謝金蓮 曾彬華 招康杰 賴沛鑫

基于SED文件的地鐵供電系統(tǒng)工程配置應(yīng)用方案

謝金蓮 曾彬華 招康杰 賴沛鑫

（廣州白云電器設(shè)備股份有限公司，廣州 510000）

本文介紹了地鐵供電系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并對(duì)地鐵供電系統(tǒng)現(xiàn)有的工程配置方案進(jìn)行分析。結(jié)合地鐵供電系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，提出一種基于系統(tǒng)交換描述（SED）文件的地鐵供電系統(tǒng)工程配置應(yīng)用方案，并通過測(cè)試驗(yàn)證了該方案的有效性。

系統(tǒng)交換描述（SED）文件；工程配置應(yīng)用方案；系統(tǒng)配置描述（SCD）文件

0 引言

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[1]。

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[2]。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，如文獻(xiàn)[3]介紹了SCD語義的保護(hù)二次回路辨識(shí)技術(shù)，文獻(xiàn)[4]介紹了智能變電站SCD模型解耦技術(shù)，文獻(xiàn)[5]介紹了智能變電站設(shè)計(jì)配置一體化技術(shù)方案，文獻(xiàn)[6]介紹了智能變電站SCD文件全模型擴(kuò)展技術(shù)方案。上述文獻(xiàn)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[2]。

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[2]，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1 500V或750V，為地鐵列車提供牽引電源[7]。以某地鐵中壓35kV交流供電系統(tǒng)與1 500V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[9]，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[10]。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4 BYE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6 BYE保護(hù)測(cè)控裝置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)。

圖8 小雙邊供電保護(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。

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。

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Application scheme of subway power supply system engineering based on system exchange description file

XIE Jinlian ZENG Binhua ZHAO Kangjie LAI Peixin

(Guangzhou Baiyun Electric Equipment Co., Ltd, Guangzhou 510000)

This paper introduces the network structure of subway power supply system and analyzes the existing project configuration scheme of subway power supply system. Based on the characteristics of subway power supply system, an application scheme of subway power supply system engineering configuration based on system exchange description (SED) file is proposed, and the validity of the scheme is verified by test.

system exchange description (SED) file; engineering configuration application scheme; system configuration description (SCD) file

2021-12-09

2022-01-20

謝金蓮（1993—），女，廣東省江門市人，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)方面研究工作。