目前，國內(nèi)各地有多個數(shù)字化變電站相繼投運，這些變電站應用了當今數(shù)字化變電站技術中多項前沿技術，如電子式互感器、 IEC 61850標準、以太網(wǎng)技術、 智能斷路器等，但隨之而來需要解決的是這些相關設備的校驗問題。 本文結合廣東電網(wǎng)公司廣州供電局110kV 三江數(shù)字化變電站1年多的實際運行情況，分析并研究了對該站關鍵設備實施的一些校驗手段，提出了改進意見。
1 變電站的配置
1?1 一次系統(tǒng)結構
三江變電站是配備了2臺110kV 等級兩卷變壓器的終端變電站，110kV 接線為線路－變壓器形式，2回110 kV 線路分別供電至2臺變壓器，10kV 接線為單母線分段，1號變壓器10kV 側為單分支，2號變壓器10kV 側為雙分支，預留終期規(guī)模連接3號變壓器。 本期10kVⅡA 段母線和ⅡB 段時連通，兩段10kV 母線分別設12回饋線及2回電容器，在2臺主變壓器低壓側各配置1臺接地變壓器，構成10kV 小電阻接地系統(tǒng)［1］。
1?2 二次系統(tǒng)結構
變電站自動化系統(tǒng)基于 IEC61850標準設計，采用站控層、 間隔層、 過程層3層設備的網(wǎng)絡結構。 該結構采用 IEC61850數(shù)字化變電站通信標準體系，其中，過程層和間隔層采用 IEC 61850-9-1協(xié)議，站控層和間隔層采用 IEC 61850-8-1協(xié)議。站控層采用冗余100 Mbps 雙以太網(wǎng)，間隔層采用光纖環(huán)以太網(wǎng)［1］，設獨立的面向通用對象的變電站事件GOOSE）網(wǎng)，配置了網(wǎng)絡報文和 GOOSE 報文監(jiān)視器，用 于 監(jiān) 視 制 造 報 文 規(guī) 范 （ manufacturingmessage specification，MMS）網(wǎng)絡報文和 GOOSE動作網(wǎng)絡報文。
變電站的2個主變壓器間隔采用南京新寧光電公司基于電磁感應原理的 Rogowski 線圈（無鐵心）電子式電流互感器 （electronic current transfomer，ECT）以及利用串行感應分壓器實現(xiàn)的電子式電壓 互 感 器 （electronic voltage transformer，EVT），配置數(shù)字式主變壓器保護測控裝置及數(shù)字式電能表，使用智能單元實現(xiàn)開關量和控制命令的數(shù)字化傳送，采用 GOOSE 技術實現(xiàn)保護跳閘、 備用電源自動投入等功能［1］。
2 關鍵設備的校驗
2?1 電子式互感器的校驗
變電站配置了 XT761型電子式互感器校驗儀，可以對模擬量輸出的電子式互感器和對符合 IEC60044-7、 IEC 60044-8、 IEC 61850-9-1 標準的數(shù)字量輸出的電子式互感器進行穩(wěn)態(tài)精度校驗，同時可以兼容傳統(tǒng)的電磁式互感器校驗，其系統(tǒng)結構如圖1所示。
通過對互感器一次升流，對被測電子式互感器與基準互感器的輸出量進行比對，將互感器的測試結果包括基頻頻率、 基頻幅值、 基頻相位分別與標準源的基頻頻率、 基頻幅值和基頻相位比對，得出頻差、 比差和相位差。 在對模擬量輸出的電子式互感器進行校驗時，比差和相位差即為*終的誤差值；但在數(shù)字量輸出的電子式互感器校驗中，相位差除了包含相位誤差外，還有額定相位偏移和額定延遲時間造成的相位差。
變電站內(nèi)既配置有數(shù)字量輸出的電子式互感器，又有模擬量輸出的電子式互感器，需進行相位差、 比差等測試。 對模擬量輸出互感器的測試相對簡單，只要將校驗儀放置在互感器就近位置，再在校驗系統(tǒng)配置中選擇互感器類型為模擬量輸出式?正確設定采集卡的卡號、 對應的量程及正確進行參數(shù)配置即可?無需考慮時鐘同步的問題。 但對數(shù)字量輸出互感器的測試較復雜，需要采集由合并器的以太網(wǎng)口輸出的 IEC 61850-9-1標準數(shù)字輸出量，同時要考慮合并器的時鐘同步問題，否則會造成相位差計算不準確，而合并器安裝在控制室，必須將其拆下并與互感器就近配合使用，此類測試一般用于互感器投產(chǎn)前和設備更換后的相位差、比差測試。2?2 保護測控裝置的校驗1號、 2號主變壓器高、 低壓側均配置了電子式互感器、 合并器及數(shù)字式保護設備。 利用常規(guī)繼電保護測試儀與 XT700系列電子式互感器保護測試接口裝置配合，對合并器及主變壓器保護測控裝置進行測試。 繼電保護測試儀輸出模擬電壓、 電流量至接口裝置，接口裝置將各模擬量轉換為數(shù)字量，輸出的數(shù)字量按照私有協(xié)議送合并器?進行數(shù)據(jù)的同步、 匯總和打包后將 IEC61850-9-1標準數(shù)字輸出量送主變壓器保護測控裝置，對保護功能、遙測功能進行測試。
