變電站IEC 61850化的推廣，促進(jìn)了地鐵變電站智能化的發(fā)展。為了更加可靠地實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能，在地鐵供電系統(tǒng)中引入網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)方案，采用基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的面向通用對(duì)象的變電站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）信號(hào)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬接線實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置之間的信息交互，解決了傳統(tǒng)硬接線抗干擾能力弱、接線復(fù)雜、信號(hào)無法監(jiān)視等問題。

地鐵供電系統(tǒng)的智能電子設(shè)備（intelligent electronic device, IED）間存在信息的交互，為實(shí)現(xiàn)IED之間的通信，需通過變電站系統(tǒng)配置描述（system configuration description, SCD）文件工具進(jìn)行變電站集成和裝置之間的過程層配置。

SCD是全站的系統(tǒng)配置文件，描述所有IED的實(shí)例配置和通信參數(shù)、IED之間的通信配置及變電站一次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，系統(tǒng)集成配置的版本大多采用的是第1版（IEC 61850 Ed 1.0），IEC 61850 Ed 1.0在配置過程中存在一定的局限性，配置效率較低。

隨著地鐵智能變電站的推廣與實(shí)踐，現(xiàn)有的智能化技術(shù)從站域向廣域擴(kuò)展，提升工程配置效率的需求越來越緊迫。目前，國(guó)內(nèi)進(jìn)行了相關(guān)的研究，所提出的改進(jìn)措施對(duì)IEC 61850工程集成配置效率有很大提升，但與實(shí)際需求仍有差距。

IEC 61850第2版（IEC 61850 Ed 2.0）對(duì)第1版的IEC 61850—1、—4、—5、—6、—7—2、—7—3、—7—4、—8—1、—9、—10標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行了修改，對(duì)系統(tǒng)集成配置過程進(jìn)行了改進(jìn)，提出了分項(xiàng)目管理的方法，給項(xiàng)目的配置與維護(hù)提供了便捷。將IEC 61850 Ed 2.0的新增技術(shù)應(yīng)用在實(shí)際工程中必將能大大提升工程配置的效率。因此，本文結(jié)合地鐵供電系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及IEC 61850 Ed 2.0的配置過程，提出一種基于系統(tǒng)交換描述（system exchange description, SED）文件的地鐵供電系統(tǒng)工程應(yīng)用配置方案。

1 地鐵供電系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)的主要功能是將中壓交流電降壓整流為直流1500V或750V，為地鐵列車提供牽引電源。以某地鐵中壓35kV交流供電系統(tǒng)與1500V直流供電系統(tǒng)為例，目前參與網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)的設(shè)備主要包括35kV交流繼電保護(hù)裝置和1 500V直流保護(hù)裝置，保護(hù)裝置間的交互信息包括站內(nèi)與站間的聯(lián)跳、閉鎖信息。

在實(shí)際工程應(yīng)用中，為提高通信的可靠性，地鐵供電系統(tǒng)采用雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，站內(nèi)每個(gè)間隔的保護(hù)裝置的兩個(gè)光接口通過光纖分別連接至兩臺(tái)交換機(jī)，通過交換機(jī)組建GOOSE A網(wǎng)和GOOSE B網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)站內(nèi)信息的交互；站間差動(dòng)保護(hù)裝置的信息交互則采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式，通過獨(dú)立的差動(dòng)光纖通道來實(shí)現(xiàn)。其他跨站的信息交互通過交換機(jī)級(jí)聯(lián)的方式來實(shí)現(xiàn)。地鐵供電系統(tǒng)過程層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 地鐵供電系統(tǒng)過程層組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

基于GOOSE信號(hào)實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)，具有配置靈活、擴(kuò)展方便的特點(diǎn)，當(dāng)回路的保護(hù)功能發(fā)生改變或需要擴(kuò)展時(shí)，只需通過調(diào)整軟件的功能即可完成，減少了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的時(shí)間，大大提高了現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試效率。此外，保護(hù)GOOSE信息通過交換機(jī)級(jí)聯(lián)的方式組成網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全線信息的共享，為繼電保護(hù)的功能擴(kuò)展、性能提升、定值整定、站間區(qū)域保護(hù)提供了更大的發(fā)展空間。

