王丹

摘要：文章首先對智能變電站繼電保護(hù)跳閘方式原理進(jìn)行介紹，然后分析了智能變電站繼電保護(hù)兩種跳閘方式，最后在兩種跳閘方式分析比較的基礎(chǔ)上對智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)跳閘可靠性以及延時進(jìn)行了相應(yīng)研究，希望可以給相關(guān)人士提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；跳閘方式；報文發(fā)送延時；網(wǎng)絡(luò)傳輸延時 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM734 文章編號：1009-2374（2015）36-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.058

1 智能變電站繼電保護(hù)跳閘方式原理

1.1 智能變電站保護(hù)點對點跳閘方式

這種保護(hù)跳閘方式主要是為了保護(hù)裝置到智能終端間通過獨立光纖進(jìn)行有效連接，并且有效保護(hù)跳閘信號能夠通過這一直達(dá)光纖進(jìn)行傳輸，別的信號能夠接到過程層交換機運用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送。

1.2 智能變電站保護(hù)網(wǎng)跳閘方式

這種保護(hù)跳閘方式主要是保護(hù)裝置和智能終端都接入到過程層的交換機之中，對跳閘等一切GOOSE信號進(jìn)行保護(hù)，使這些信號都能夠運用網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)傳輸。

1.3 兩種保護(hù)跳閘方式的主要區(qū)別

就接線形式而言，智能變電站保護(hù)點對點跳閘方式較之保護(hù)網(wǎng)跳閘方式多出了跳閘光纖；就跳閘模式而言，智能變電站保護(hù)點對點跳閘方式所得出的跳閘報文主要是運用直達(dá)光纜來進(jìn)行傳輸，不存在任何中間環(huán)節(jié)，但是智能變電站保護(hù)網(wǎng)跳閘方式所得出的跳閘報文往往需要運用交換機來進(jìn)行傳輸。

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)點對點跳閘

（1）不需要網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行傳輸，不需要經(jīng)由交換機，不會產(chǎn)生交換延時問題；（2）熔點多、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 智能變電站保護(hù)網(wǎng)跳閘

（1）光纖熔接點數(shù)量較少，使得故障的接點也相對較少；（2）光纖的敷設(shè)數(shù)量較少；（3）便于開展故障分析工作；（4）網(wǎng)絡(luò)跳閘交換機會有一定的延時現(xiàn)象

存在。

在智能變電站技術(shù)規(guī)范中相關(guān)要求表明，信息共享標(biāo)準(zhǔn)化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化以及全站信息數(shù)字化等是智能變電站的基本要求。通過網(wǎng)絡(luò)化傳輸方式與智能變電站建設(shè)的目的與未來技術(shù)發(fā)展方向更加符合。所以，本文會對智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)跳閘的可靠性與延時等問題進(jìn)行重點分析。

3 智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)跳閘可靠性分析

一般而言，交換機丟包是對智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)跳閘可靠性造成影響的主要因素。導(dǎo)致交換機丟包的可能性主要有三種，分別是電磁干擾、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴以及交換機處理能力弱。下面分別就這三個方面進(jìn)行簡要分析：

3.1 抗電磁干擾能力

智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)中過程層交換機都需要通過KEMA（所謂的KEMA就是指在全球范圍中進(jìn)行電力行業(yè)產(chǎn)品測試、咨詢以及認(rèn)證的一家權(quán)威機構(gòu)）的相關(guān)認(rèn)證，根據(jù)國家電工委員會IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，運用電磁輻射、抗電磁干擾以及靜態(tài)振動等測試，使得智能變電站在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運行得以有效保證。

3.2 抑制電網(wǎng)風(fēng)暴能力

一般而言，產(chǎn)生電網(wǎng)風(fēng)暴的原因主要包括：（1）若某一裝置出現(xiàn)異常，就會導(dǎo)致多發(fā)報文，從而致使交換機難以防護(hù)，但是在這一情況下，智能變電站繼電保護(hù)點對點跳閘方式也不能運行；（2）若網(wǎng)絡(luò)中有非法裝置接入，就會發(fā)出類似“未知單播地址”的報文，在這一情況下，交換機中存在的“未知單播地址抑制”功能就能夠發(fā)揮較好的防御作用；（3）若在網(wǎng)絡(luò)之中出現(xiàn)許多異常的廣播，這時交換機之中的“端口速率限制”功能就能夠發(fā)揮有效的防御作用。

