，同时常规设备改造完毕后，数字化过程层设备如何无缝接入到数字化母线保护，是变电站数字化改造过程中最关键的问题。

而现有母线保护装置改造过程中过程层设备接入母线保护的解决方案，采用分母线改造、单间隔改造时保留母差接线方案或过渡接口装置方案，从变电站运行可靠性及工程改造操作性考虑，前述方案均存在一些问题。分母线改造要求母线长期分列运行，同时改造前期全站负荷均集中于一条母线，运行方式单一，运行母线故障将导致停电面积扩大，大大降低了系统的可靠性；此外，该改造方案具有局限性，对电网的一次接线方式要求较高，不适应于所有主接线方式。单间隔改造时保留母差接线方案，要求单间隔保护必须具备既能接受数字量又能接受模拟量的功能，改造过程中需要对改造间隔的保护对交流采集以及开入开出模拟量接线进行更改，施工过程较复杂，改造后的运行间隔后续工作量大，增加改造过程中安全风险及停电次数，同时降低了工作效率。过渡接口装置方案仅支持GOOSE数字化改造，同时过渡接口装置须重新接入大量开入开出线缆，也存在局限性。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种变电站数字化改造方法，以使全间隔子机无缝切换为过程层设备接入母线保护，局限性小，操作性强，安全、可靠，施工简单，改造效率高。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种变电站数字化改造方法，包括以下步骤：

原母线保护装置升级步骤：将原母线保护装置的第一CPU板替换为带光纤收发功能的第二CPU板，并通过第二CPU板控制原母线保护装置采集处理模拟量、IO量，以将原母线保护装置升级为全间隔子机；

全间隔子机模拟量、IO量转换步骤：对原母线保护装置通过电缆采集各间隔的模拟量和IO量，分别经过AD转换和强弱电隔离转换形成数字信号；

全间隔子机数据发送步骤：根据配置好的整站SCD文件，形成全间隔子机的SV发送配置、GOOSE发送配置，全间隔子机通过光纤将模拟量经AD转换后的数字信号模拟多个合并单元发送出去，同时通过光纤将IO量转经强弱电隔离转换后的数字信号模拟多个智能终端和间隔数字化保护发送出去；

GOOSE接收量转为IO量步骤：第二CPU板通过光纤接收数字化母线保护装置的GOOSE跳闸报文，进行解析后形成控制信号，通过数据总线去控制原母线保护装置的跳闸出口；

轮停间隔改造步骤：各间隔轮流停电进行数字化改造，每改造一个间隔时，将其模拟量和IO量接入合并单元和智能终端，全间隔子机退出所述间隔对应的发送软压板并拔掉所述间隔直接连接数字化母线保护装置的光纤，将合并单元和智能终端的光纤接入数字化母线保护装置，同时将所述间隔对应的数字化母线保护装置光口通过光纤连接到Goose网络交换机；及

全间隔子机退出步骤：所有间隔分别数字化改造完毕后，拆除全间隔子机所有外部回路，全间隔子机退出运行。

本发明实施例在整站SCD文件配置好后，对SCD文件进行私有化配置后下装到全间隔子机，将数字化母差需要的所有未改造完成间隔的关联配置信息修改为全部由全间隔子机发送，同时将数字化母差GOOSE跳闸信息中需要常规跳闸的虚端子关联到全间隔子机进行开出，每改造完一个间隔，仅需将间隔光纤连线由全间隔子机修改为连接至间隔对应的智能终端、MU，进而实现全间隔子机的无缝切换，具有局限性小，操作性强，安全、可靠，施工简单，改造效率高的技术效果。

附图说明

图1是本发明实施例的全间隔子机SV配置流程示意图。

图2是本发明实施例的全间隔子机GOOSE发送配置流程示意图。

图3是本发明实施例的全间隔子机GOOSE接收配置流程示意图。

图4是本发明实施例的双母线连接间隔的结构示意图。

图5是本发明实施例的变电站数字化改造方法流程示意图。

图6是本发明实施例的原母线保护装置升级前后结构比较图。

图7是本发明实施例的变电站整站改造过程网络示意图。

图8本发明实施例的变电站整站改造完毕后的网络示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例提供了一种变电站数字化改造方法，具体是全间隔子机无缝切换为过程层设备接入数字化母线保护装置的方法，在改造期间数字化母线保护装置投入运行，改造前后数字化母线保护装置配置不变，原母线保护装置采样及开入开出回路不变，实现常规变电站平滑地过渡到数字化变电站，提高继电保护的可靠性，保证电力系统安全运行。

