一起智能變電站同步相量測(cè)量裝置SV插件丟幀原因分析及處理措施

田國(guó)穩(wěn)，陳武恝，周 東，周 鈾，孫 揚(yáng)

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司檢修分公司，江西南昌330221）

0 引言

同步相量測(cè)量裝置利用同步時(shí)鐘系統(tǒng)提供的對(duì)時(shí)作為同步時(shí)鐘，構(gòu)成相量測(cè)量單元，用于電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)分析和預(yù)測(cè)等領(lǐng)域，是保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備，其支持IEC61850-9-2，采用SV組網(wǎng)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式接入合并單元采樣。智能變電站同步時(shí)鐘系統(tǒng)主要四種同步方式：GPS脈沖同步對(duì)時(shí)、串行口同步對(duì)時(shí)、IRIG-B時(shí)鐘碼同步對(duì)時(shí)和網(wǎng)絡(luò)同步對(duì)時(shí)（包括NTP/SNTP和IEEE1588）[1]。本文介紹了一起因同步時(shí)鐘系統(tǒng)光纖接線錯(cuò)誤導(dǎo)致IRIG-B時(shí)鐘碼對(duì)時(shí)異常造成同步相量測(cè)量裝置接收合并單元SV采樣報(bào)文時(shí)標(biāo)不同步，導(dǎo)致同步相量測(cè)量裝置接收SV丟幀的事件，針對(duì)此次事件，查找故障原因，給指出避免該類事件再次發(fā)生的措施，分析結(jié)果對(duì)于提高同步相量測(cè)量裝置運(yùn)行可靠性具有重要意義。

1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備配置情況

該智能變電站同步相量測(cè)量裝置通過(guò)組網(wǎng)方式接入220 kV和500 kV間隔的SV報(bào)文，500 kV第一、第二保護(hù)小室及220 kV保護(hù)小室各配置一臺(tái)同步相量測(cè)量采集裝置，各合并單元數(shù)據(jù)由采集器上送至計(jì)算機(jī)室同步相量測(cè)量裝置主機(jī)，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 同步相量測(cè)量系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖

主機(jī)內(nèi)配置六塊SV插件，其中四塊SV插件定義了SV報(bào)文，SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV接收220 kV保護(hù)小室內(nèi)220 kV所有間隔SV采樣報(bào)文，SV-SV4_500 kV接收500 kV第二保護(hù)小室內(nèi)500 kV第四、六串SV采樣報(bào)文，SV-SV5_500 kV接收500 kV第一保護(hù)小室內(nèi)500 kV第三串及主變SV采樣報(bào)文。

該站內(nèi)同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用雙主時(shí)鐘冗余配置，主時(shí)鐘分別在220 kV保護(hù)小室和500 kV第二保護(hù)小室組屏，雙主時(shí)鐘互為備用分別接入不同的對(duì)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)時(shí)鐘擴(kuò)展裝置輸出IRIG-B為合并單元提供對(duì)時(shí)服務(wù)，典型結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)圖

2 SV傳輸與同步機(jī)制

SendMSVMessage通信服務(wù)映射使用帶采樣計(jì)數(shù)器SmpCnt和采樣同步標(biāo)識(shí)SmpSynch的方式，按一定采樣率同步采樣的數(shù)據(jù)定期傳送。

每條SV采樣報(bào)文都攜帶有采樣計(jì)數(shù)器SmpCnt和采樣同步標(biāo)識(shí)SmpSynch。當(dāng)取得新采樣值時(shí)，采樣計(jì)數(shù)器加1。當(dāng)采樣被時(shí)鐘信號(hào)同步時(shí)，在同步時(shí)刻采樣計(jì)數(shù)器清零。合并單元失去外部對(duì)時(shí)輸入的情況下具備自守時(shí)功能，10 min內(nèi)誤差小于4 μs，當(dāng)采樣時(shí)鐘信號(hào)失去且經(jīng)過(guò)一段時(shí)間裝置自身時(shí)鐘已不再精確時(shí)，采樣同步標(biāo)識(shí)置“False”，并發(fā)告警信號(hào)，這樣訂閱者可根據(jù)采樣計(jì)數(shù)器和采樣同步標(biāo)識(shí)便可準(zhǔn)確知道采樣值報(bào)文是否同步以及相應(yīng)的同步時(shí)刻。

