智能變電站的繼電保護(hù)跳閘方式

呂成虎

摘要：本文就概述點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式的特點(diǎn);進(jìn)而分析保護(hù)網(wǎng)跳閘的可靠性與實時性。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù);跳閘方式

1兩種保護(hù)跳閘方式的實現(xiàn)

（1）GOOSE點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式

保護(hù)裝置與智能終端之間具有獨(dú)立光纖連接，保護(hù)跳閘信號直接通過該光纖傳輸，其余信號接至過程層交換機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。

（2）GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘方式

保護(hù)裝置與智能終端均通過光纖接至過程層交換機(jī)，保護(hù)跳閘等所有GOOSE信號均通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。兩種方式的主要區(qū)別在于：①接線形式上，GOOSE點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式比GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘方式增加了單獨(dú)的跳閘光纜;②跳閘模式上，GOOSE點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式的跳閘命令通過光纜直達(dá)智能終端，無中間環(huán)節(jié)，而GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘命令需要通過中間環(huán)節(jié)——過程層交換機(jī)轉(zhuǎn)接。

2智能變電站繼電保護(hù)跳閘方式比較

2.1智能變電站保護(hù)點(diǎn)對點(diǎn)跳閘特點(diǎn)

（1）不需要網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行傳輸，不需要經(jīng)由交換機(jī)，不會產(chǎn)生交換延時問題;（2）熔點(diǎn)多、光口多，容易發(fā)生各種故障;（3）CPU以及裝置光口的發(fā)熱量都加大，而且設(shè)備老化速度加快，使得設(shè)備故障發(fā)生率大大提高;（4）硬件多，使得工程現(xiàn)場施工量大大增加;（5）難以進(jìn)行故障分析;（6）機(jī)械設(shè)備維護(hù)有較大工作量，設(shè)備全壽命周期所需造價加大。

2.2保護(hù)網(wǎng)跳閘方式的特點(diǎn)

保護(hù)網(wǎng)跳閘方式不需要光纖傳輸保護(hù)信號，所以在安裝過程中，施工較為簡便，光纖接口遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于保護(hù)點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式，因此減少了事故發(fā)生的概率，并有利于找到正確的事故原因。當(dāng)然保護(hù)網(wǎng)跳閘方式也有其弊端，這表現(xiàn)在保護(hù)網(wǎng)跳閘方式需要交換機(jī)處理信號，使得網(wǎng)絡(luò)跳閘存在延遲。因此采用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞礁臃衔覈ㄔO(shè)智能變電站的理念和發(fā)展規(guī)劃，符合未來的變電站保護(hù)技術(shù)潮流。本文將著重分析保護(hù)網(wǎng)跳閘方式的可靠性及其伴隨的延遲問題。

3保護(hù)網(wǎng)跳閘可靠性分析影響

保護(hù)網(wǎng)跳閘可靠性的主要因素是交換機(jī)丟包。交換機(jī)產(chǎn)生丟包的可能性有3種：（1）電磁干擾;（2）網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴;（3）交換機(jī)處理能力差。

3.1抗電磁干擾能力

過程層交換機(jī)均通過KEMA認(rèn)證（KEMA是一家全球范圍內(nèi)從事電力行業(yè)產(chǎn)品測試、認(rèn)證和咨詢的權(quán)威機(jī)構(gòu)），按照IEC（國際電工委員會）的標(biāo)準(zhǔn)要求，通過靜態(tài)振動、抗電磁干擾及電磁輻射等各項測試，能夠保證變電站在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴能力

網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴產(chǎn)生的原因有：（1）如果某個裝置異常，會多發(fā)報文，這種問題交換機(jī)無法防護(hù)，但在這種情況下，點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式也無法運(yùn)行;（2）如果有非法裝置接入網(wǎng)絡(luò)，發(fā)出“未知單播地址”的報文，交換機(jī)的“未知單播地址抑制”功能可以起到很好的防御作用;（3）如果網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)大量異常廣播，交換機(jī)的“端口速率限制（單播/組播/廣播）”功能可以有效防御。

3.3可靠性框圖法

可靠性框圖是一種比較清晰、簡單的計算方法，適合于元件數(shù)量較少的系統(tǒng)。RBD根據(jù)保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，繪出系統(tǒng)可靠性框圖，描述出系統(tǒng)中元件狀態(tài)與系統(tǒng)狀態(tài)的關(guān)系。然后根據(jù)框圖計算出系統(tǒng)不同狀態(tài)的概率。對于由多個獨(dú)立分散布置元件構(gòu)成的保護(hù)系統(tǒng)而言，可近似認(rèn)為元件間的維修具有獨(dú)立性。因此，記元件1和元件2的正確動作概率分別為P1和P2，誤動概率為PW1和PW2，拒動概率為PJ1和PJ2。概率運(yùn)算規(guī)則為：當(dāng)兩個元件并聯(lián)運(yùn)行時，任何一個元件誤動作，并聯(lián)環(huán)節(jié)便會誤動。只有兩個元件都拒動，并聯(lián)環(huán)節(jié)才會拒動。