本发明实施例是在全站系统配置文件（SubstationConfigurationDescription，SCD）配置好后，使用SCD工具对SCD文件进行私有化配置后下装到全间隔子机，将数字化母差（即数字化母线保护装置）需要的所有未改造完成间隔的关联配置信息修改为全部由全间隔子机发送，同时将数字化母差面向通用对象的变电站事件(GenericObject-OrientedSubstationEvent，GOOSE)跳闸信息中需要常规跳闸的虚端子关联到全间隔子机进行开出，如此，数字化母差采样及开入开出信息完备，投入运行，期间每改造完一个间隔，仅需将间隔光纤连线由全间隔子机修改为连接至间隔对应的智能终端、合并单元（MergingUnit，MU）。

通常一台数字化母差需要接收多个不同智能电子设备（IntelligentElectronicDevice，IED）的采样测量值（SAMPLEDVALUE，SV）和GOOSE信息。全间隔子机需要实现无缝切换的关键是实现单个IED设备实现多个SV和GOOSE发送。

请参照图1，针对SV配置，通过新建IED能力描述文件（IEDCapabilityDescription，ICD）实现，步骤如下：一、根据最终版SCD文件中提供的实际MU的ICD及发送特性新建全间隔子机的ICD文件；二、将配置好的ICD文件导入配置好的SCD文件；三、SCD文件中将全间隔子机配置为单IED下多SV包发送并修改每个间隔发送的SMV(SV也称为SMV)控制块与现场实际MU的SMV实际控制块一致；四、将生成的“MU.CFG”文件导入全间隔子机；五、测试验证全间隔子机与数字化母线保护装置通讯及间隔关联的正确性。

请参照图2，针对GOOSE发送配置，全间隔子机的GOOSE发送通过修改最终版本SCD文件中的智能终端、各间隔数字化保护GOOSE发送通道的虚端子短地址实现。步骤如下：一、修改最终版SCD文件中智能终端、间隔数字化保护的GOOSE发送通道虚端子短地址为全间隔子机的短地址；二、生成各智能终端、间隔数字化保护等IED对应的GOOSE配置文件“GOOSE.cfg”；三、修改GOOSE配置文件名称，按全间隔子机GOOSE发送顺序排列；四、将排列好的GOOSETx01.cfg~GOOSETx0x.cfg下装到全间隔子机中；五、测试验证全间隔子机与数字化母线保护装置通讯及间隔关联的正确性。

请参照图3，针对全间隔子机的GOOSE接收，通过新建全间隔子机ICD文件实现，实现步骤如下：一、新建全间隔子机GOOSE接收用的ICD文件；二、将新建的ICD文件导入配置好的SCD文件中，三、SCD文件中将数字化母差各支路跳闸及联跳出口关联到全间隔子机的对应的开入虚端子；四、将生成的“GOOSE.CFG”文件名称修改为“GOOSERx.CFG”后导入全间隔子机；五、测试验证数字化母线保护装置GOOSE出口与全间隔子机跳闸出口关联的正确性。

下面结合实施例对本发明申请作进一步详细说明：

如图4所示的双母线接线，有L1、L2、L3、L4、L5及L6六个间隔，L1为母联。连接母线的所有间隔均须逐个改造为MU采集、智能终端采集和跳闸和间隔数字化保护以进行数字化改造。

请参照图5，本发明实施例的变电站数字化改造方法，包括以下步骤：

原母线保护装置升级步骤S1：原母线保护装置升级前后结构比较如图6所示，将原母线保护装置的第一CPU板替换为带光纤收发功能的第二CPU板，并通过第二CPU板控制原母线保护装置采集处理模拟量、IO量，以将原母线保护装置升级为全间隔子机。作为一种实施方式，也可直接新增一台全间隔子机，将原采样及所有开入开出回路引入新增的全间隔子机。

