智能變電站合并單元、智能終端調(diào)試淺析

唐炎利（江西省水電工程局，江西南昌330000）

智能變電站合并單元、智能終端調(diào)試淺析

唐炎利（江西省水電工程局，江西南昌330000）

隨著變電站自動(dòng)化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，智能化變電站以其高經(jīng)濟(jì)性、高可靠性、高安全性的優(yōu)點(diǎn)受到高度關(guān)注及應(yīng)用。本文就著重對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程層傳統(tǒng)一次設(shè)備與間隔層智能化二次設(shè)備之間數(shù)據(jù)和控制信號(hào)交流的合并單元和智能終端裝置的調(diào)試進(jìn)行分析。

智能化變電站；合并單元；智能終端

引言

智能變電站作為我國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要基礎(chǔ)和支撐，采用了先進(jìn)、可靠、集成和環(huán)保的智能設(shè)備，以全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化、信息共享為基本，能夠自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等功能，并可根據(jù)需要支持電網(wǎng)實(shí)時(shí)自動(dòng)控制、智能調(diào)節(jié)、在線分析決策、協(xié)同互動(dòng)等高級(jí)應(yīng)用。介于過(guò)程層一次設(shè)備和間隔層二次保護(hù)控制設(shè)備之間的合并單元和智能終端，在當(dāng)前智能化變電站技術(shù)中，顯得至關(guān)重要。所以，對(duì)智能化變電站內(nèi)合并單元和智能終端的分析調(diào)試具有重要的意義。

1 合并單元

1.1 合并單元

合并單元，英文名稱(chēng)Merging Unit，簡(jiǎn)稱(chēng)MU。是智能變電站內(nèi)，對(duì)一次互感器傳輸?shù)碾姎饬窟M(jìn)行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號(hào)按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用的裝置。合并單元是電流、電壓互感器的接口裝置，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了過(guò)程層數(shù)據(jù)的共享和數(shù)字化，它作為遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站間隔層、站控層設(shè)備的數(shù)據(jù)來(lái)源，作用十分重要。本文提到的合并單元，主要是傳統(tǒng)模擬量輸入，按照IEC 61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)輸出采樣值的設(shè)備。

1.2 合并單元測(cè)試

1.2.1 合并單元穩(wěn)態(tài)性能測(cè)試

圖1 合并單元穩(wěn)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)連接圖

（1）模擬合并單元精確度測(cè)試

采用圖1連接方式進(jìn)行測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)分析儀上顯示待測(cè)合并單元采集交流量的參數(shù)（包括幅值、頻率、功率和功率因素等交流量，同時(shí)還顯示待測(cè)合并單元和交流采樣基準(zhǔn)采集的同一路交流量信號(hào)之間的相角差）。

（2）雙A/D采樣數(shù)據(jù)測(cè)試

圖2 合并單元穩(wěn)態(tài)性能雙A/D采用測(cè)試連接圖

采用圖2方案進(jìn)行測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)分析儀上顯示待測(cè)合并單元交流量的參數(shù)。

（3）雙通道雙輸入頻率測(cè)量精度測(cè)試

繼電保護(hù)測(cè)試儀輸出電壓、電流中某一相電壓頻率為49Hz，電流頻率為51Hz，檢查在此條件下，合并單元的測(cè)量精度。

1.2.2 時(shí)間性能檢驗(yàn)

（1）對(duì)時(shí)誤差檢驗(yàn)

合并單元應(yīng)采用同步時(shí)鐘同步互感器一次數(shù)據(jù)采樣，同步可采用1PPS信號(hào)比對(duì)法或者插值法，合并單元的采樣同步誤差應(yīng)在不大于±1us。

圖3 1PPS信號(hào)比對(duì)法

1PPS信號(hào)比對(duì)法（適用于有秒脈沖輸出的MU），將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源輸出的秒脈沖與MU輸出的采樣同步脈沖/1PPS同步接入數(shù)字示波器。

