白云电器技术团队提出地铁供电系统工程配置的新方案

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广州白云电器设备股份有限公司的研究人员谢金莲、曾彬华、招康杰、赖沛鑫，在2022年第5期《电气技术》上撰文，介绍了地铁供电系统的组网结构，并对地铁供电系统现有的工程配置方案进行分析。结合地铁供电系统的供电网络特点，提出一种基于系统交换描述（SED）文件的地铁供电系统工程配置应用方案，并通过测试验证了该方案的有效性。

变电站IEC 61850化的推广，促进了地铁变电站智能化的发展。为了更加可靠地实现保护功能，在地铁供电系统中引入网络化保护方案，采用基于IEC 61850标准的面向通用对象的变电站事件（generic object oriented substation event, GOOSE）信号代替传统的硬接线实现保护装置之间的信息交互，解决了传统硬接线抗干扰能力弱、接线复杂、信号无法监视等问题。

地铁供电系统的智能电子设备（intelligent electronic device, IED）间存在信息的交互，为实现IED之间的通信，需通过变电站系统配置描述（system configuration description, SCD）文件工具进行变电站集成和装置之间的过程层配置。

SCD是全站的系统配置文件，描述所有IED的实例配置和通信参数、IED之间的通信配置及变电站一次系统结构。在实际工程应用中，系统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在配置过程中存在一定的局限性，配置效率较低。

随着地铁智能变电站的推广与实践，现有的智能化技术从站域向广域扩展，提升工程配置效率的需求越来越紧迫。目前，国内进行了相关的研究，所提出的改进措施对IEC 61850工程集成配置效率有很大提升，但与实际需求仍有差距。

IEC 61850第2版（IEC 61850 Ed 2.0）对第1版的IEC 61850—1、—4、—5、—6、—7—2、—7—3、—7—4、—8—1、—9、—10标准内容进行了修改，对系统集成配置过程进行了改进，提出了分项目管理的方法，给项目的配置与维护提供了便捷。将IEC 61850 Ed 2.0的新增技术应用在实际工程中必将能大大提升工程配置的效率。因此，本文结合地铁供电系统的组网结构及IEC 61850 Ed 2.0的配置过程，提出一种基于系统交换描述（system exchange description, SED）文件的地铁供电系统工程应用配置方案。

1  地铁供电系统组网结构

我国地铁供电系统的主要功能是将中压交流电降压整流为直流1500V或750V，为地铁列车提供牵引电源。以某地铁中压35kV交流供电系统与1500V直流供电系统为例，目前参与网络化保护的设备主要包括35kV交流继电保护装置和1 500V直流保护装置，保护装置间的交互信息包括站内与站间的联跳、闭锁信息。

在实际工程应用中，为提高通信的可靠性，地铁供电系统采用双星形网络结构，站内每个间隔的保护装置的两个光接口通过光纤分别连接至两台交换机，通过交换机组建GOOSE A网和GOOSE B网，实现站内信息的交互；站间差动保护装置的信息交互则采用点对点的方式，通过独立的差动光纤通道来实现。其他跨站的信息交互通过交换机级联的方式来实现。地铁供电系统过程层组网结构如图1所示。 

图1  地铁供电系统过程层组网结构 

基于GOOSE信号实现的网络化保护，具有配置灵活、扩展方便的特点，当回路的保护功能发生改变或需要扩展时，只需通过调整软件的功能即可完成，减少了现场调试的时间，大大提高了现场的调试效率。此外，保护GOOSE信息通过交换机级联的方式组成网络，实现全线信息的共享，为继电保护的功能扩展、性能提升、定值整定、站间区域保护提供了更大的发展空间。

2  现有工程应用配置方案

基于地铁供电系统的组网结构与信息交互特点，现有的工程应用配置方案是将全线所有参与网络化保护的IED配置在同一个SCD文件中。工程配置的主要环节如下：

1）在系统配置工具中创建项目的Communi- cation（通信系统）子网信息，包括制造报文规范（manufacturing message specification, MMS）通信信息和GOOSE通信网络信息。

2）添加IED。在系统配置工具中导入IED的能力描述（IED capability description, ICD）文件。

3）对IED进行实例化配置。配置信息包括IEDName、站控层通信、过程层通信等，配置完成后生成IED实例化配置描述（configured IED description, CID）文件。

地铁全线涉及的IED数量较多，采用一个SCD文件实现全线IED信息管理的方式，会造成SCD文件庞大，不利于项目后期扩容；且为避免出错，在进行现场调试和维护的过程中，需要调试人员了解全线设备，存在调试效率低、配置容易出错等缺点。

3  SED文件介绍

IEC TC57WG10对基于IEC 61850—6 Ed 1.0的工程实践进行了总结[8]，在ICD、SCD、系统规范描述（system specification description, SSD）文件、CID的基础上，IEC 61850 Ed 2.0新增了两种模型文件，即实例化IED描述（instantiated IED description, IID）文件和SED，使变电站系统集成过程得到优化，工程使用更加方便。

SED文件可用于变电站内多个项目之间SCD文件的交互。

该文件描述被另一个项目使用的项目接口，以及重新导入时增加的项目间工程化接口连接。SED文件是SCD文件的一个子集，含有智能电子设备接口部分及项目间接口连接引用的固化智能电子设备。

下面以BYE保护测控装置的SED文件为例进行介绍。SED文件由Header、Communication、IED和DataTypeTemplates组成，如图2所示。

图2  BYE保护测控装置SED文件结构

Header用于标识SED文件及配置工具的信息，如图3所示。

图3  BYE保护测控装置Header示意图

Communication描述各个IED的通信子网和通信连接访问点。Communication字段如图4所示，该段详细描述了保护测控装置的三个通信子网，分别为站控层A、B网，GOOSE网。站控层A、B网用于站控层MMS协议通信，GOOSE网是用于GOOSE协议通信。