优选地，所述原母线保护装置采集的电流和电压为原母线保护装置模拟量对应为所采集二次电流和二次电压；全间隔子机，采集的硬开入IO量对应为原母线保护装置所采集的开关、刀闸辅助接点及失灵开入，采集的IO量对应全间隔子机的硬接点为原母线保护装置各支路跳闸接点和失灵联跳。换句话讲，所述全间隔子机采集的模拟量和IO量为原母线保护装置模拟量和IO量，装置屏柜接线及外部回路无任何变化。

间隔子机模拟量、IO量转换步骤S2：对原母线保护装置通过电缆采集各间隔的模拟量和IO量，分别经过AD转换和强弱电隔离转换形成数字信号。

全间隔子机数据发送步骤S3：根据配置好的整站SCD文件，形成全间隔子机的SV发送配置、GOOSE发送配置，全间隔子机通过光纤将模拟量经AD转换后的数字信号模拟多个合并单元（可以是多个不同规格的合并单元）发送出去，同时通过光纤将IO量转经强弱电隔离转换后的数字信号模拟多个智能终端和间隔数字化保护可以是多个不同规格的智能终端和间隔保护）发送出去。

本实施方式中，形成全间隔子机MU配置的具体过程如下：

SCD文件中数字化母差接收的7个MU配置情况包括：

母线MU：采集M1和M2母线三相电压，SMV控制块为：MM5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1通道数为23。

L1母联MU：采集L1母联三相电流，SMV控制块为：MF5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1通道数为18。

L2支路MU：采集L2支路三相电流，SMV控制块为：ME5002AMU1/LLN0$SV$Smvcb1通道数为18。

L3支路~L6支路MU配置类似，不在赘述。

将上述7个MU的SV发送数据集导出合并形成一个大的ICD文件，修改ICD文件中M1和M2母线三相电压采集短地址改为全间隔子机电压采集的短地址，L1~L6支路三相电流采集的短地址改为全间隔子机对应各支路电流采集的短地址。其他数字化母差未使用的短地址修改为全间隔子机备用通道短地址。将该ICD文件通过SCD工具生成MU.CFG配置文件，配置文件中包含7个独立MU发送包和7个独立发送口，第一个SV发送口发送的SMV控制块为MM5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1通道数为23，与母线MU发送的控制块和通道数完全一致，其中电压采样值为全间隔子机电压采样值。

第二个SV发送口发送的SMV控制块为：MF5001AMU1/LLN0$SV$Smvcb1通道数为18，与L1母联MU发送的控制块和通道数完全一致，其中母联采样值为全间隔子机母联采样值。

第三至第七发送口发送的参照执行。

形成全间隔子机GOOSE发送配置的具体过程如下：

SCD中数字化母差接收的6个实际智能终端和间隔保护配置情况包括：

L1智能终端：A、B、C三相断路器位置；

L2~L6智能终端：L2~L6支路1G和2G刀闸位置；

L1间隔保护：L1保护失灵启动开入；

L2~L6间隔保护：L2~L6三相启动失灵开入；

将SCD文件中上述智能终端和间隔保护通道的短地址全部改为全间隔子机的对应开入通道的短地址，其他数字化母差未使用通道全部改为全间隔子机备用开入短地址。然后分别生成L1~L6智能终端的GOOSE配置文件和L1~L6间隔保护的GOOSE配置文件，并与全间隔子机约定好名称后下装到全间隔子机。

全间隔子机接收数字化母差GOOSE发送配置过程如下：

SCD中数字化母差需要发送的出口包括：

01~06支路跳闸出口；

02和03支路失灵联跳出口；

M1和M2母线保护动作出口；

将全间隔子机ICD文件导入SCD中，将数字化母差上述跳闸出口分别关联至全间隔子机的开入（对应各支路跳闸出口和失灵联跳出口），生成全间隔子机GOOSE配置文件，与全间隔子机约定好名称后下装到全间隔子机。

数字化母线保护装置联跳并投运过程如下：

对数字化母差、MU、智能终端、保护装置和全间隔子机设备进行联调后，即可将数字化母差和全间隔子机运至改造现场，待数字化母差安装调试完毕，将原常规母差停运，修改为全间隔子机，数字化母差和全间隔子机顺利投入运行。