圖4 實(shí)時(shí)相位角驗(yàn)證法

實(shí)時(shí)相位角驗(yàn)證法（適用于沒(méi)有脈沖輸出，采用插值/同步法的MU），繼電保護(hù)測(cè)試儀測(cè)試儀在規(guī)定整秒時(shí)刻輸出電壓電流信號(hào)給合并單元，合并單元經(jīng)轉(zhuǎn)換后將9-2報(bào)文發(fā)給SVScout，由SVScout檢查合并單元在整秒時(shí)刻輸出的角度與繼電保護(hù)測(cè)試儀整秒時(shí)刻輸出角度的差值。

合并單元的采樣同步誤差應(yīng)在不大于±1us。

（2）守時(shí)誤差檢驗(yàn)

合并單元應(yīng)該具備守時(shí)功能，在失去同步信號(hào)10min以內(nèi)的守時(shí)誤差應(yīng)小于4us，同時(shí)在失去同步信號(hào)超出守時(shí)時(shí)間之后，輸出數(shù)據(jù)應(yīng)產(chǎn)生同步無(wú)效標(biāo)志位。

圖5 守時(shí)誤差檢驗(yàn)

測(cè)試開(kāi)始時(shí)，MU先接受標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源的授時(shí)，待MU輸出的1PPS信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源的1PPS的有效沿時(shí)間差穩(wěn)定在同步誤差閥值Δt之后，撤銷(xiāo)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源的授時(shí)。從撤銷(xiāo)授時(shí)的時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，MU保持其輸出的1PPS信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源的1PPS的有效沿時(shí)間差保持在Δt之內(nèi)的時(shí)間段T即為該MU可以有效守時(shí)的時(shí)間。

（3）合并單元失步再同步功能檢驗(yàn)（見(jiàn)圖6）

①合并單元接入時(shí)間同步信號(hào)，觀察合并單元輸出“已同步”標(biāo)志的采樣值報(bào)文。

②斷開(kāi)合并單元時(shí)間同步信號(hào)并開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀察合并單元輸出“未同步”標(biāo)志的采樣值報(bào)文時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間和觀察結(jié)果。

圖6 合并單元失步再同步功能檢驗(yàn)

③守時(shí)誤差達(dá)到100μs后，開(kāi)始第4步試驗(yàn)。

④恢復(fù)合并單元時(shí)間同步信號(hào)并開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀察合并單元輸出“已同步”標(biāo)志的采樣值報(bào)文時(shí)停止計(jì)時(shí)，記錄時(shí)間和觀察結(jié)果。

⑤在合并單元時(shí)間回復(fù)時(shí)間同步信號(hào)過(guò)程中，檢查合并單元輸出9-2報(bào)文的采樣序號(hào)、離散值、數(shù)值（幅值和相角）是否正確。

