智能變電站合并單元現(xiàn)場測試技術(shù)研究

王新宇，吳　謙，周立龍（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

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智能變電站合并單元現(xiàn)場測試技術(shù)研究

王新宇，吳謙，周立龍（國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

合并單元是智能變電站數(shù)字化信息傳輸?shù)谋Ｕ吓c基礎(chǔ)，它承擔(dān)著一次設(shè)備參量與間隔層裝置的精確信息傳輸功能。現(xiàn)如今，電力行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范僅僅給出了合并單元應(yīng)該具有的性能指標(biāo)與要求，并沒有對(duì)合并單元的性能指標(biāo)的具體測試方法進(jìn)行說明。本文在綜合探討合并單元性能指標(biāo)的基礎(chǔ)之上，提出了合并單元同步性能現(xiàn)場測試必要性以及合并單元主要的功能模塊，并重點(diǎn)探討了與電子互感器及其數(shù)據(jù)接口測試技術(shù)。

只能變電站；合并單元；現(xiàn)場測試技術(shù)

1　引言

智能變電站是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和控制的重要平臺(tái)。隨著智能變電站進(jìn)入全面建設(shè)和深入應(yīng)用階段，迫切需要對(duì)智能變電站設(shè)備測試模式和方法進(jìn)行深入地總結(jié)，并不斷探索出高效、準(zhǔn)確、便捷的測試新方法，以滿足智能變電站大規(guī)模建設(shè)和安全運(yùn)行的要求。合并單元是智能變電站中計(jì)量、監(jiān)測、保護(hù)、控制系統(tǒng)的組成部分。同步采集多路電壓、電流互感器二次值是合并單元的主要功能，同時(shí)還要按照一定格式對(duì)采樣值進(jìn)行打包處理，然后輸出給二次計(jì)量、測量、保護(hù)設(shè)備，數(shù)字化電信號(hào)采集系統(tǒng)由互感器+合并單元完成。

2　合并單元現(xiàn)場測試指標(biāo)

合并單元的形式需要在試驗(yàn)當(dāng)中對(duì)其工作電源、工作環(huán)境以及絕緣性等內(nèi)容開展專項(xiàng)的測試，不需要在工程現(xiàn)場反復(fù)進(jìn)行，僅僅需要設(shè)備供應(yīng)商給出相應(yīng)的型式試驗(yàn)報(bào)告就可以，但是對(duì)于合并單元的同步性與精準(zhǔn)度兩個(gè)方面的性能指標(biāo)仍然需要在現(xiàn)場開展復(fù)檢，進(jìn)而獲取到合并單元格性能指標(biāo)的第一手資料。因?yàn)楹喜卧木珳?zhǔn)度測試應(yīng)該通過專業(yè)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行，所以對(duì)該方面進(jìn)行研究，對(duì)于合并單元同步性能指標(biāo)的現(xiàn)場試驗(yàn)給出解決方案，能夠很好的引導(dǎo)工程現(xiàn)場的測試。

3　合并單元同步性能現(xiàn)場測試必要性

合并單元作為一種智能變電站的過程層設(shè)施，重點(diǎn)是針對(duì)于數(shù)字化輸出的電子式互感器來定義的。但是現(xiàn)如今也廣泛的應(yīng)用在傳統(tǒng)互感器的變電站，它的主要功能是同步收集三相電流與電壓信息，并且依照相應(yīng)的格式匯總并輸出到二次保護(hù)控制設(shè)備。在電力系統(tǒng)的應(yīng)用當(dāng)中，每一路模擬量采樣值在同一時(shí)刻是跨間隔的保護(hù)與測量算法精準(zhǔn)度的前提條件。合并單元裝置時(shí)間的同步性是多間隔合并單元取樣同步的基礎(chǔ)，它能夠影響到變電站二次設(shè)備是否可以精準(zhǔn)、可靠的運(yùn)行，同時(shí)如果當(dāng)合并單元的外授時(shí)信號(hào)短時(shí)間丟失之后，合并單元應(yīng)該具有一定的守時(shí)功能，以此確保合并單元在在外授時(shí)信號(hào)抖動(dòng)或是短時(shí)間中斷的時(shí)候工作的可靠程度，因此，合并單元的時(shí)間同步準(zhǔn)確度與守時(shí)精確度一定要在施工現(xiàn)場開展測試，以保證合并單元工作的精準(zhǔn)性。

4　合并單元主要的功能模塊

合并單元可分為3大模塊：基于現(xiàn)場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）技術(shù)的數(shù)據(jù)還原模塊，基于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的數(shù)據(jù)處理模塊，基于IEC61850-9標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)輸出模塊，時(shí)間同步模塊。另外，考慮到電子互感器的使用情況，在一段時(shí)間內(nèi)合并單元還應(yīng)具備與傳統(tǒng)TV、TA接口的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊。