由于主變壓器低壓側后備保護及測控裝置的數(shù)據(jù)不經(jīng)由合并器采集，而是由置于低壓側開關柜的智能單元采集，且低壓側的電子式互感器為模擬量輸出（二次額定電壓為150mV），繼電保護測試儀不能輸出相應的模擬量，需使用接口裝置配套的交流采集板，將繼電保護測試儀的電流輸出量（1 A或5A）轉換為毫伏級的電壓量送智能單元，由其將相應的模擬量轉換為 IEC61850-9-1標準數(shù)字輸出量送主變壓器低壓側后備保護及測控裝置［2］。
可以直接使用能滿足 IEC61850-9-1協(xié)議要求的數(shù)字量輸出的繼電保護測試儀對保護測控裝置進行校驗。 測試儀直接連接保護測控裝置，無需經(jīng)合并器或智能單元。 如果僅對保護測控裝置進行校驗，使用數(shù)字量輸出的繼電保護測試儀會更加方便，但使用 XT700型接口裝置則能夠對包括合并器、 智能單元及保護測控等設備的整個數(shù)據(jù)通道進行**測試，滿足對相關設備完好性、 可靠性的要求，此類測試一般用于保護測控裝置的定期校驗和故障排查、 分析。
2?3 數(shù)字式電能表的校驗
數(shù)字式電能表為全數(shù)字處理系統(tǒng)，獲取的是已經(jīng)數(shù)字化的電流、 電壓瞬時值，在電量計算過程中理論上不產(chǎn)生誤差?所以數(shù)字式電能表不再規(guī)定精度等級，而測量系統(tǒng)的誤差取決于 ECT。 傳統(tǒng)電能表與電磁式互感器構成的測量系統(tǒng)（如圖2所示）由電磁式模擬互感器和電能表通過電纜連接而成。假設電流、 電壓互感器、 電能表均為0?2級，加上線纜傳輸誤差，*終測量系統(tǒng)準確度為0?7。
數(shù)字式電能表與電子式互感器構成的測量系統(tǒng)（如圖3所示）由數(shù)字式電能表獲取已數(shù)字化的電流、 電壓瞬時值后，計算得到所需的電量值。 由于數(shù)字計算過程中理論上不產(chǎn)生任何誤差，所以不規(guī)定精度等級。 數(shù)字信號經(jīng)光纖以太網(wǎng)傳輸，不受電磁波干擾，經(jīng)過校驗的數(shù)據(jù)無附加誤差。 整個測量系統(tǒng)的準確度由電子式互感器決定。 假設電子式電流、 電壓互感器均為0?2級，*終測量系統(tǒng)的準確度為0?4，優(yōu)于傳統(tǒng)測量系統(tǒng)。
三江變電站1號、 2號主變壓器低壓側配置了3臺南京新寧公司的數(shù)字式電能表，使用該公司XT765型數(shù)字式電能表校驗儀。 該校驗儀具備光纖以太網(wǎng)接口，輸出符合 IEC61850-9-1標準格式的電流、 電壓數(shù)據(jù)，可用于具備 IEC61850-9-1光纖以太網(wǎng)接口的數(shù)字電能表的校驗，輸出電流、 電壓由具體配置決定，硬件沒有三相或單相的區(qū)別。校驗儀用于校驗數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率以及電能表電量計算的準確性，傳統(tǒng)電能表校驗規(guī)程中模擬部分的校驗項目對于全數(shù)字式電能表理論上已無需檢驗。按照 IEC61850-9-1協(xié)議要求，校驗儀輸出電流、電壓至數(shù)字式電能表，在接收到數(shù)字式電能表輸出的脈沖后與自己計算出的電量進行比較，算出誤差。 數(shù)字式電能表校驗儀整體示意圖如圖4所示。
2?4 網(wǎng)絡報文、保護動作報文的記錄和分析
三江 變 電 站 使 用 IEC 61850 通 信 標 準 及GOOSE 通信實現(xiàn)開關量和跳、 合閘指令的快速數(shù)字化傳送。 為解決記錄和分析網(wǎng)絡通信狀況、 保護動作情況及判斷保護行為是否正確的問題，站內(nèi)配置了兩套網(wǎng)絡報文錄波器，一套用于記錄 MMS 網(wǎng)絡報文，另一套用于記錄 GOOSE 網(wǎng)絡報文。 網(wǎng)絡報文錄波器是用以解決當前變電站自動化系統(tǒng)運行中存在缺陷的新型設備，類似于故障錄波器，可以長時間實時記錄變電站內(nèi)設備間的通信報文。 其作用有：
a） 自動化系統(tǒng)的黑匣子。 作為變電站自動化系統(tǒng)的第三方通信記錄設備，網(wǎng)絡報文錄波器實時記錄站內(nèi)設備間的原始通信報文，能夠為事故分析提供*詳實、 公正的原始數(shù)據(jù)，起到自動化系統(tǒng)黑匣子的作用。