合并單元采用IRIG-B碼對(duì)時(shí)，IRIG-B碼信號(hào)是每秒1幀的時(shí)間串碼，即以每秒一次的頻率發(fā)送包括日、時(shí)、分、秒等在內(nèi)的時(shí)間信息。所以合并單元每秒同步一次，即SmpCnt采樣計(jì)數(shù)器每秒清空一次，合并單元采樣頻率4000 Hz，1秒鐘采樣點(diǎn)數(shù)為4000個(gè)點(diǎn)，在未失去同步信號(hào)的情況下其值范圍應(yīng)為0~3999[2]。

3 事件經(jīng)過(guò)及原因分析

運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)某500 kV變電站計(jì)算機(jī)室同步相量測(cè)量裝置主機(jī)頻繁報(bào)“MU丟幀和MU丟幀恢復(fù)”，并且上送主站數(shù)據(jù)中有質(zhì)量位，導(dǎo)致主站數(shù)據(jù)不可用。進(jìn)入裝置告警信息查看，裝置報(bào)SV-SV1_220 kV-通信中斷、SV-SV2_220 kV-通信中斷、SV-SV5_500 kV-通信中斷，只有SV-SV4_500 kV正常。500 kV第三串及主變間隔和220 kV間隔一次值和模入量中計(jì)算值有功、無(wú)功遙測(cè)值均為0。

使用調(diào)試工具登錄同步相量測(cè)量裝置主機(jī)，檢查SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、SV-SV5_500 kV三塊插件SV采樣信息，顯示的遙測(cè)量正常，排除插件故障因素。檢查數(shù)據(jù)集中單元的管理插件接收到各個(gè)SV插件的時(shí)標(biāo)和同步情況如圖3所示。CHN[00]、CHN[01]、CHN[03]、CHN[04]分別表示四塊定義了SV報(bào)文的插件，紅框部分表示合并單元上送的秒等分，即SV報(bào)文中的SmpCnt采樣計(jì)數(shù)器。CHN[03]的SV報(bào)文時(shí)標(biāo)超前其余插件的SV報(bào)文時(shí)標(biāo)，該插件接收SV報(bào)文情況狀態(tài)位ST=[2]，故裝置以此插件接收的SV報(bào)文時(shí)標(biāo)為基準(zhǔn)。SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、和SV-SV5_500 kV顯示秒等分為1120，SV-SV4_500 kV顯示為2640，相差了1520點(diǎn)，計(jì)算時(shí)間為 1520*250 μs=380 ms，SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、和SV-SV5_500 kV插件接收的SV報(bào)文與SV-SV4_500 kV插件接收SV報(bào)文同步性相差非常大，遠(yuǎn)超出該型號(hào)裝置軟件中20 ms同步數(shù)據(jù)時(shí)間，因此數(shù)據(jù)集中處理單元收到該數(shù)據(jù)后，判斷出SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、SV-SV5_500 kV通信中斷，并且不再對(duì)這三個(gè)插件SV采樣值進(jìn)行計(jì)算。

圖3 管理插件SV報(bào)文時(shí)標(biāo)同步情況

為了多角度驗(yàn)證該現(xiàn)象的真實(shí)性，查看網(wǎng)絡(luò)分析儀中SV-SV5_500 kV和SV-SV4_500 kV訂閱的SV報(bào)文如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)分析儀采樣報(bào)文

0X4007為SV-SV5_500 kV插件訂閱的SV報(bào)文，0X400D為SV-SV4_500 kV插件訂閱的SV報(bào)文，同時(shí)刻的SV報(bào)文中的SmpCnt采樣計(jì)數(shù)器相差1536個(gè)點(diǎn)，該情況與在同步相量測(cè)量裝置中發(fā)現(xiàn)的情況一致。