4.1時(shí)間同步模塊

合并單元同步模塊主要包括以下3個(gè)功能：準(zhǔn)確可靠地識(shí)別信號(hào)；給A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)送高精度的同步信號(hào)；異常情況處理。在智能變電站中，二次保護(hù)、測量設(shè)備都要求各路信號(hào)采樣值是同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)用來計(jì)算。所以當(dāng)多個(gè)合并單元提供的電流、電壓給一個(gè)二次保護(hù)設(shè)備需要時(shí)，必須解決不同合并單元之間的同步問題；特別對(duì)于跨間隔的應(yīng)用如差動(dòng)保護(hù)，合并單元的時(shí)間同步非常重要。實(shí)際上，對(duì)于計(jì)量、保護(hù)的電流、電壓同步采樣的精度，各有明確要求。

4.2數(shù)據(jù)處理模塊

合并單元同步信號(hào)以后，送入數(shù)據(jù)處理模塊中將數(shù)據(jù)正確排序，完成一系列復(fù)雜協(xié)議的處理。數(shù)據(jù)將首先被打上時(shí)標(biāo)，之后會(huì)按照一定的形式在儲(chǔ)存器中組織存放，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要求對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。

4.3數(shù)據(jù)輸出模塊

在實(shí)現(xiàn)輸出時(shí)，該模塊將各路采樣值數(shù)據(jù)進(jìn)行組幀并發(fā)送給保護(hù)、測控設(shè)備。IEC60044-8是基于FT3格式的曼徹斯特編碼發(fā)送，IEC61850-9是基于以太網(wǎng)的通信標(biāo)準(zhǔn)，前者傳輸速率為2.5Mbps，后者速度可達(dá)100Mbps實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。因?yàn)橐蕴W(wǎng)良好的穩(wěn)定性且速度快。大多合并單元選擇基于IEC61850的以太網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。

5　與電子互感器及其數(shù)據(jù)接口測試技術(shù)

5.1與電子互感器接口測試

在工程的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，電子互感器跟合并單元大多數(shù)是由不同的廠家提供，所以二者之間能否正常連接工作、采集器出現(xiàn)故障的時(shí)候合并單元是否可以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的反映十分關(guān)鍵，其測試的內(nèi)容重點(diǎn)包含連接測試以及在采集器產(chǎn)生故障的時(shí)候合并單元的輸出測試。連接測試重點(diǎn)體現(xiàn)它能否正常與電子互感器相互連接，連接之后各種類型的信號(hào)是否可以正常接收；故障時(shí)測試重點(diǎn)體現(xiàn)它能否在采集器發(fā)生故障的時(shí)候確保它的數(shù)據(jù)輸出能否正常。

連接測試：利用具備標(biāo)準(zhǔn)FT3格式輸出的采集器產(chǎn)生故障或者是曼徹斯特編碼格式輸出的采集器連接合并單元的信號(hào)輸入端，利用IEC61850報(bào)文分析設(shè)備檢驗(yàn)合并單元是否可以正常進(jìn)行輸出工作，各路品質(zhì)因素是否正常，借此來判別采集器與合并單元是否能夠正常工作。

模擬采集器異常，對(duì)合并單元輸出進(jìn)行檢查。

把采集器跟合并單元的連接線斷開，如果具備一定的條件，可以采取采集器廠家的配置工具把另一個(gè)采集器狀態(tài)字設(shè)置無效，利用IEC61850報(bào)文分析工具獲取到合并單元的輸出狀況，檢驗(yàn)器品質(zhì)因素是否正常。在正常連接的時(shí)候，合并單元輸出與輸入分析正常，而如果采集器發(fā)生一些故障的時(shí)候，從它的輸出報(bào)文能夠分析得到，其仍舊可以確保正常的工作，如果當(dāng)采集器產(chǎn)生全部故障的時(shí)候，能夠從輸出報(bào)文分析得到其是不能正常工作的，這樣一來該合并單元就需要退出運(yùn)行。

5.2與測量、控制及保護(hù)設(shè)備接口功能測試

與測量、控制以及保護(hù)設(shè)備的接口功能測試重點(diǎn)包含功能測試以及性能測試。前者指的是合并單元輸出到測量、控制以及保護(hù)設(shè)備的報(bào)文需要嚴(yán)格遵守IEC61850-9-2，后者指的是采樣值精度、傳輸延時(shí)與報(bào)文之間時(shí)間間隔的離散性等等。