b） 自動化缺陷的快速查找。 通過分析偶發(fā)性缺陷發(fā)生前后的通信過程數(shù)據(jù)，可以非常準確地定位故障點，迅速查找并排除自動化系統(tǒng)的缺陷。
c） 自動化系統(tǒng)的實時預警。 具有實時分析功能，通過對報文流量、 誤碼率、 響應時間等統(tǒng)計參數(shù)進行實時分析，迅速評估通信品質(zhì)，提供自動化設備故障的早期預警。
d） 自動化人員的培訓。 通過還原設備間的通信過程，可以進行報文完整性分析、 報文時序分析，顯示報文類型和內(nèi)容，對通信規(guī)約分析、 工程調(diào)試、 自動化人員培訓具有重要作用。
3 改進建議
3?1 電子式互感器校驗方法的改進
電子式互感器與合并器一般是同一廠家的設備，可視作互感器的附件，傳輸協(xié)議可使用私有協(xié)議。 雖然合并器只是對互感器輸出的數(shù)字量進行處理，但在處理過程中仍然會產(chǎn)生算法誤差，故對互感器相位差、 比差的測量應連同合并器一起進行，解決數(shù)字量輸出的電子式互感器與合并器的時鐘同步問題。 在工程施工時，可在電子式互感器光纖熔接盒至合并器的光纜中預留2根光纖芯，并首尾兩端熔接好光纖接頭，用于在測試時將合并器的數(shù)字輸出和同步輸入接至校驗儀，無需從控制室拆下合并器在高壓場地進行測試，簡化現(xiàn)場測試工作。
3?2 保護測控裝置校驗方法的改進
建議使用數(shù)字量輸出的繼電保護測試儀，但需增加電子式互感器標準輸出量的功能，以便與合并器一并測試，該方法有一定難度，因各廠家的電子式互感器沒有使用統(tǒng)一的傳輸協(xié)議。 此外，數(shù)字化變電站將會越來越多地使用 GOOSE 技術來實現(xiàn)保護和自動化裝置的功能，建議繼電保護測試儀能直接接入 GOOSE 網(wǎng)絡，配置 GOOSE 通信捕捉和發(fā)送功能，根據(jù)變電站系統(tǒng)全站配置文件和各裝置的智能電子設備能力描述文件導入測試儀，根據(jù)GOOSE 配置來實現(xiàn)基于 GOOSE 的保護和自動化裝置間的邏輯功能和出口的測試，為現(xiàn)場繼電保護自動化人員提供有效的測試手段。
3?3 數(shù)字式電能表校驗方法的改進
目前已有電子式互感器的制造標準，但還未有試驗標準，因此，電子式互感器校驗儀和數(shù)字式電能表校驗儀的測試結果是否得到認可將成為關鍵問題，同時也限制了電子式互感器在10kV 電壓級別上的應用（主要涉及到10kV 線路關口計費認可的標準問題）。 使用設備生產(chǎn)廠家配套的校驗儀的測試結果只能作為參考，應在第三方有檢驗資質(zhì)的單位檢測合格后才能作為實際計費之用。 建議盡快出臺電子式互感器和數(shù)字式電能表的檢驗標準，并開發(fā)相應的校驗儀，以推動數(shù)字化變電站技術的發(fā)展和應用。
3?4 網(wǎng)絡報文監(jiān)視器的改進
建議網(wǎng)絡報文監(jiān)視與故障錄波使用一體化設計?這樣采用 GOOSE 通信的變電站就可以清晰地分析出 GOOSE 報文與故障波形之間的時序配合情況，從而準確地分析保護動作情況。 現(xiàn)階段網(wǎng)絡報文監(jiān)視器的功能過于簡單，僅是對網(wǎng)絡上的報文進行連續(xù)記錄，站端裝置沒有顯示器，無用戶界面，若需分析網(wǎng)絡報文，一定要由監(jiān)視器廠家到現(xiàn)場取出數(shù)據(jù)，用專用分析軟件對報文進行分析，*后得出結果給運行單位作判斷依據(jù)，不利于運行人員對保護動作情況作出及時判斷和分析。 建議廠家在監(jiān)視器上配置相應的顯示器和分析軟件，并提供友好的用戶界面，*好能根據(jù) GOOSE 配置情況建立相應的 GOOSE 虛擬接線圖，以圖形的方式動態(tài)顯示GOOSE 報文的情況，配合故障波形可清晰還原整個保護的動作情況，方便繼電保護人員及時掌握、分析故障和保護動作的情況。
4 結束語
數(shù)字化變電站技術經(jīng)過幾年的發(fā)展取得了階段性的運行成果，已由試點階段步入推廣應用階段。隨著越來越多的數(shù)字化變電站投入運行，如何對其數(shù)字化關鍵設備進行校驗，使用什么校驗工器具和監(jiān)測裝置對運行設備進行有效的檢驗和維護是亟待解決的問題。 通過實際應用發(fā)現(xiàn)這些工器具和裝置不完善的地方及其他更多的問題，在實踐中提出改進方案和建議，促進數(shù)字化變電站技術向前發(fā)展。