图4  BYE保护测控装置Communication字段

IED描述了智能电子设备的具体内容、访问点和提供的服务信息。BYE保护测控装置SED文件的IED字段如图5所示。该保护测控装置包含2个访问点S1和G1，通过S1服务器的逻辑设备有LD0、PROT、CTRL、MEAS和RCD[11]，通过访问点G1服务器的逻辑设备有PI。

图5  BYE保护测控装置IED字段

DataTypeTemplates字段包含装置所有实例化的逻辑节点类型LNodeType、数据对象类型DOType、数据属性类型DAType和枚举类型EnumType。BYE保护测控装置的DataTypeTemplates字段如图6所示。

图6  BYE保护测控装置DataTypeTemplates字段

4  基于SED文件的工程配置方案

IEC 61850 Ed 2.0提出把一个实际工程的二次系统划分为若干项目进行管理的办法，每个项目采用一个独立的SCD文件，项目间通过SED文件实现信息交互。地铁供电系统的正线大多是按站来配置电力监控系统（power supervisory control and data acquisition, PSCADA），PSCADA进行工程开发时也需依托SCD文件进行相关的通信配置，结合地铁供电系统的特点，每个站参与网络化保护的设备不多。

为方便现场的工程配置与PSCADA调试，本方案采用按站点划分项目的方式来进行SCD文件的配置，每个站配置一个SCD文件，站间设备的信息交互通过SED文件来实现。基于SED文件实现装置信息交互的方式可以把影响范围缩小到站内有关联的IED，避免因配置出错波及系统中其他站间与该数据通信不相干的部分。

5  测试验证

5.1  配置步骤

以地铁供电系统3个相邻的变电所为例进行说明。A、B、C三个变电所之间存在信息的交互。以A站为例，A站直流馈线213的信息交互情况如下：1）A站直流馈线213与A站负极柜2011间存在框架泄漏联跳信号；2）A站直流馈线213与B站直流馈线211间存在故障联跳信号（小双边供电）；3）A站直流馈线213与C站直流馈线211间存在故障联跳信号（大双边供电）。

按站进行项目的划分，将3个变电所划分为A站、B站、C站三个项目。每个项目分别建立一个SCD文件。SCD文件的配置流程如下：

1）创建三个SCD文件，分别命名为A站、B站、C站。

2）在系统配置工具中创建项目的Communi- cation（通信系统）子网信息，包括MMS通信和GOOSE通信网络。

3）添加IED。在系统配置工具中导入ICD文件。

4）对IED进行实例化配置，包括IEDName、站控层通信、过程层通信等信息。

5）从B站、C站这两个SCD文件中导出与A站有通信关联的设备的SED文件。

6）将从B站、C站导出的SED文件导入A站的SCD文件中，并进行相关的虚端子连线配置，如图7所示，A站213（PD213a）装置的GOOSE接收9、GOOSE接收10接收B站211（PD211b）装置的信号；A站213装置的GOOSE接收12、GOOSE接收13接收C站211（PD211c）装置的信号。

图7  A站IED与邻站的虚端子连线示意图

7）保存A站的SCD文件，生成CID文件。

8）将CID文件导入IED中，完成整个配置过程。

5.2  测试结果

在试验室搭建试验平台进行模拟，验证装置间的信息交互是否满足可靠性的要求。

1）在小双边供电的情况下，模拟A站直流馈线213发生过电流保护动作来验证站间配置的可靠性。小双边供电方式下，A站的213开关与B站的211开关为同一供电区间供电，当供电区间发生短路故障时，会联跳同一供电区间的两个开关，模拟故障点为如图8所示的d1点。

2）采用测试仪给A站213保护装置加量的方式来模拟d1点故障。当d1点发生故障时，A站直流馈线213保护装置动作，保护动作信号通过光纤GOOSE经交换机传递给B站直流馈线211保护装置，联跳B站211开关。B站211开关在4ms内完成跳闸。

图8  小双边供电保护故障示意图

3）在大双边供电的情况下，模拟A站直流馈线213发生过电流保护动作来验证跨站间配置的可靠性。大双边供电方式下，A站的213开关与C站的211开关为同一供电区间供电，此时B站的越区隔离开关2113处于合闸位置。当供电区间发生短路故障时，会联跳同一供电区间的两个开关，模拟故障点为如图9所示的d2点。

图9  大双边供电保护故障示意图

采用测试仪给A站213保护装置加量的方式来模拟d2点故障。当d2点发生故障时，A站直流馈线213保护装置动作，动作信号通过光纤GOOSE经交换机传递给C站直流馈线211保护装置，联跳C站211开关。C站211开关在4ms内完成跳闸。

由以上测试可知，基于SED文件的地铁供电系统工程应用配置方案可实现全线保护装置的信息交互，且信息交互可靠，满足GOOSE通信的要求。按站进行SCD文件的配置，配置更简单、便捷。

6  结论

本文采用按站进行项目划分来创建SCD文件，再借助SED文件实现站间装置信息交互的方式实现地铁全线IED的工程配置方案，可减少SCD规模和IED间的关联性，配置简单方便，且项目扩容时只需修改本站的SCD文件，涉及修改的装置较少，对项目后期扩容及维护都提供了便利。

本文编自2022年第5期《电气技术》，论文标题为“基于SED文件的地铁供电系统工程配置应用方案”，作者为谢金莲、曾彬华 等。

下载论文PDF版，请点击左下角“阅读原文”，访问期刊网站。

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2022年9月16-18日  重庆市

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