1.3 合并單元現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析與處理

110kV尖峰變電站調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)110kV科尖甲線線路保護(hù)裝置面板告警燈被點(diǎn)亮，同時(shí)檢查線路測(cè)控及母線保護(hù)裝置均有“采樣異?！眻?bào)文，檢查110kV科尖甲線合并單元，發(fā)現(xiàn)面板“同步”燈不停閃爍，正常情況下此燈應(yīng)常亮。利用GPS測(cè)試儀對(duì)對(duì)時(shí)光纖進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)GPS對(duì)時(shí)信號(hào)正常。為進(jìn)一步確認(rèn)通過(guò)一次升流的方法進(jìn)行檢查，當(dāng)一次設(shè)備通過(guò)電流時(shí)，各保護(hù)裝置電流、電壓量液晶顯示均為0，此時(shí)初步判斷故障出現(xiàn)在合并單元的對(duì)時(shí)板。為進(jìn)一步確定故障范圍，利用廠家調(diào)試軟件對(duì)合并單元的報(bào)文進(jìn)行抓包處理，同站檢查站內(nèi)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析儀，發(fā)現(xiàn)合并單元對(duì)時(shí)開(kāi)入在“0”與“1”之間不停變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)守時(shí)功能。由于GPS本身對(duì)時(shí)信號(hào)正常，至此可以確定為合并單元的對(duì)時(shí)插件損壞，導(dǎo)致合并單元無(wú)法正常接收對(duì)時(shí)信號(hào)，合并單元無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量與二次采集數(shù)據(jù)的同步，因此合并單元判斷所接收的二次量無(wú)效，經(jīng)過(guò)處理后送給保護(hù)裝置、母線保護(hù)裝置、測(cè)控裝置等的9-2報(bào)文均帶無(wú)效位。各保護(hù)裝置收到無(wú)效報(bào)文后，不做任何處理，不參與保護(hù)計(jì)算。因此各保護(hù)裝置均判定采樣值無(wú)效從而閉鎖保護(hù)。確認(rèn)故障點(diǎn)后，更換了合并單元的對(duì)時(shí)插效從而閉鎖保護(hù)。確認(rèn)故障點(diǎn)后，更換了合并單元的對(duì)時(shí)插件，更換完畢后，合并單元同步燈保持常亮。各裝置異常報(bào)文消失，進(jìn)行一次升流后，檢查各個(gè)裝置，采樣值均正常。

此案例較為具體的向我們展示了同步及守時(shí)功能對(duì)于合并單元的重要性。

2 智能終端

2.1 智能終端

目前，數(shù)字化變電站中使用的斷路器、主變等仍然是常規(guī)的一次設(shè)備，要實(shí)現(xiàn)對(duì)此類(lèi)設(shè)備的數(shù)字化改造，就需要智能終端來(lái)完成信號(hào)輸出和控制輸入的光電轉(zhuǎn)換、模數(shù)轉(zhuǎn)換。

智能終端與一次設(shè)備采用電纜連接，與保護(hù)、測(cè)控等二次設(shè)備采用光纜連接，就地實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的遙信、遙控、保護(hù)跳閘等功能，并通過(guò)基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的通信接口實(shí)現(xiàn)與過(guò)程層、間隔層的通信功能，最終實(shí)現(xiàn)斷路器跳合閘、隔離開(kāi)關(guān)分合閘、信號(hào)傳輸，主變調(diào)壓、溫度監(jiān)控和非電量保護(hù)等功能。

2.2 智能終端調(diào)試

（1）檢查開(kāi)關(guān)量（DI）和模擬量（AI）輸入輸出量點(diǎn)數(shù)、配置符合工程設(shè)計(jì)；

（2）檢查斷路器控制分合閘回路、監(jiān)視、重合閘、操作回路防跳、操作電源監(jiān)視、控制回路斷線監(jiān)視等功能；

（3）GOOSE通訊功能正確，包括上傳一次設(shè)備的狀態(tài)信息、來(lái)自二次設(shè)備的下行控制命令以及命令記錄功能；

（4）GOOSE的單雙模式，出口壓板和檢修壓板功能正確；

（5）自診斷、閉鎖告警功能正確，包括電源中斷、通信中斷、通信異常、GOOSE斷鏈、裝置內(nèi)部異常、控制回路斷線自檢、斷路器位置不對(duì)應(yīng)自檢、定值自檢、自檢信息輸出等；

（6）同步對(duì)時(shí)輸入信號(hào)正常，裝置的時(shí)間同步精度誤差應(yīng)不大于±1ms；

（7）狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息采集功能正確，包括一次設(shè)備和就地智能控制柜傳感元件的溫度、濕度、壓力、密度、絕緣、機(jī)械特性、工作狀態(tài)燈輸出信號(hào)以及一次設(shè)備的狀態(tài)信息；

