（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

智能變電站交流采樣異常狀態(tài)分析和處理方法研究

江偉建，錢嘯，郭磊，鄒海寶

（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

常規(guī)變電站采用電流/電壓互感器，而智能變電站是采用電子式互感器和合并單元，實(shí)現(xiàn)交流采樣的數(shù)字信號(hào)采集。根據(jù)目前投運(yùn)的智能變電站交流采樣模式，從工程實(shí)際出發(fā)，對(duì)各種交流采樣異常狀態(tài)進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的處理方法。

智能變電站；交流采樣；異常；處理方法

智能變電站的基本要求是全站信息數(shù)字化、通信平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)化和信息共享標(biāo)準(zhǔn)化[1]。交流采樣通過數(shù)字信號(hào)傳輸是全站信息數(shù)字化的基礎(chǔ)，其實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和規(guī)范性更是各類智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)測量、控制、保護(hù)和計(jì)量等功能的前提條件。

智能變電站交流采樣回路有許多告警信號(hào)，如采樣中斷、采樣失步、采樣無效等，如何正確研判并及時(shí)處理這些異常告警，直接關(guān)系到變電站一、二次設(shè)備能否安全可靠運(yùn)行。

1 智能變電站交流采樣模式

與傳統(tǒng)變電站相比較，智能變電站交流采樣具有以下特點(diǎn)：采用合并單元，對(duì)來自互感器的電流/電壓信號(hào)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合，并將組合后的采樣數(shù)據(jù)以數(shù)字信號(hào)的形式發(fā)送給保護(hù)、測控和電度表等智能裝置。目前已投運(yùn)的智能變電站交流采樣模式有2種，即：電子式互感器加合并單元模式和常規(guī)互感器加合并單元模式。

1.1 電子式互感器加合并單元模式

電子互感器加合并單元采樣模式的接線示意如圖1所示，電子式電流/電壓互感器ECVT內(nèi)的采集器將互感器傳感元件發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)并傳輸給合并單元，合并單元將各路ECVT信號(hào)進(jìn)行時(shí)間相關(guān)組合，并按DL/T 860.92（IEC 61850-9-2，以下簡稱9-2）協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)方式傳送給保護(hù)、測控等智能設(shè)備。另外，線路合并單元還可接收母線合并單元發(fā)送過來的母線電壓數(shù)據(jù)并進(jìn)行組合。

此模式普遍應(yīng)用于新建智能變電站。

1.2 常規(guī)互感器加合并單元模式

常規(guī)互感器加合并單元模式的接線示意如圖2所示，傳統(tǒng)電流/電壓互感器將二次電流/電壓信號(hào)通過電纜傳輸給合并單元，合并單元將電流/電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并按時(shí)間相關(guān)組合，再以9-2協(xié)議通過網(wǎng)絡(luò)方式傳送給保護(hù)、測控等智能設(shè)備。

此模式普遍應(yīng)用于由傳統(tǒng)變電站改造而成的智能變電站。

1.3 網(wǎng)絡(luò)采樣的弊端和直接采樣的應(yīng)用

合并單元輸出的采樣值報(bào)文（Sampled Value，SV）可以通過交換機(jī)傳輸（網(wǎng)絡(luò)采樣），也可以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接傳輸（直接采樣），IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定SV報(bào)文應(yīng)在3 ms內(nèi)完成傳輸[2]。網(wǎng)絡(luò)采樣傳輸延時(shí)Td可描述為：

式中：t1為合并單元處理延時(shí)；tq為報(bào)文傳播延時(shí)；tsm為交換機(jī)發(fā)送延時(shí)；tp為報(bào)文排隊(duì)延時(shí)；t2為保護(hù)裝置處理延時(shí)。

Td受交換機(jī)性能和網(wǎng)絡(luò)流量的影響較大。網(wǎng)絡(luò)采樣時(shí)合并單元需要可靠的外部對(duì)時(shí)，使不同合并單元SV報(bào)文的樣本計(jì)數(shù)值（Sample Count）能同步輪轉(zhuǎn)。因此，網(wǎng)絡(luò)采樣的可靠性依賴于交換機(jī)和外部對(duì)時(shí)系統(tǒng)，對(duì)保護(hù)的快速性與可靠性有一定影響，保護(hù)信號(hào)應(yīng)采用直接采樣方式[3]。

2 異常狀態(tài)分析與處理方法

2.1 采樣中斷

2.1.1 原因分析

此告警信號(hào)一般由保護(hù)（測控）裝置發(fā)出。當(dāng)保護(hù)（測控）CPU采集不到任何采樣數(shù)據(jù)時(shí)，裝置將發(fā)出“采樣中斷”告警信號(hào)，并閉鎖所有保護(hù)功能和同期功能。“采樣中斷”通常由硬件故障引起，有以下3種類型：保護(hù)裝置故障、合并單元故障和保護(hù)裝置與合并單元之間的通訊鏈路故障，如圖3所示。