綜上分析，該站同步相量測(cè)量裝置采用組網(wǎng)方式訂閱SV報(bào)文，由于220 kV間隔、500 kV第二、三串的SV報(bào)文采樣計(jì)數(shù)器與500 kV第四、六串的SV報(bào)文采樣計(jì)數(shù)器相差約1520個(gè)點(diǎn)（約380 ms），網(wǎng)采方式的SV數(shù)據(jù)通過(guò)采樣值序號(hào)進(jìn)行同步對(duì)齊，同步相量測(cè)量裝置接收到的采樣值報(bào)文中SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、SV-SV5_500 kV插件采樣報(bào)文時(shí)標(biāo)與SV-SV4_500 kV偏差超過(guò)80個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)即20 ms時(shí)，故此三塊插件接收的SV采樣值不在進(jìn)行同步處理，因此報(bào)相應(yīng)SV插件通信中斷，并且不進(jìn)行計(jì)算造成顯示一次值遙測(cè)信息和模入量中有功、無(wú)功遙測(cè)值為0。

據(jù)此推斷出問(wèn)題可能出自為500kV第四、六串提供對(duì)時(shí)服務(wù)的500kV第二保護(hù)小室的同步對(duì)時(shí)擴(kuò)展裝置。

4 處理過(guò)程

檢查全站對(duì)時(shí)系統(tǒng)光纖接線情況，如圖5所示。

圖5 站內(nèi)同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)光纖接線圖

從圖5中我們可以看出該站同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)光纖接線比較混亂，雙主時(shí)鐘分列運(yùn)行并未按照要求互為備用，各合并單元只有一路對(duì)時(shí)輸入。500 kV第二保護(hù)小室主時(shí)鐘帶500 kV第一保護(hù)小室三臺(tái)擴(kuò)展裝置，為500 V第三串及主變間隔合并單元提供對(duì)時(shí)輸出。220 kV主時(shí)鐘帶220 kV保護(hù)小室三臺(tái)擴(kuò)展裝置和500 kV第二保護(hù)小室一臺(tái)擴(kuò)展裝置，為220 kV間隔合并單元提供對(duì)時(shí)輸出。500 kV第二保護(hù)小室對(duì)時(shí)屏擴(kuò)展裝置1面板顯示無(wú)IRIG-B碼對(duì)時(shí)輸入，表示220 kV保護(hù)小室主時(shí)鐘至該擴(kuò)展裝置的輸出無(wú)效。同時(shí)500 kV第二保護(hù)小室同步時(shí)鐘屏，500 kV第四、六串合并單元由擴(kuò)展裝置2輸出IRIG-B碼對(duì)時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)該擴(kuò)展裝置一路的IRIG-B碼輸入接至自身的IRIG-B碼輸出，因該擴(kuò)展裝置原是主時(shí)鐘裝置，當(dāng)作擴(kuò)展裝置使用，本身具有自守時(shí)功能，所以該裝置在失去IRIG-B碼時(shí)鐘源的情況下由裝置自身守時(shí)。所以造成500 kV第四、第六串合并單元SV采樣報(bào)文時(shí)標(biāo)與其余間隔SV采樣報(bào)文時(shí)標(biāo)失去同步。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行光纖改接，將500kV第二保護(hù)小室擴(kuò)展裝置2的輸入接至擴(kuò)展單元1的輸出口，并將500kV第二保護(hù)小室擴(kuò)展裝置1的輸入接至本屏主時(shí)鐘的輸出，改接后光纖接線圖如圖6所示。

圖6 站內(nèi)同步對(duì)時(shí)系統(tǒng)改接圖

將全站對(duì)時(shí)裝置進(jìn)行重啟。重啟后同步相量測(cè)量裝置恢復(fù)正常，SV采樣插件采樣報(bào)文均處在同步狀態(tài)。雖然改接后同步時(shí)鐘系統(tǒng)和同步相量測(cè)量裝置恢復(fù)正常，但是雙主時(shí)鐘處于分列狀態(tài)，有待下一步大修處理。

5 結(jié)語(yǔ)

此次同步相量測(cè)量裝置SV插件丟幀事件的原因?yàn)橥綄?duì)時(shí)系統(tǒng)接線錯(cuò)誤，導(dǎo)致為500 kV第四、六串合并單元提供對(duì)時(shí)輸入的擴(kuò)展裝置無(wú)對(duì)時(shí)源輸入，處于自守時(shí)狀態(tài)，造成與其他間隔的SV采樣報(bào)文失去同步，引發(fā)同步相量測(cè)量裝置丟棄SV采樣報(bào)文。該事件進(jìn)一步表明在智能變電站通訊技術(shù)廣泛應(yīng)用的背景下，同步時(shí)鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性愈發(fā)重要，也是今后研究的重點(diǎn)課題。