陆梦龙+张力

摘 要：结合IEC61850的协议特征以及智能变电站的技术特点，针对漏电保护在智能变电站中的应用，介绍了智能变电站漏电保护的基本构造，建立了基于IEC61850的单间隔线路信息模型，重点建立了漏电保护逻辑节点（LN）模型，给出了包含漏电保护逻辑节点的服务器模型。在此基础上，研究了服务器的通信问题，包括采样值的获取、漏电跳闸命令的发送以及漏电保护选线结果到后台管理系统的传输。

关键词：IEC61850；智能变电站；漏电保护；逻辑节点；通信服务模型

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）15-0131-03

随着电子式互感器、智能开关技术和网络通信技术的发展，基于IEC61850的智能变电站技术趋于成熟，并将很快代替传统变电站自动化技术，成为变电站领域的新技术[1]。漏电故障是供配电网中发生概率较高的故障类型，漏电故障不仅影响供电系统的正常稳定供电，威胁工作人员人身安全，煤矿井下供配电网发生漏电，还可能导致瓦斯、煤尘爆炸，甚至使电气雷管提前引爆[2]。采取漏电保护措施和设置选择性漏电保护可以极大提高供电的安全性和可靠性[3]。因此，漏电保护作为变电站自动化系统的一种重要保护功能，在智能变电站中必须有相应的解决方案。

本文按照IEC61850标准要求，结合智能变电站技术特点和漏电保护的要求，针对智能变电站中性点非有效接地系统探讨漏电故障处理方案，对漏电保护模块进行建模研究，建立了漏电保护的逻辑节点模型和通信服务模型，并在此基础上研究了漏电保护模型的通信实现问题。

1 智能变电站漏电保护构造

智能变电站采用先进的智能化设备，实现了各种信息的数字化采集和网络化传输，具有信息化、自动化、互动化等特点[4]，智能变电站中各种保护装置与传统站最大的不同在于信息传输的方式不同，智能变电站采用光纤通信，网络化传输，提高了保护装置的快速性和可靠性。

根据国网公司颁布的《智能变电站继电保护技术规范》，保护装置宜采用直采直跳方式，本文漏电保护装置从合并单元处直接采集电压电流量，跳闸命令则经过GOOSE网发送到智能终端。其中GOOSE和SV采用二网合一的方式。智能变电站漏电保护架构如图1所示。

漏电保护的原理种类较多，目前常用的主要有零序电流原理；零序电压原理；零序功率方向原理等。从现场实际应用效果看，漏电保护装置动作准确性并不高，误动、拒动现象时有发生。零序电流有功分量法由于能够克服上述原理存在的各种不足，简单易行，应用较为广泛。

文献[5]给出了零序电流有功分量法故障选线判据，该判据简单易行可，大大提高了计算效率。现场应用结果表明，使用该判据的漏电保护装置具有较高的灵敏性和可靠性。

2 基于IEC61850标准的漏电保护建模

IEC61850标准采用面向对象的建模方法，对变电站功能和智能电子设备建模[6]，抽象出设备所含有的逻辑节点以及每个逻辑节点所含的参数、属性，找出逻辑节点之间的数据流向，再利用统一建模语言工具对其进一步分析[7]。多个逻辑节点协同工作，共同完成变电站内的控制、保护、测量及其他功能。

2.1 漏电保护逻辑节点

IEC61850定义了约90个逻辑节点，漏电保护在其中尚未定义。按照IEC61850-7-4标准对扩展新功能逻辑节点的要求，定义漏电保护逻辑节点为PLEA，其中P表示保护逻辑节点组，LEA是Leakage的缩写。漏电保护逻辑节点是发生漏电保护时最重要的逻辑节点，逻辑节点PLEA包含发生漏电故障时各条线路的零序电压电流值，以及漏电馈线编号，漏电保护算法模块读取PLEA中零序电压电流数据值，通过零序电流有功分量法计算后可判断漏电故障线路。

图2是对某单间隔线路建模的信息模型，IED1是保护、测量和控制一体化的智能电子设备，对装置功能进行分解，建立逻辑节点模型，漏电保护逻辑节点PLEA是其中的一个逻辑节点。

PLEA从电流电压互感器逻辑节点TCTR、TVTR处得到电流电压值并判断线路是否发生漏电，若发生漏电，漏电保护算法模块将启动并判断漏电支路，开关控制逻辑节点CSWI收到跳闸命令后跳开对应的断路器。

漏电保护逻辑节点（PLEA）包括公用逻辑节点信息、状态信息、测量信息和定值信息，公用逻辑节点信息继承公用逻辑节点类必备数据，状态信息包括启动值、动作值、以及漏电馈线编号等；测量信息包括线路的母线零序电压和线路零序电流，可包含多条线路信息；定值信息包括动作整定值、启动时间、动作时间、母线名称和馈线数目等。漏电保护逻辑节点模型如表1所示。表中“M”表示必选，“O”表示可选。

漏电保护模块需要检测多条线路，一般以一段母线为单位建立漏电保护逻辑节点。若母线馈线较多，考虑数据流量大，通信延迟等问题，可以考虑每条线路建立一个逻辑节点，再以母线段为单位，汇总数据后再传送到漏电保护算法模块，这样可以减轻通信压力，避免信息冗余，还可使逻辑节点与数据一一对应，提高系统的可靠性。