2 現(xiàn)有工程應(yīng)用配置方案

基于地鐵供電系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與信息交互特點(diǎn)，現(xiàn)有的工程應(yīng)用配置方案是將全線所有參與網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)的IED配置在同一個(gè)SCD文件中。工程配置的主要環(huán)節(jié)如下：

1）在系統(tǒng)配置工具中創(chuàng)建項(xiàng)目的Communi- cation（通信系統(tǒng)）子網(wǎng)信息，包括制造報(bào)文規(guī)范（manufacturing message specification, MMS）通信信息和GOOSE通信網(wǎng)絡(luò)信息。

2）添加IED。在系統(tǒng)配置工具中導(dǎo)入IED的能力描述（IED capability description, ICD）文件。

3）對(duì)IED進(jìn)行實(shí)例化配置。配置信息包括IEDName、站控層通信、過程層通信等，配置完成后生成IED實(shí)例化配置描述（configured IED description, CID）文件。

地鐵全線涉及的IED數(shù)量較多，采用一個(gè)SCD文件實(shí)現(xiàn)全線IED信息管理的方式，會(huì)造成SCD文件龐大，不利于項(xiàng)目后期擴(kuò)容；且為避免出錯(cuò)，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和維護(hù)的過程中，需要調(diào)試人員了解全線設(shè)備，存在調(diào)試效率低、配置容易出錯(cuò)等缺點(diǎn)。

3 SED文件介紹

IEC TC57WG10對(duì)基于IEC 61850—6 Ed 1.0的工程實(shí)踐進(jìn)行了總結(jié)[8]，在ICD、SCD、系統(tǒng)規(guī)范描述（system specification description, SSD）文件、CID的基礎(chǔ)上，IEC 61850 Ed 2.0新增了兩種模型文件，即實(shí)例化IED描述（instantiated IED description, IID）文件和SED，使變電站系統(tǒng)集成過程得到優(yōu)化，工程使用更加方便。

SED文件可用于變電站內(nèi)多個(gè)項(xiàng)目之間SCD文件的交互。

該文件描述被另一個(gè)項(xiàng)目使用的項(xiàng)目接口，以及重新導(dǎo)入時(shí)增加的項(xiàng)目間工程化接口連接。SED文件是SCD文件的一個(gè)子集，含有智能電子設(shè)備接口部分及項(xiàng)目間接口連接引用的固化智能電子設(shè)備。

下面以BYE保護(hù)測(cè)控裝置的SED文件為例進(jìn)行介紹。SED文件由Header、Communication、IED和DataTypeTemplates組成，如圖2所示。

圖2 BYE保護(hù)測(cè)控裝置SED文件結(jié)構(gòu)

Header用于標(biāo)識(shí)SED文件及配置工具的信息，如圖3所示。

圖3 BYE保護(hù)測(cè)控裝置Header示意圖

Communication描述各個(gè)IED的通信子網(wǎng)和通信連接訪問點(diǎn)。Communication字段如圖4所示，該段詳細(xì)描述了保護(hù)測(cè)控裝置的三個(gè)通信子網(wǎng)，分別為站控層A、B網(wǎng)，GOOSE網(wǎng)。站控層A、B網(wǎng)用于站控層MMS協(xié)議通信，GOOSE網(wǎng)是用于GOOSE協(xié)議通信。

圖4BYE保護(hù)測(cè)控裝置Communication字段

IED描述了智能電子設(shè)備的具體內(nèi)容、訪問點(diǎn)和提供的服務(wù)信息。BYE保護(hù)測(cè)控裝置SED文件的IED字段如圖5所示。該保護(hù)測(cè)控裝置包含2個(gè)訪問點(diǎn)S1和G1，通過S1服務(wù)器的邏輯設(shè)備有LD0、PROT、CTRL、MEAS和RCD[11]，通過訪問點(diǎn)G1服務(wù)器的邏輯設(shè)備有PI。