2.1.2 處理方法

先退出保護(hù)裝置所有保護(hù)，并打上“檢修”壓板。然后再進(jìn)一步分析，縮小故障范圍。

（1）保護(hù)裝置故障時(shí)，一般會(huì)同時(shí)發(fā)出裝置異?；蜓b置閉鎖等告警信號(hào)，而與此合并單元相關(guān)的其他保護(hù)裝置（包括故障錄波器和網(wǎng)絡(luò)分析儀）采樣均正常。保護(hù)裝置故障通常由采樣插件故障引起，處理時(shí)宜采用整體更換采樣插件方式。

（2）合并單元故障時(shí)，與合并單元相關(guān)的其他保護(hù)裝置（包括故障錄波器和網(wǎng)絡(luò)分析儀）會(huì)發(fā)出采樣中斷告警，合并單元也會(huì)同時(shí)發(fā)出裝置異?；蜓b置閉鎖等告警信號(hào)。此時(shí)應(yīng)將裝置改為檢修狀態(tài)，停用與本合并單元相連的所有保護(hù)并做好安全隔離。然后重點(diǎn)檢查合并單元電源插件和輸出插件。

（3）保護(hù)裝置與合并單元之間的通信鏈路故障時(shí)，除保護(hù)裝置報(bào)采樣中斷外無其他告警信號(hào)。此時(shí)應(yīng)逐級(jí)檢查通信鏈路，包括合并單元發(fā)信光口、連接光纜、轉(zhuǎn)接設(shè)備和保護(hù)裝置收信光口。若是合并單元發(fā)信光口損壞，則按上述第2種故障類型處理。若為其他通信設(shè)備故障，更換相應(yīng)設(shè)備后即可恢復(fù)正常。

2.2采樣無效

2.2.1 原因分析

合并單元發(fā)出的SV報(bào)文來自多個(gè)采樣通道，每路采樣通道均帶有品質(zhì)位Q（正常時(shí)Q值為0*00 00 00 00）。當(dāng)合并單元硬件故障或某相電子互感器未連接時(shí)，SV報(bào)文置無效（此時(shí)Q值為0*00 00 00 01）。保護(hù)裝置接收到無效SV報(bào)文時(shí)，會(huì)報(bào)“采樣無效”告警信號(hào)，同時(shí)閉鎖與此合并單元相關(guān)的所有保護(hù)。

2.2.2 處理方法

首先退出所有保護(hù)，并打上“檢修”壓板，做好安全隔離。查看網(wǎng)絡(luò)分析儀，確認(rèn)該SV報(bào)文是否為無效，以便排除保護(hù)裝置誤判或誤發(fā)告警信號(hào)。在判定SV報(bào)文確為無效后，應(yīng)停用與此合并單元相關(guān)的其他所有保護(hù)，并對(duì)合并單元作進(jìn)一步檢查。若合并單元硬件故障，一般會(huì)有“裝置異?！被颉?*插件故障”等告警信號(hào)，此時(shí)只需更換相應(yīng)插件即可。若是由電子互感器與合并單元通信異常引起，則需先停用一次設(shè)備，然后再重點(diǎn)檢查互感器與合并單元之間的連接線。

2.3 采樣失步

2.3.1 原因分析

合并單元發(fā)出的SV報(bào)文帶有同步標(biāo)示位“SmpSynch”[4]。當(dāng)合并單元外部對(duì)時(shí)輸入或外部同步信號(hào)失去，但合并單元內(nèi)部時(shí)鐘守時(shí)精度能夠滿足同步要求時(shí)，“SmpSynch”值為“1”（即TRUE）；當(dāng)守時(shí)精度不滿足同步要求時(shí)，“Smp Synch”值為“0”（即FORTH）。保護(hù)裝置接收到“SmpSynch”值為“0”的SV報(bào)文時(shí)，一般會(huì)報(bào)“采樣失步”告警信號(hào)。目前保護(hù)裝置采用直接采樣方式，收到SV報(bào)文即時(shí)處理，不判樣本計(jì)數(shù)值，故對(duì)保護(hù)功能沒有影響，保護(hù)裝置可正常運(yùn)行。

2.3.2 處理方法

首先查看合并單元外部對(duì)時(shí)輸入信號(hào)是否正常。若系統(tǒng)為IEC 61588對(duì)時(shí)，且只有本合并單元對(duì)時(shí)異常，則可判斷為合并單元自身對(duì)時(shí)功能異常；若系統(tǒng)為pps或B碼對(duì)時(shí)，則可通過更換GPS設(shè)備備用輸出端口判別。當(dāng)判定為外部對(duì)時(shí)輸入異常時(shí)，檢查GPS設(shè)備即可。當(dāng)判定為合并單元自身故障時(shí)，應(yīng)停用與此合并單元相關(guān)的其他所有保護(hù)，重點(diǎn)檢查合并單元受時(shí)元件。