具体地，全间隔子机将转化后的SV发送量通过过程层网络的通讯协议分间隔分包传送给数字化母线保护装置，转化后的GOOSE发送量通过GOOSE过程层网络分间隔分包传送给数字化母线保护装置，通过电缆将全间隔子机接到操作箱及常规主变线路间隔保护。分间隔分包即发送的数据格式对应与过程层网络的IEC61850-9-2通讯协议和GOOSE通讯协议要求一致。优选地，全间隔子机所连接光纤的光口可以发送不同SV控制块的SV报文，所述SV报文由原母线保护装置各间隔采集的模拟量转换而成；全间隔子机所连接光纤的光口可以发送不同GOCB控制块的GOOSE报文，所述GOOSE报文由原母线保护装置各间隔采集的IO量转换而成，GOOSE报文包含有GOOSE跳闸报文；全间隔子机按间隔发送的SV控制块、GOCB控制块与合并单元、智能终端及间隔数字化保护发送的SV控制块、GOCB控制块完全一致。全间隔子机通过设置软压板的方式控制GOCB控制块的发送。

优选地，全间隔子机可以配置发送多个不同SVID的SV包，SVID名称可配置；全间隔子机可以配置多个智能终端和间隔数字化保护的GOOSE发送量的发送包。

GOOSE接收量转为IO量步骤S4：第二CPU板通过光纤接收数字化母线保护装置的GOOSE跳闸报文，进行解析后形成控制信号，通过数据总线去控制原母线保护装置的跳闸出口。优选地，全间隔子机将接收的数字化母线保护装置的GOOSE跳闸报文后转换为硬接点开出，硬接点开出对应于原母线保护装置各间隔跳闸出口。

轮停间隔改造步骤S5：各间隔轮流停电进行数字化改造，每改造一个间隔时，将其模拟量和IO量接入合并单元和智能终端，全间隔子机退出所述间隔对应的发送软压板并拔掉所述间隔直接连接数字化母线保护装置的光纤，将合并单元和智能终端的光纤接入数字化母线保护装置，同时将所述间隔对应的数字化母线保护装置光口通过光纤连接到Goose网络交换机。

优选地，全间隔子机按间隔发送的SV发送量中的SV包配置信息与改造后MU发送的SV发送量中的SV包配置信息完全一致，间隔SV发送可与对应的MU发送无缝替换。具体地，全间隔子机模拟多个不同厂家合并单元与数字化母线保护装置连接期间，模拟的任意一个合并单元连接光纤拔掉后，用新安装的实际合并单元光纤替代，数字化母线保护装置即可与该合并单元正常通讯。

优选地，全间隔子机按间隔发送刀闸位置开入的GOCB包配置信息与改造后所述的智能终端发送的GOCB包配置信息完全一致，间隔GOOSE发送可与对应智能终端GOOSE发送无缝替换。具体地，全间隔子机模拟多个不同厂家智能终端与数字化母线保护装置连接期间，模拟的任意一个智能终端连接光纤拔掉后，用新安装的实际智能终端光纤替代，数字化母线保护装置即可与该智能终端可正常通讯。

优选地，全间隔子机按间隔发送失灵开入的GOCB包配置信息与改造后所述的间隔保护发送的GOCB包配置信息完全一致，间隔GOOSE发送可与对应智能终端GOOSE发送无缝替换。具体地，全间隔子机模拟多个不同厂家间隔数字化保护与数字化母线保护装置通讯连接期间，模拟的任意一个间隔数字化保护发送功能退出后，将间隔数字化保护通过光纤直接接入数字化母线保护装置连接网络交换机，数字化母线保护装置即可与该间隔数字化保护正常通讯。

请参照图7，为变电站整站改造过程网络示意图，假设从L2支路开始改造，将L2支路一次开关断开，其他支路正常投入运行，将L2支路改造为MU、智能终端，直接将原接入全间隔子机的L2支路对应光纤改接入MU、智能终端，同时将全间隔子机L2支路失灵发送GOOSE包屏蔽。不需修改数字化母差和全间隔子机配置，即可恢复数字化母差正常通讯和保护投入，实现无缝切换。