2.2 通信服务模型

一个智能电子设备至少包含一个服务器，服务器由逻辑设备及其他公共基本部件组成，如应用关联（Association）、时间同步（Time Synchronisation）、文件传输（File Transfer）等[8]。关联模型主要定义如何在不同装置之间建立并保持通信链接的机制；时间同步服务用于传输对时信息，为报告服务（Report）和日志记录（Log）提供毫秒级精度的时标，为同步采样提供微秒级精度的时标。文件传输服务提供大型數据块（文件）的传输方法，例如保护装置利用文件服务将故障报告文件、录播文件上送到保护信息子站或后台监控主机[9]。图3是服务器的基本模型，其中逻辑节点仅以漏电保护逻辑节点（PLEA）为例，其他逻辑节点在此省略。endprint

服务器描述了一个设备“外部可视”的行为，保护IED所有外部可视的信息都包含于服务器中，其通信服务主要采用客户端/服务器的通信模式。根据应用需要对数据/数据属性的引用进行分组形成数据集，通过报告服务向外发送，也可以存储在日志中以备检索。除此外，逻辑节点还有控制、取代、读/写、目录/定义等通信服务[10]，这些服务是对逻辑节点中的数据/数据属性进行操作。

3 保护IED的通信

在智能变电站中，数据实现了网络化传输，所以，实现一个装置的具体功能，通信是关键，本文涉及的具体通信主要包括采样值的传输，跳闸命令的发送以及漏电选线结果的上传。

3.1 采样值获取

智能变电站采样值的获取可有多种方式，本文采用电子式互感器配置合并单元的方法，实现多路电流、电压的合并，合并后的零序电流、电压以IEC61850-9-2采样值报文的形式上传。该方法可以节约大量的控制电缆，同时利用光缆传送数据也大大减少传输损耗并提高抗干扰能力[11]。

根据IEC61850-9-2的要求，采样值传输采用发布方/订阅者通信模式。目前，国内数字化变电站实施中引用了采样值输入虚端子，需要ICD文件中预定义逻辑节点，并在逻辑节点实例中定义DOI信号。生成SCD文件时，在每个装置的LLN0的Inputs部分定义该装置的采样值输入连线信息，每一个内部输入虚端子与每个外部合并单元输出信号一一对应。采样值经过表示层编码后直接映射到数据链路层和物理层，保证了采样值报文传输的快速性。

根据IEC61850-9-2LE的要求，采样频率一般为80点或256点，本文采样频率选为80点。井下馈线较多，数据流量比较大，为了避免存在丢包情况，提高装置的可靠性，必须采取处理速度快的硬件来抓取网络上的数据包。

3.2 跳闸命令传送

漏电故障时，若不及时切除故障，有可能造成严重的事故，甚至造成人员伤亡。因此，系统检测到有漏电发生时必须及时切除故障线路。IEC61850标准推荐使用GOOSE通信实现跳闸命令。GOOSE是IEC61850中的一种快速报文传输机制，用于重要实时信号传输。IEC61850采取快速重发机制、链路通断自检、以及检测SqNum和StNum的变化规律等方法来保证GOOSE传输的可靠性。

对应于传统装置的端子和硬压板，在GOOSE中采用虚端子和软压板来实现漏电保护跳闸命令的传送。同采样值一样GOOSE虚端子需要在ICD文件中预定义，并在逻辑节点实例中定义DOI信号。GOOSE的多种机制保证了跳闸报文的可靠、实时传输，断路器能够在规定的时间内断开漏电线路。

3.3 漏电保护结果上传

漏电保护不仅需要跳闸，还要上传选线结果到后台管理系统，站控层与间隔层之间需要通信。IEC61850-8-1制定了由ACSI到制造报文规范（MMS）的特定通信服务映射规范（SCSM）[12]。MMS采用客户端/服务器通信模式，客户端通过MMS服务对服务器进行监控、调度等。

IEC61850对象模型中，服务器和逻辑设备分别映射到MMS中的虚拟制造设备（VMD）和域，逻辑节点和数据则对应MMS中的有名变量，数据集对应于MMS中的有名变量列表。对于漏电保护逻辑节点，其实例PLEA1被映射到MMS中有名变量PLEA1，其组织的数据集对应有名变量列表。

客户端对服务器发出MMS读请求服务，服务器收到请求后由对应GetDataValues.Request服务的应用程序访问内存数据库中的Data实例，将漏电保护选线结果以GetData Values.Response服务的形式，返回给通信映射程序，并将其映射为MMS的读响应服务，最后，按照客户端组织报文的流程将响应报文发送给客户端。客户端与服务器的信息交换通过MMS服务提供者来实现，其核心是制造报文协议机（MMPM）。

4 结语

本文按照IEC61850标准，介绍了智能变电站中漏电保护构造方案，通过构造单间隔线路信息模型，建立了漏电保护逻辑节点模型，具体分析了漏电保护逻辑节点所包含的内部信息，建立了漏电保护通信服务模型。在此基础上，研究了智能变电站漏电保护逻辑节点的通信问题，采用电子式互感器配置合并单元的方式采集电压电流值；应用GOOSE跳闸报文发送跳闸命令；通过MMS通信服务将漏电选线结果上传后台管理统，为解决智能变电站中漏电保护问题奠定了基础。

参考文献

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