智能變電站交流采樣異常狀態分析和處理方法研究

（嘉興電力局，浙江嘉興314033）

智能變電站交流采樣異常狀態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，實現交流采樣的數字信號采集。根據目前投運的智能變電站交流采樣模式，從工程實際出發，對各種交流采樣異常狀態進行分析，并提出相應的處理方法。

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字化、通信平臺網絡化和信息共享標準化[1]。交流采樣通過數字信號傳輸是全站信息數字化的基礎，其實時性、準確性和規范性更是各類智能設備實現測量、控制、保護和計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，如采樣中斷、采樣失步、采樣無效等，如何正確研判并及時處理這些異常告警，直接關系到變電站一、二次設備能否安全可靠運行。

1 智能變電站交流采樣模式

與傳統變電站相比較，智能變電站交流采樣具有以下特點：采用合并單元，對來自互感器的電流/電壓信號進行時間相關組合，并將組合后的采樣數據以數字信號的形式發送給保護、測控和電度表等智能裝置。目前已投運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內的采集器將互感器傳感元件發出的信號轉變為光信號并傳輸給合并單元，合并單元將各路ECVT信號進行時間相關組合，并按DL/T 860.92（IEC 61850-9-2，以下簡稱9-2）協議通過網絡方式傳送給保護、測控等智能設備。另外，線路合并單元還可接收母線合并單元發送過來的母線電壓數據并進行組合。

此模式普遍應用于新建智能變電站。

1.2 常規互感器加合并單元模式

常規互感器加合并單元模式的接線示意如圖2所示，傳統電流/電壓互感器將二次電流/電壓信號通過電纜傳輸給合并單元，合并單元將電流/電壓信號進行A/D轉換并按時間相關組合，再以9-2協議通過網絡方式傳送給保護、測控等智能設備。

此模式普遍應用于由傳統變電站改造而成的智能變電站。

1.3 網絡采樣的弊端和直接采樣的應用

合并單元輸出的采樣值報文（Sampled Value，SV）可以通過交換機傳輸（網絡采樣），也可以點對點直接傳輸（直接采樣），IEC 61850標準規定SV報文應在3 ms內完成傳輸[2]。網絡采樣傳輸延時Td可描述為：

式中：t1為合并單元處理延時；tq為報文傳播延時；tsm為交換機發送延時；tp為報文排隊延時；t2為保護裝置處理延時。

Td受交換機性能和網絡流量的影響較大。網絡采樣時合并單元需要可靠的外部對時，使不同合并單元SV報文的樣本計數值（Sample Count）能同步輪轉。因此，網絡采樣的可靠性依賴于交換機和外部對時系統，對保護的快速性與可靠性有一定影響，保護信號應采用直接采樣方式[3]。

2 異常狀態分析與處理方法

2.1 采樣中斷

2.1.1 原因分析

此告警信號一般由保護（測控）裝置發出。當保護（測控）CPU采集不到任何采樣數據時，裝置將發出“采樣中斷”告警信號，并閉鎖所有保護功能和同期功能。“采樣中斷”通常由硬件故障引起，有以下3種類型：保護裝置故障、合并單元故障和保護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

先退出保護裝置所有保護，并打上“檢修”壓板。然后再進一步分析，縮小故障范圍。

（1）保護裝置故障時，一般會同時發出裝置異常或裝置閉鎖等告警信號，而與此合并單元相關的其他保護裝置（包括故障錄波器和網絡分析儀）采樣均正常。保護裝置故障通常由采樣插件故障引起，處理時宜采用整體更換采樣插件方式。

（2）合并單元故障時，與合并單元相關的其他保護裝置（包括故障錄波器和網絡分析儀）會發出采樣中斷告警，合并單元也會同時發出裝置異常或裝置閉鎖等告警信號。此時應將裝置改為檢修狀態，停用與本合并單元相連的所有保護并做好安全隔離。然后重點檢查合并單元電源插件和輸出插件。

（3）保護裝置與合并單元之間的通信鏈路故障時，除保護裝置報采樣中斷外無其他告警信號。此時應逐級檢查通信鏈路，包括合并單元發信光口、連接光纜、轉接設備和保護裝置收信光口。若是合并單元發信光口損壞，則按上述第2種故障類型處理。若為其他通信設備故障，更換相應設備后即可恢復正常。

2.2采樣無效

2.2.1 原因分析

合并單元發出的SV報文來自多個采樣通道，每路采樣通道均帶有品質位Q（正常時Q值為0*00 00 00 00）。當合并單元硬件故障或某相電子互感器未連接時，SV報文置無效（此時Q值為0*00 00 00 01）。保護裝置接收到無效SV報文時，會報“采樣無效”告警信號，同時閉鎖與此合并單元相關的所有保護。