3.4交換機(jī)高負(fù)載處理能力

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前過程層工業(yè)交換機(jī)主要運(yùn)用存儲或者轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，而且運(yùn)用完全雙工的方式進(jìn)行連接，所以在增加數(shù)據(jù)流量的同時，是不會出現(xiàn)明顯的延時增加現(xiàn)象的。從相關(guān)數(shù)據(jù)中我們可知，在高負(fù)載情況下，變電站自動化系統(tǒng)過程層交換機(jī)存儲轉(zhuǎn)發(fā)所出現(xiàn)的延時情況都低于300μs，大大低于繼電器動作所產(chǎn)生的抖動延時，能夠使得繼電保護(hù)速動性要求得以切實滿足。

4保護(hù)網(wǎng)跳閘方式的延時性分析

4.1報文發(fā)送延時分析

報文發(fā)送延時的產(chǎn)生主要是因為裝置的通信處理器需要一定的時間反應(yīng)并處理報文。根據(jù)國家試點(diǎn)測試，裝置的每個端口要正確處理報文的時間約為25微秒，并且疊加。也就是說，當(dāng)?shù)谝粋€數(shù)據(jù)處理端口的延時為25微秒時，在經(jīng)過第二個處理后，就得再經(jīng)過一個25微秒。

4.2網(wǎng)絡(luò)傳輸延時

（1）交換機(jī)存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時。由于現(xiàn)代交換機(jī)都根據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)的原理，所以，單個交換機(jī)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時就相當(dāng)于幀長與傳輸速度相除，比如說100Mb/s光口，在以太網(wǎng)之中幀長的最大值為1522b，加之同步幀頭為8b，在進(jìn)行交換機(jī)存儲轉(zhuǎn)發(fā)時會產(chǎn)生122μs的延時，如果是千兆端口存儲，就需要12μs的轉(zhuǎn)發(fā)延時;（2）交換機(jī)交換延時。一般而言交換機(jī)交換延時都是一個固定值，這一值由優(yōu)先級與交換機(jī)芯片處理MAC地址表等功能的速度所決定的，通常而言，工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)生的交換延時往往小于10μs;（3）光纜傳輸延時[3]。光纜長度與光纜光速之間的比值就是光纜傳輸延時，比如說1km光纜，其傳輸延時大概是5μs;（4）交換機(jī)幀排隊延時。幀沖突往往出現(xiàn)在廣播式以太網(wǎng)之中，而以太網(wǎng)交換機(jī)通過隊列結(jié)合儲存轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制使得共享式以太網(wǎng)之中的幀沖突問題得以消除，為了使得重要數(shù)據(jù)幀的排隊延時得以減輕，可以引進(jìn)數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級制度;（5）網(wǎng)絡(luò)傳輸總延時。在總延時中主要包括幀排隊延時、線路傳輸延時、交換機(jī)延時以及發(fā)送延時。

4.3保護(hù)網(wǎng)跳閘方式的綜合數(shù)據(jù)分析

從原理分析很容易讓人認(rèn)為，保護(hù)網(wǎng)跳閘方式由于交換機(jī)延時的存在導(dǎo)致了延時高于保護(hù)點(diǎn)對點(diǎn)跳閘方式。實際情況并非如此。通過不同型號的裝置進(jìn)行測試，光口報文的時間延時約為25微秒。如果同一個報文發(fā)送要用到17個個端口，則最先和最后發(fā)出的報文應(yīng)該有400微秒的延時。

總結(jié)

智能變電站繼電保護(hù)跳閘的實現(xiàn)方式對變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。本文從可靠性、速動性及運(yùn)行經(jīng)驗等方面對其進(jìn)行了分析，認(rèn)為繼電保護(hù)網(wǎng)跳閘方式具有明顯優(yōu)勢，適應(yīng)目前智能變電站的發(fā)展趨勢。相信保護(hù)網(wǎng)跳閘方式未來必定會在智能變電站系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王丹.淺談智能變電站繼電保護(hù)跳閘實現(xiàn)方式[J].中國高新技術(shù)企業(yè).2015（36）

[2]韓衛(wèi)恒，郝偉，孫瑞浩.智能變電站合并單元智能終端整改方案的探討[J].山西電力.2015（03）