智能化變電站保護(hù)及過程層組網(wǎng)試驗(yàn)研究

周家旭，張延鵬

(東北電力科學(xué)研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

通過實(shí)驗(yàn)室過程層組網(wǎng)試驗(yàn)，對智能化變電站過程層網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)合一技術(shù)可行性進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)對保護(hù)及交換機(jī)互操作性進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)的一次系統(tǒng)模型為500 kV一個(gè)半斷路器接線形式，二次系統(tǒng)組網(wǎng)為SMV、GOOSE、1588同步對時(shí)三網(wǎng)合一形式。本次試驗(yàn)側(cè)重于過程層網(wǎng)絡(luò)性能試驗(yàn)，由3個(gè)不同交換機(jī)廠家進(jìn)行二次組網(wǎng)。試驗(yàn)?zāi)Ｐ腿鐖D1所示。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 GMRP組播協(xié)議穩(wěn)定性試驗(yàn)

a. 模擬區(qū)內(nèi)、外故障

區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作;區(qū)外故障時(shí)保護(hù)可靠不動(dòng)作。圖2為區(qū)內(nèi)故障時(shí)的錄波圖。

b. 交換機(jī)動(dòng)態(tài)刷新組播列表檢查

將交換機(jī)leave all timer設(shè)置為10 s，leave timer時(shí)間設(shè)置為3 s。GMRP組播正常運(yùn)行。通過交換機(jī)管理后臺檢查，各裝置 (保護(hù)、故障錄播、智能單元)可以動(dòng)態(tài)的join in組播列表。隨著連接斷開，交換機(jī)可以斷開未發(fā)送的join in的裝置。

c. GMRP長時(shí)間拷機(jī)試驗(yàn)

在上述組網(wǎng)方式下，進(jìn)行12 h拷機(jī)試驗(yàn)。GMRP組播協(xié)議穩(wěn)定運(yùn)行，未發(fā)生丟失數(shù)據(jù)包現(xiàn)象。

1.2 IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時(shí)試驗(yàn)

a. 交換機(jī)同步誤差試驗(yàn)

合并單元經(jīng)三級交換機(jī)與時(shí)鐘相連，通過示波器檢查合并單元的同步性，監(jiān)視1 min，同步誤差小于100 ns。IEEE1588同步對時(shí)，經(jīng)過交換機(jī)帶來的同步誤差小于100 ns(見圖3)。

b. 時(shí)鐘切換試驗(yàn)

①主鐘優(yōu)先級為0，從鐘優(yōu)先級為100。將主鐘優(yōu)先級調(diào)至120后，合并單元自動(dòng)進(jìn)行時(shí)鐘切換。

②模擬系統(tǒng)A相故障時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作。時(shí)鐘切換之后不影響系統(tǒng)性能。切換。合并單元恢復(fù)同步過程中不失步。

圖3 經(jīng)三級交換機(jī)級聯(lián)主鐘與合并單元之間的同步誤差

④模擬系統(tǒng)A相故障時(shí)保護(hù)可靠動(dòng)作。

在時(shí)鐘切換過程中如果主鐘、從鐘偏差過大，主鐘切換至從鐘時(shí)合并單元會短時(shí)失步?？紤]雙網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)仍然有保護(hù)存在。從鐘切換至主鐘時(shí)合并單元不會短時(shí)失步，并且時(shí)鐘切換后不影響保護(hù)性能。

c. 時(shí)鐘階躍試驗(yàn)

在時(shí)鐘設(shè)置中模擬時(shí)鐘階躍10 s，合并單元在短時(shí)失步后恢復(fù)同步;在時(shí)鐘設(shè)置中模擬時(shí)鐘階躍24 h，合并單元在短時(shí)失步后恢復(fù)同步。

1.3 大背景流量下網(wǎng)絡(luò)性能研究

a. 大背景流量長時(shí)間拷機(jī)試驗(yàn)

在上述組網(wǎng)方式下，利用FLUKE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入70 Mbps背景流量，進(jìn)行12 h拷機(jī)試驗(yàn)，GMRP組播協(xié)議穩(wěn)定運(yùn)行，未發(fā)生丟失數(shù)據(jù)包現(xiàn)象。

b. 大背景流量下時(shí)鐘試驗(yàn)