2.4 雙CPU采樣不一致

2.4.1 原因分析

電子互感器由2路獨(dú)立采樣系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，每路都采用雙A/D系統(tǒng)接入合并單元，合并單元發(fā)送的SV報(bào)文含有2路數(shù)字采樣值。為滿足“當(dāng)1路SV采樣數(shù)據(jù)異常時(shí)，保護(hù)不誤動(dòng)跳閘”的要求，保護(hù)裝置一般采用雙CPU設(shè)計(jì)，當(dāng)2個(gè)CPU均動(dòng)作時(shí)保護(hù)才跳閘。雙A/D采樣原理見圖4。當(dāng)保護(hù)裝置2個(gè)CPU接收的2路采樣值不一致且差值超過設(shè)定值時(shí)，保護(hù)裝置報(bào)“雙CPU采樣不一致”告警信號(hào)，而保護(hù)功能是否閉鎖則因設(shè)備廠家處理方式不同而不同。

2.4.2 處理方法

此現(xiàn)象一般由互感器的某路A/D電路故障引起?；ジ衅鲀?nèi)某路A/D元件異常時(shí)，轉(zhuǎn)換器會(huì)輸出2路不同的采樣值，故首先要停用一次設(shè)備。因互感器內(nèi)傳感器、A/D元件和轉(zhuǎn)換器一般為一體化設(shè)備，因此只能整體更換。

2.5 零漂越限

2.5.1 原因分析

此現(xiàn)象一般由電子電流互感器采集器本身引起。當(dāng)A/D采樣或積分回路有缺陷時(shí)，均有可能產(chǎn)生較大的零漂。在達(dá)到一定值后，保護(hù)/測控裝置會(huì)報(bào)“零漂越限”告警信號(hào)。此時(shí)，保護(hù)會(huì)退出與直流分量相關(guān)的判據(jù)，但不閉鎖保護(hù)功能。此告警在設(shè)備空載情況下更容易出現(xiàn)。

2.5.2 處理方法

由于是由互感器采集器故障引起，故首先要停用一次設(shè)備，然后再作進(jìn)一步分析處理。一般需要對(duì)采集器進(jìn)行軟件升級(jí)或硬件更換。

3 結(jié)論

從上述分析可知，智能變電站交流采樣出現(xiàn)告警信號(hào)的原因及處理方法已較為清晰。而如何進(jìn)一步提高交流采樣信號(hào)的可靠性和正確性，減少各種異常告警的出現(xiàn)，確保變電設(shè)備和電網(wǎng)的可靠運(yùn)行，則是應(yīng)著重關(guān)注的問題。

（1）統(tǒng)一采集器和合并單元間數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范。目前只有合并單元按9-2標(biāo)準(zhǔn)輸出SV報(bào)文，采集器和合并單元之間的數(shù)據(jù)傳輸均為制造商私有協(xié)議，當(dāng)兩者為不同制造商設(shè)備時(shí)，就無法進(jìn)行簡單的互聯(lián)互通。

（2）統(tǒng)一各類采樣異常的處理原則。目前合并單元制造商對(duì)采樣無效、采樣失步的判定依據(jù)不一致，保護(hù)設(shè)備制造商對(duì)采樣中斷等異常判斷原則和是否閉鎖保護(hù)功能也不統(tǒng)一。因此，急需統(tǒng)一對(duì)各類異常問題的處理原則，包括異常的判斷原則、報(bào)文名稱、是否閉鎖保護(hù)功能等。

（3）統(tǒng)一采集器、合并單元和保護(hù)/測控等智能設(shè)備間的設(shè)備接口方式，規(guī)范硬件接口標(biāo)準(zhǔn)，只有這樣才能真正實(shí)現(xiàn)即插即用。

（4）規(guī)范互感器二次變比設(shè)置。與傳統(tǒng)互感器二次側(cè)按一定變比輸出二次值不同，合并單元輸出的采樣數(shù)據(jù)均為一次值。建議簡化裝置參數(shù)設(shè)置和整定計(jì)算，取消二次變比。

[1]Q/GDW 383-2009智能變電站技術(shù)導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2010.

[2]IEC 61850 Communication networks and systems in substasions[S].2003.

[3]Q/GDW 441-2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[4]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程繼電保護(hù)應(yīng)用模型[S].北京：中國電力出版社，2010.

（本文編輯：龔皓）

The Analysis of Abnormal State and Research on Processing Method of AC Sampling in Intelligent Substations

JIANG Wei-jian，QIAN Xiao，GUO Lei，ZOU Hai-bao
（Jiaxing Electric Power Bureau，Jiaxing Zhejiang 314033，China）

This paper describes the mode of digital AC sampling in intelligent substations used nowadays. Through the analysis on various abnormal situations of AC sampling based on the engineering practice，this paper puts forward corresponding processing methods.

intelligent substation；AC sampling；abnormal；processing method

TM733

：B

：1007-1881（2012）10-0016-03

2012-04-01

江偉建（1978-），男，浙江嘉興人，工程師，從事繼電保護(hù)技術(shù)管理工作。