3.3 交換機高負(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)交換機主要運用存儲或者轉(zhuǎn)發(fā)機制，而且運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。下表1為網(wǎng)絡(luò)傳輸延時測試。從這一表格數(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。

除此之外，現(xiàn)在過程層網(wǎng)絡(luò)大多應(yīng)用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此在任何一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境出現(xiàn)問題的情況下，都不會致使保護(hù)拒動的產(chǎn)生，所以，智能變電站機電保護(hù)網(wǎng)跳閘方式能夠使得繼電保護(hù)的可靠性得到有效保證。

4 智能變電站繼電保護(hù)網(wǎng)跳閘延時分析

4.1 保護(hù)網(wǎng)跳閘延時理論分析

據(jù)相關(guān)規(guī)定中表示，一個報文完整的輸送時間從發(fā)送方將數(shù)據(jù)中的內(nèi)容放到其傳輸棧頂?shù)臅r候開始計時，直至接受方從傳輸棧里將數(shù)據(jù)取走時為止。

4.1.1 報文發(fā)送延時。所謂的報文發(fā)送延時主要指的是裝置通信處理器報文延時處理，運用國家電網(wǎng)企業(yè)試點依托工程動模測試，使得裝置之中各個端口的處理時間需要延長25μs，也就是第1個端口需要延時25μs處理，而第2個端口就需要延時50μs處理，并且以此

類推。

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸延時。（1）交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時。由于現(xiàn)代交換機都根據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)的原理，所以，單個交換機的存儲轉(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）交換機交換延時。一般而言交換機交換延時都是一個固定值，這一值由優(yōu)先級與交換機芯片處理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)交換機產(chǎn)生的交換延時往往小于10μs；（3）光纜傳輸延時。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)交換機通過隊列結(jié)合儲存轉(zhuǎn)發(fā)機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、交換機延時以及發(fā)送

延時。

4.2 保護(hù)網(wǎng)跳閘延時測試數(shù)據(jù)

由于不斷有一些試點工程中出現(xiàn)智能變電站繼電保護(hù)點對點跳閘延時長于保護(hù)網(wǎng)跳閘延時的現(xiàn)象，而且相關(guān)設(shè)計、施工和運行維護(hù)單位都對智能變電站繼電保護(hù)點對點跳閘方案接線運行維護(hù)不方便、工作量過大進(jìn)行反應(yīng)，因此需要對智能變電站繼電保護(hù)方式兩種方案延時予以測試。

人們往往認(rèn)為保護(hù)網(wǎng)跳閘因為加大了交換機延時，致使其延時較點對點跳閘延時大。但是在實際測試之中，卻得出了與之完全相反的結(jié)果，保護(hù)網(wǎng)跳閘延時通常較之點對點跳閘延時小。針對這一問題，進(jìn)行了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)主要原因包括：（1）多光口信息傳輸都是通過共同的CPU予以處理，CPU要對各個端口逐一進(jìn)行處理，這就延長了光口報文處理時間，而通過網(wǎng)絡(luò)化傳輸，設(shè)備不用點對點跳閘接口，而且各個廠家都把組網(wǎng)端口放置最先處理位置，所以網(wǎng)跳速度較之點對點跳閘速度快；（2）就點對點跳閘光口而言，因為CPU的順序處理，使得排在后面的光口所用的延時越長，但是交換機所需要延時較短，因此保護(hù)網(wǎng)跳閘較之點對點跳閘延時少；（3）因為數(shù)據(jù)端口的不斷增多，裝置中的數(shù)據(jù)循環(huán)處理時間也會相對單一端口處理時間有所延長。

5 結(jié)語

綜上所述，智能變電站繼電保護(hù)跳閘實現(xiàn)方式對于變電站穩(wěn)定、安全運行具有非常重要的作用。因此，一定要對智能變電站繼電保護(hù)跳閘方式予以足夠的重視，從而有效推動變電站的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）