2.2.2 處理方法

首先退出所有保護，并打上“檢修”壓板，做好安全隔離。查看網絡分析儀，確認該SV報文是否為無效，以便排除保護裝置誤判或誤發告警信號。在判定SV報文確為無效后，應停用與此合并單元相關的其他所有保護，并對合并單元作進一步檢查。若合并單元硬件故障，一般會有“裝置異常”或“**插件故障”等告警信號，此時只需更換相應插件即可。若是由電子互感器與合并單元通信異常引起，則需先停用一次設備，然后再重點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

合并單元發出的SV報文帶有同步標示位“SmpSynch”[4]。當合并單元外部對時輸入或外部同步信號失去，但合并單元內部時鐘守時精度能夠滿足同步要求時，“SmpSynch”值為“1”（即TRUE）；當守時精度不滿足同步要求時，“Smp Synch”值為“0”（即FORTH）。保護裝置接收到“SmpSynch”值為“0”的SV報文時，一般會報“采樣失步”告警信號。目前保護裝置采用直接采樣方式，收到SV報文即時處理，不判樣本計數值，故對保護功能沒有影響，保護裝置可正常運行。

2.3.2 處理方法

首先查看合并單元外部對時輸入信號是否正常。若系統為IEC 61588對時，且只有本合并單元對時異常，則可判斷為合并單元自身對時功能異常；若系統為pps或B碼對時，則可通過更換GPS設備備用輸出端口判別。當判定為外部對時輸入異常時，檢查GPS設備即可。當判定為合并單元自身故障時，應停用與此合并單元相關的其他所有保護，重點檢查合并單元受時元件。

2.4 雙CPU采樣不一致

2.4.1 原因分析

電子互感器由2路獨立采樣系統進行數據采集，每路都采用雙A/D系統接入合并單元，合并單元發送的SV報文含有2路數字采樣值。為滿足“當1路SV采樣數據異常時，保護不誤動跳閘”的要求，保護裝置一般采用雙CPU設計，當2個CPU均動作時保護才跳閘。雙A/D采樣原理見圖4。當保護裝置2個CPU接收的2路采樣值不一致且差值超過設定值時，保護裝置報“雙CPU采樣不一致”告警信號，而保護功能是否閉鎖則因設備廠家處理方式不同而不同。

2.4.2 處理方法

此現象一般由互感器的某路A/D電路故障引起。互感器內某路A/D元件異常時，轉換器會輸出2路不同的采樣值，故首先要停用一次設備。因互感器內傳感器、A/D元件和轉換器一般為一體化設備，因此只能整體更換。

2.5 零漂越限

2.5.1 原因分析

此現象一般由電子電流互感器采集器本身引起。當A/D采樣或積分回路有缺陷時，均有可能產生較大的零漂。在達到一定值后，保護/測控裝置會報“零漂越限”告警信號。此時，保護會退出與直流分量相關的判據，但不閉鎖保護功能。此告警在設備空載情況下更容易出現。

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備，然后再作進一步分析處理。一般需要對采集器進行軟件升級或硬件更換。

3 結論

從上述分析可知，智能變電站交流采樣出現告警信號的原因及處理方法已較為清晰。而如何進一步提高交流采樣信號的可靠性和正確性，減少各種異常告警的出現，確保變電設備和電網的可靠運行，則是應著重關注的問題。

（1）統一采集器和合并單元間數據傳輸規范。目前只有合并單元按9-2標準輸出SV報文，采集器和合并單元之間的數據傳輸均為制造商私有協議，當兩者為不同制造商設備時，就無法進行簡單的互聯互通。

（2）統一各類采樣異常的處理原則。目前合并單元制造商對采樣無效、采樣失步的判定依據不一致，保護設備制造商對采樣中斷等異常判斷原則和是否閉鎖保護功能也不統一。因此，急需統一對各類異常問題的處理原則，包括異常的判斷原則、報文名稱、是否閉鎖保護功能等。

（3）統一采集器、合并單元和保護/測控等智能設備間的設備接口方式，規范硬件接口標準，只有這樣才能真正實現即插即用。

（4）規范互感器二次變比設置。與傳統互感器二次側按一定變比輸出二次值不同，合并單元輸出的采樣數據均為一次值。建議簡化裝置參數設置和整定計算，取消二次變比。

[1]Q/GDW 383-2009智能變電站技術導則[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技術規范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[4]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程繼電保護應用模型[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，從事繼電保護技術管理工作。