圖5 BYE保護(hù)測(cè)控裝置IED字段

DataTypeTemplates字段包含裝置所有實(shí)例化的邏輯節(jié)點(diǎn)類型LNodeType、數(shù)據(jù)對(duì)象類型DOType、數(shù)據(jù)屬性類型DAType和枚舉類型EnumType。BYE保護(hù)測(cè)控裝置的DataTypeTemplates字段如圖6所示。

圖6BYE裝置DataTypeTemplates字段

4 基于SED文件的工程配置方案

IEC 61850 Ed 2.0提出把一個(gè)實(shí)際工程的二次系統(tǒng)劃分為若干項(xiàng)目進(jìn)行管理的辦法，每個(gè)項(xiàng)目采用一個(gè)獨(dú)立的SCD文件，項(xiàng)目間通過SED文件實(shí)現(xiàn)信息交互。地鐵供電系統(tǒng)的正線大多是按站來配置電力監(jiān)控系統(tǒng)（power supervisory control and data acquisition, PSCADA），PSCADA進(jìn)行工程開發(fā)時(shí)也需依托SCD文件進(jìn)行相關(guān)的通信配置，結(jié)合地鐵供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，每個(gè)站參與網(wǎng)絡(luò)化保護(hù)的設(shè)備不多。

為方便現(xiàn)場(chǎng)的工程配置與PSCADA調(diào)試，本方案采用按站點(diǎn)劃分項(xiàng)目的方式來進(jìn)行SCD文件的配置，每個(gè)站配置一個(gè)SCD文件，站間設(shè)備的信息交互通過SED文件來實(shí)現(xiàn)?；赟ED文件實(shí)現(xiàn)裝置信息交互的方式可以把影響范圍縮小到站內(nèi)有關(guān)聯(lián)的IED，避免因配置出錯(cuò)波及系統(tǒng)中其他站間與該數(shù)據(jù)通信不相干的部分。

5 測(cè)試驗(yàn)證

5.1 配置步驟

以地鐵供電系統(tǒng)3個(gè)相鄰的變電所為例進(jìn)行說明。A、B、C三個(gè)變電所之間存在信息的交互。以A站為例，A站直流饋線213的信息交互情況如下：1）A站直流饋線213與A站負(fù)極柜2011間存在框架泄漏聯(lián)跳信號(hào)；2）A站直流饋線213與B站直流饋線211間存在故障聯(lián)跳信號(hào)（小雙邊供電）；3）A站直流饋線213與C站直流饋線211間存在故障聯(lián)跳信號(hào)（大雙邊供電）。

按站進(jìn)行項(xiàng)目的劃分，將3個(gè)變電所劃分為A站、B站、C站三個(gè)項(xiàng)目。每個(gè)項(xiàng)目分別建立一個(gè)SCD文件。SCD文件的配置流程如下：

1）創(chuàng)建三個(gè)SCD文件，分別命名為A站、B站、C站。

2）在系統(tǒng)配置工具中創(chuàng)建項(xiàng)目的Communi- cation（通信系統(tǒng)）子網(wǎng)信息，包括MMS通信和GOOSE通信網(wǎng)絡(luò)。

3）添加IED。在系統(tǒng)配置工具中導(dǎo)入ICD文件。

4）對(duì)IED進(jìn)行實(shí)例化配置，包括IEDName、站控層通信、過程層通信等信息。

5）從B站、C站這兩個(gè)SCD文件中導(dǎo)出與A站有通信關(guān)聯(lián)的設(shè)備的SED文件。

6）將從B站、C站導(dǎo)出的SED文件導(dǎo)入A站的SCD文件中，并進(jìn)行相關(guān)的虛端子連線配置，如圖7所示，A站213（PD213a）裝置的GOOSE接收9、GOOSE接收10接收B站211（PD211b）裝置的信號(hào)；A站213裝置的GOOSE接收12、GOOSE接收13接收C站211（PD211c）裝置的信號(hào)。