（8）主變本體智能終端的本體信息交互功能（非電量動(dòng)作報(bào)文、調(diào)檔及測(cè)溫等）正確，閉鎖調(diào)壓、啟動(dòng)風(fēng)冷、啟動(dòng)充氮滅火等出口接點(diǎn)功能正確、非電量保護(hù)功能正確。

2.3 智能終端現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題分析與處理

柳江220kV智能變電站調(diào)試過(guò)程中，后臺(tái)遙控執(zhí)行斷開(kāi)220kV五柳Ⅰ線211開(kāi)關(guān)，現(xiàn)場(chǎng)211開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，經(jīng)延時(shí)，211開(kāi)關(guān)重新合上。

檢查發(fā)現(xiàn)是220kV五柳Ⅰ線B套保護(hù)（南瑞繼保）重合閘動(dòng)作。檢查保護(hù)報(bào)文，發(fā)現(xiàn)B套保護(hù)（南瑞繼保）接收到的智能終端A、B、C三相位置及閉鎖重合閘信號(hào)時(shí)間不一致，A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號(hào)比C相分閘位置信號(hào)滯后，B套保護(hù)判定為開(kāi)關(guān)偷跳而導(dǎo)致重合閘誤動(dòng)作。通過(guò)查看220kV故障錄波文件，發(fā)現(xiàn)B套智能終端上送的斷路器A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號(hào)明顯比C相分閘位置信號(hào)滯后。

隨后進(jìn)行了相關(guān)的排除測(cè)試，對(duì)220kV五柳Ⅰ線B套保護(hù)（南瑞繼保）開(kāi)入延時(shí)測(cè)試、211開(kāi)關(guān)A、B、C三相本體及其輔助接點(diǎn)輸出延時(shí)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果均正常，A、B、C三相變位幾乎同步。

經(jīng)過(guò)綜合軟硬件分析確定，開(kāi)入板EEPROM讀取出現(xiàn)了問(wèn)題，導(dǎo)致A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號(hào)開(kāi)入去抖延時(shí)參數(shù)讀取不正確，造成斷路器A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號(hào)比C相分閘位置信號(hào)滯后。

通過(guò)此案例分析，得出是由于智能終端開(kāi)入板EEPROM讀取偶然出現(xiàn)了問(wèn)題，導(dǎo)致GOOSE開(kāi)關(guān)量延時(shí)不滿足要求所產(chǎn)生的一系列事件。調(diào)試過(guò)程中偶然的幾次不正常，可能隱藏著重大隱患。這就需要我們調(diào)試人員有相當(dāng)高的洞察力，和一絲不茍的工作作風(fēng)。微機(jī)型智能終端，沒(méi)有微機(jī)型保護(hù)裝置成熟，可能存在這樣或那樣的問(wèn)題。面對(duì)新鮮事物智能終端，我們需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪M(jìn)行每一步測(cè)試，多次測(cè)試。對(duì)出現(xiàn)任何的小問(wèn)題，小概率事件都不能放過(guò)，要一查到底，查到根源為止。

3 總結(jié)

本文在分析了智能化變電站與傳統(tǒng)變電站差異性，闡述智能化變電站的優(yōu)越性。針對(duì)當(dāng)前智能化變電站一次設(shè)備不滿足智能化要求，需要借助于合并單元和智能終端裝置與間隔層二次設(shè)備間進(jìn)行數(shù)據(jù)、控制信號(hào)等交流的情況，著重分析了合并單元和智能終端裝置的調(diào)試，并就具體智能化變電站相關(guān)案例進(jìn)行分析。為以后的調(diào)試工作提供參考，最大限度的提高調(diào)試工作效率和質(zhì)量。

[1]譚文恕.變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)協(xié)議IEC61850介紹.電網(wǎng)技術(shù)，2001. [2]王天鍔，潘麗麗.智能變電站二次系統(tǒng)調(diào)試技術(shù).中國(guó)電力出版社，2013，9.

TM63

A

2095-2066（2016）36-0096-02

2016-12-12