5.2.1采樣精度驗(yàn)證

驗(yàn)證在跟電子互感器接口通信的環(huán)境之下，合并單元輸出的采樣值數(shù)據(jù)能否精準(zhǔn)、是否可以滿足數(shù)字化變電站二次保護(hù)控制單元對(duì)于采樣精準(zhǔn)度的規(guī)定。尤其是在工程的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，電子互感器與合并單元或許是由不同的廠家提供，所以應(yīng)該在現(xiàn)場進(jìn)行該項(xiàng)測試。采樣精度測試所選取的分析儀為NT702電子互感器穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)設(shè)備，GPS時(shí)鐘為許繼的DGPS時(shí)鐘設(shè)備以及北京波形BBS-3/TITANM612。另外選取標(biāo)準(zhǔn)升壓變壓器、標(biāo)準(zhǔn)CT與標(biāo)準(zhǔn)PT、電流回升器。以CT的測試為例子進(jìn)行簡介，把兩個(gè)基準(zhǔn)CT同時(shí)連接到二次回路當(dāng)中，兩個(gè)基準(zhǔn)CT具備一樣的特性，把基準(zhǔn)CT1輸出的值作為參考，與此同時(shí)，將基準(zhǔn)CT2采集器輸出的值傳送給合并單元，在測試分析儀當(dāng)中把兩路數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而得到它們的幅值與相位誤差。

5.2.2數(shù)據(jù)延遲時(shí)間測試

該項(xiàng)測試可以用來檢驗(yàn)合并單元在發(fā)送報(bào)文傳輸?shù)綔y量、控制以及保護(hù)裝置設(shè)施的時(shí)候所占據(jù)的最長時(shí)間。該項(xiàng)測試所選取的同步對(duì)時(shí)設(shè)施是許繼的DGPS時(shí)鐘設(shè)備與北京波形BBS-3/TITANM612，測試設(shè)備為NT702電子互感器穩(wěn)態(tài)校驗(yàn)設(shè)備在數(shù)據(jù)延時(shí)測試當(dāng)中GPS對(duì)時(shí)設(shè)備同時(shí)向合并單元以及測試設(shè)備發(fā)出時(shí)鐘信號(hào)，而測試設(shè)備記下這個(gè)時(shí)刻，合并單元經(jīng)過光纖以太網(wǎng)，通過9-2LE幀格式直接把報(bào)文傳送到測試設(shè)備（不經(jīng)過交換機(jī)）。一旦測試設(shè)備接收到了合并單元的整秒時(shí)刻（GPS時(shí)標(biāo)當(dāng)中毫秒是0）傳送來的采樣數(shù)據(jù)包，然后讀出當(dāng)前的GPS時(shí)標(biāo)當(dāng)中的時(shí)間信息，把兩次的時(shí)刻相減，就可以得出傳送延遲的時(shí)間。把多次傳送的延遲時(shí)間值取平均值，就可以得到采樣數(shù)據(jù)包的傳送延遲時(shí)間。

5.2.3報(bào)文輸出時(shí)間離散性測試

合并單元采樣值傳送間隔離散值應(yīng)該低于10μs，輸出離散性測試的目的在于對(duì)合并單元的采樣值傳送間隔值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以此來驗(yàn)證能否滿足智能變電站保護(hù)技術(shù)規(guī)范當(dāng)中發(fā)送離散值低于10μs的規(guī)定。為了保證網(wǎng)絡(luò)分析儀時(shí)間的高度精準(zhǔn)應(yīng)該外接GPS。因?yàn)閳?bào)文輸出的時(shí)間離散性是與同步基準(zhǔn)有聯(lián)系的，因此應(yīng)該在接入同步與失去同步這兩種狀況之下對(duì)報(bào)文輸出的離散性開展測試工作。連接好相關(guān)設(shè)備之后，讓其系統(tǒng)正常運(yùn)行，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)獲得測試結(jié)果，這個(gè)時(shí)候合并單元以外部時(shí)鐘為同步的基準(zhǔn)。斷開合并單元的GPS脈沖輸入，在系統(tǒng)正常運(yùn)行之后，利用網(wǎng)絡(luò)分析儀的數(shù)據(jù)獲得測試結(jié)果，這個(gè)時(shí)候合并單元是利用本身內(nèi)部的晶振來實(shí)現(xiàn)同步。

6　結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能變電站的建設(shè)工作也在全面展開，合并單元的同步性能已經(jīng)成為將來限制智能變電站的重要課題之一，這同樣也是變電站驗(yàn)收的重要環(huán)節(jié)之一。本文提出了合并單元時(shí)間同步精度以及守時(shí)精度測試方法，希望能夠給現(xiàn)場的運(yùn)行工作人員提供該方面的測試依據(jù)，進(jìn)而給我國智能變電站建設(shè)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

［1］馬成久，張武洋.智能化變電站時(shí)鐘同步精度測試方法研究［J］.東北電力技術(shù)，2015（8）：29～30.

［2］劉慧源，郝后堂，李延新，等.數(shù)字化變電站同步方案分析［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015（3）：34～35.

［3］紀(jì)傳祺.論析IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的智能變電站中的應(yīng)用［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2015（10）：38～40.

王新宇（1989-），男，本科，主要從事智能變電站保護(hù)合并單元工作。

TM63

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2095-2066（2016）16-0069-02

2016-5-19