全间隔子机退出步骤S6：变电站整站改造完毕后的网络示意图如图8所示，所有间隔分别数字化改造完毕后，拆除全间隔子机所有外部回路，全间隔子机退出运行。

优选地，间隔该站完成后，全间隔子机模拟数字化间隔保护发送的GOCB包可通过压板方式屏蔽不再发送。具体地，任意间隔改造前后，数字化母线保护装置只需对光纤进行短暂切换，即可迅速恢复正常运行。

综上，本发明是一种全间隔子机无缝切换为过程层设备接入母线保护装置的方法，是基于微机和数字化继电保护装置平台上实现的，方法简单、安全、可靠，由于不需要对母线保护装置原交流采样以及开入开出模拟量接线进行更改，改造完成后不需要对数字化母线保护装置配置进行修改，极大减少了施工过程复杂性，降低了改造期间设备停电和校验次数，减少投资，降低风险，增加了系统运行安全性和可靠性，有效解决了常规变电站平滑地过渡到智能化变电站时母线保护装置无法运行的问题。

另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）等。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (7)

1.一种变电站数字化改造方法，其特征在于，包括以下步骤：

原母线保护装置升级步骤：将原母线保护装置的第一CPU板替换为带光纤收发功能的第二CPU板，并通过第二CPU板控制原母线保护装置采集处理模拟量、IO量，以将原母线保护装置升级为全间隔子机；

全间隔子机模拟量、IO量转换步骤：对原母线保护装置通过电缆采集各间隔的模拟量和IO量，分别经过AD转换和强弱电隔离转换形成数字信号；

全间隔子机数据发送步骤：根据配置好的整站SCD文件，形成全间隔子机的SV发送配置、GOOSE发送配置，全间隔子机通过光纤将模拟量经AD转换后的数字信号模拟多个合并单元发送出去，同时通过光纤将IO量转经强弱电隔离转换后的数字信号模拟多个智能终端和间隔数字化保护发送出去；

GOOSE接收量转为IO量步骤：第二CPU板通过光纤接收数字化母线保护装置的GOOSE跳闸报文，进行解析后形成控制信号，通过数据总线去控制原母线保护装置的跳闸出口；

轮停间隔改造步骤：各间隔轮流停电进行数字化改造，每改造一个间隔时，将其模拟量和IO量接入合并单元和智能终端，全间隔子机退出所述间隔对应的发送软压板并拔掉所述间隔直接连接数字化母线保护装置的光纤，将合并单元和智能终端的光纤接入数字化母线保护装置，同时将所述间隔对应的数字化母线保护装置光口通过光纤连接到Goose网络交换机；及

全间隔子机退出步骤：所有间隔分别数字化改造完毕后，拆除全间隔子机所有外部回路，全间隔子机退出运行。

2.如权利要求1所述的变电站数字化改造方法，其特征在于，所述原母线保护装置采集的模拟量对应为二次电流和二次电压，采集的IO量对应为开关、刀闸辅助接点及失灵开入，采集的IO量对应的硬接点为原母线保护装置各支路跳闸接点和失灵联跳。

3.如权利要求1所述的变电站数字化改造方法，其特征在于，全间隔子机所连接光纤的光口可以发送不同SV控制块的SV报文，所述SV报文由原母线保护装置各间隔采集的模拟量转换而成。

4.如权利要求3所述的变电站数字化改造方法，其特征在于，全间隔子机所连接光纤的光口可以发送不同GOCB控制块的GOOSE报文，所述GOOSE报文由原母线保护装置各间隔采集的IO量转换而成。

5.如权利要求1所述的变电站数字化改造方法，其特征在于，全间隔子机将接收的数字化母线保护装置的GOOSE跳闸报文后转换为硬接点开出，硬接点开出对应于原母线保护装置各间隔跳闸出口。

6.如权利要求4所述的变电站数字化改造方法，其特征在于，全间隔子机按间隔发送的SV控制块、GOCB控制块与合并单元、智能终端及间隔数字化保护发送的SV控制块、GOCB控制块完全一致。

7.如权利要求6所述的变电站数字化改造方法，其特征在于，全间隔子机通过设置软压板的方式控制GOCB控制块的发送。