圖7 A站IED與鄰站的虛端子連線示意圖

7）保存A站的SCD文件，生成CID文件。

8）將CID文件導(dǎo)入IED中，完成整個(gè)配置過程。

5.2 測(cè)試結(jié)果

在試驗(yàn)室搭建試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行模擬，驗(yàn)證裝置間的信息交互是否滿足可靠性的要求。

1） 在小雙邊供電的情況下，模擬A站直流饋線213發(fā)生過電流保護(hù)動(dòng)作來驗(yàn)證站間配置的可靠性。小雙邊供電方式下，A站的213開關(guān)與B站的211開關(guān)為同一供電區(qū)間供電，當(dāng)供電區(qū)間發(fā)生短路故障時(shí)，會(huì)聯(lián)跳同一供電區(qū)間的兩個(gè)開關(guān)，模擬故障點(diǎn)為如圖8所示的d1點(diǎn)。

2） 采用測(cè)試儀給A站213保護(hù)裝置加量的方式來模擬d1點(diǎn)故障。當(dāng)d1點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，A站直流饋線213保護(hù)裝置動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作信號(hào)通過光纖GOOSE經(jīng)交換機(jī)傳遞給B站直流饋線211保護(hù)裝置，聯(lián)跳B站211開關(guān)。B站211開關(guān)在4ms內(nèi)完成跳閘。

圖8 小雙邊供電保護(hù)故障示意圖

2）在大雙邊供電的情況下，模擬A站直流饋線213發(fā)生過電流保護(hù)動(dòng)作來驗(yàn)證跨站間配置的可靠性。大雙邊供電方式下，A站的213開關(guān)與C站的211開關(guān)為同一供電區(qū)間供電，此時(shí)B站的越區(qū)隔離開關(guān)2113處于合閘位置。當(dāng)供電區(qū)間發(fā)生短路故障時(shí)，會(huì)聯(lián)跳同一供電區(qū)間的兩個(gè)開關(guān)，模擬故障點(diǎn)為如圖9所示的d2點(diǎn)。

圖9 大雙邊供電保護(hù)故障示意圖

采用測(cè)試儀給A站213保護(hù)裝置加量的方式來模擬d2點(diǎn)故障。當(dāng)d2點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，A站直流饋線213保護(hù)裝置動(dòng)作，動(dòng)作信號(hào)通過光纖GOOSE經(jīng)交換機(jī)傳遞給C站直流饋線211保護(hù)裝置，聯(lián)跳C站211開關(guān)。C站211開關(guān)在4ms內(nèi)完成跳閘。

由以上測(cè)試可知，基于SED文件的地鐵供電系統(tǒng)工程應(yīng)用配置方案可實(shí)現(xiàn)全線保護(hù)裝置的信息交互，且信息交互可靠，滿足GOOSE通信的要求。按站進(jìn)行SCD文件的配置，配置更簡(jiǎn)單、便捷。

6 結(jié)論

本文采用按站進(jìn)行項(xiàng)目劃分來創(chuàng)建SCD文件，再借助SED文件實(shí)現(xiàn)站間裝置信息交互的方式實(shí)現(xiàn)地鐵全線IED的工程配置方案，可減少SCD規(guī)模和IED間的關(guān)聯(lián)性，配置簡(jiǎn)單方便，且項(xiàng)目擴(kuò)容時(shí)只需修改本站的SCD文件，涉及修改的裝置較少，對(duì)項(xiàng)目后期擴(kuò)容及維護(hù)都提供了便利。

本文編自2022年第5期《電氣技術(shù)》，論文標(biāo)題為“基于SED文件的地鐵供電系統(tǒng)工程配置應(yīng)用方案”，作者為謝金蓮、曾彬華 等。