在上述組網(wǎng)方式下，利用FLUKE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入70 Mbps背景流量，進(jìn)行主鐘、從鐘切換試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果同上述未加背景流量條件下的試驗(yàn)結(jié)果;利用FLUKE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入70 Mbps背景流量，斷開、恢復(fù)時(shí)鐘連接，試驗(yàn)結(jié)果同上述未加背景流量條件下的試驗(yàn)結(jié)果;利用FLUKE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入70 Mbps背景流量，進(jìn)行時(shí)鐘階躍10 s、階躍24 h試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果同上述未加背景流量條件下的試驗(yàn)結(jié)果。

c. 大背景流量下系統(tǒng)同步特性

在上述組網(wǎng)方式下，利用FLUKE網(wǎng)絡(luò)設(shè)備加入70 Mbps背景流量，時(shí)鐘經(jīng)三級交換機(jī)與合并單元級聯(lián)條件下，合并單元與主鐘之間同步誤差為100 ns。

1.4 互操作性試驗(yàn)

a. 不同保護(hù)廠家之間的互操作性試驗(yàn)

由不同廠家的保護(hù)、合并單元、智能單元進(jìn)行二次組網(wǎng)，并進(jìn)行以下試驗(yàn)。

區(qū)內(nèi)故障可靠動(dòng)作，區(qū)外故障可靠不動(dòng)作;

合并單元斷開連接，保護(hù)報(bào)“通道異?！被颉盃顟B(tài)字異常”，保護(hù)可靠閉鎖;

系統(tǒng)時(shí)鐘連接斷開合并單元失步，保護(hù)報(bào)“合并單元失步”或“狀態(tài)字異?！?，可靠閉鎖;

采集器斷開連接，合并單元將報(bào)文“品質(zhì)因素”至無效，保護(hù)裝置報(bào)“TA斷線報(bào)警”或“狀態(tài)字異常”，并閉鎖保護(hù);

模擬TA斷線，保護(hù)可靠報(bào)“TA斷線”。

b.不同交換機(jī)廠家之間的互操作性試驗(yàn)

3個(gè)不同廠家的交換機(jī)配置如表1所示。

表1 不同廠家交換機(jī)配置

由3個(gè)不同廠家交換機(jī)共同組網(wǎng)，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有丟包現(xiàn)象。主要原因?yàn)椴煌粨Q機(jī)廠家的技術(shù)體系不兼容。故不同廠家之間的互操作性不滿足要求，工程實(shí)踐中不宜采用多個(gè)廠家交換機(jī)互聯(lián)。

2 結(jié)論

a. 試驗(yàn)室環(huán)境、上述組網(wǎng)方式下，三網(wǎng)合一技術(shù)可行，合并單元、交換機(jī)、保護(hù)裝置可以滿足三網(wǎng)合一運(yùn)行要求。

b. 在12 h拷機(jī)試驗(yàn)中同一廠家的交換機(jī)組網(wǎng)下，GMRP組播協(xié)議可以穩(wěn)定運(yùn)行、動(dòng)態(tài)的刷新組播列表。同時(shí)在GMRP組播協(xié)議下，系統(tǒng)區(qū)內(nèi)故障保護(hù)可靠動(dòng)作，區(qū)外故障可靠不動(dòng)作。

c. IEEE1588網(wǎng)絡(luò)對時(shí)協(xié)議用于過程層網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過三級交換機(jī)帶來的同步誤差小于100 ns，可以滿足網(wǎng)絡(luò)對時(shí)要求，不影響網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

d. 在大背景流量 (700 Mbps)下，GMRP協(xié)議和IEEE1588協(xié)議在各廠家交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)下穩(wěn)定運(yùn)行。

e. 三網(wǎng)合一條件下，不同廠家的保護(hù)、合并單元、智能單元之間可以進(jìn)行互操作，但不同廠家的交換機(jī)不宜進(jìn)行互操作。

[1]高 翔.數(shù)字化變電站應(yīng)用技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2009.