智能變電站采樣數(shù)據(jù)同步原理及測試方法

農(nóng)艷奎 梁威威

摘 要：文章著重介紹了智能變電站中合并單元的采樣數(shù)據(jù)同步的原理以及在變電站現(xiàn)場調(diào)試的基本方法，并就目前存在的一些問題進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：智能變電站；采樣數(shù)據(jù)同步；測試方法

1 同步問題的由來

電力互感器是電力系統(tǒng)中為電能計量、繼電保護(hù)及測控等裝置提供電流、電壓信號的重要設(shè)備。在智能變電站中，繼電保護(hù)等自動化設(shè)備的數(shù)據(jù)采集模塊前移至合并單元，互感器一次設(shè)備電氣量需要經(jīng)前端模塊采集再由合并單元處理，由于各間隔互感器的采集處理環(huán)節(jié)相互獨立，沒有統(tǒng)一協(xié)調(diào)，且一、二次電氣量的傳變附加了延時環(huán)節(jié)，導(dǎo)致各間隔互感器的二次數(shù)據(jù)不具有同時性，無法直接用于保護(hù)裝置計算。

所以智能變電站分散數(shù)據(jù)采樣的數(shù)據(jù)同步是一個共性問題，所有跨間隔數(shù)據(jù)都存在這個問題，必須找到一個有效的方法解決數(shù)據(jù)采樣同步問題。

2 同步問題解決方案

針對合并單元推廣應(yīng)用過程中遇到的數(shù)據(jù)同步問題，目前解決數(shù)據(jù)同步問題的方法主要有兩種：插值重采樣同步、基于外部時鐘同步方式同步。

第一種解決方法的思路是放棄合并單元的協(xié)調(diào)采樣，不依賴外部時鐘，而嚴(yán)格要求其等間隔脈沖采樣以及精確的傳變延時，繼電保護(hù)設(shè)備根據(jù)傳變延時補(bǔ)償和插值計算在同一時刻進(jìn)行重采樣，保證了各電子式互感器采樣值的同步性。插值重采樣算法目前比較成熟，其誤差主要來自算法的影響。

第二種解決方法的思路是放棄對處理環(huán)節(jié)延時精確性的限制，采用統(tǒng)一時鐘協(xié)調(diào)各互感器的采樣脈沖，全部互感器在同一時刻采集數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)標(biāo)定，帶有同一標(biāo)號的各互感器二次數(shù)據(jù)，同樣實現(xiàn)了數(shù)據(jù)同步性。該方式需要鋪設(shè)獨立的對時鏈路，容易受外部干擾和衰耗的影響。

3 現(xiàn)場測試方法

目前，智能變電站現(xiàn)場調(diào)試的主要方法是通過二次模擬采樣輸出設(shè)備在合并單元輸入多組模擬采樣，然后在保護(hù)測控等裝置檢查采樣的幅值、相角與所加采樣是否相同。

3.1 單間隔電壓與電流數(shù)據(jù)同步的現(xiàn)場測試

對于單個間隔，如：單個線路、分段間隔，變壓器某一側(cè)等，可以通過實驗設(shè)備在合并單元的二次輸入端同時輸入電壓與電流采樣，然后在保護(hù)或測控等裝置上查看顯示的幅值、相角與所加采樣是否相同，如果角度不同，則說明數(shù)據(jù)采樣沒有同步，如果同步的話，必然沒有相角的偏差。需要注意的是，此時的電壓和電流必須由同一個實驗儀器輸出，這樣的話電壓與電流之間的角度才具有相互之間的參考基準(zhǔn)。

3.2 多間隔采樣數(shù)據(jù)同步的現(xiàn)場測試

對于多個間隔，如：母差保護(hù)、主變保護(hù)等，首先要檢查每個間隔的電壓電流采樣是否同步，即由一臺實驗儀器輸出電壓和電流，在裝置上檢查幅值、相角與所加采樣是否相同；其次再檢查各個間隔之間的電壓電流采樣是否同步，即由一臺實驗儀器同時輸出電壓和電流，對多個間隔同時加交流采樣，然后在母差保護(hù)裝置或主變保護(hù)裝置上查看顯示的幅值、相角與所加采樣是否相同。若多個間隔的合并單元不在同一地點安裝，則需要使用較長的試驗線或者電纜來加模擬采樣，一定要保證多組采樣是同時由一臺試驗儀器輸出的。另外，對于變壓器保護(hù)和母差保護(hù)等多間隔的保護(hù)，相位角度都需要有一個參考基準(zhǔn)，如變壓器保護(hù)是以高壓側(cè)A相電壓為基準(zhǔn)，母差保護(hù)是以Ⅰ母A相電壓為基準(zhǔn)，所以，在進(jìn)行實驗時，還需要多加上一組基準(zhǔn)采樣，便于比較。

4 存在問題及解決辦法

按照上訴方法進(jìn)行現(xiàn)場測試，如果裝置顯示的采樣相角與在合并單元所輸入的采樣角度不相同，則一定是不同步的，但是，如果角度顯示相同是否就一定同步呢？答案顯然是否定的。

如果兩個采樣在時間延時上正好相差一個周波，如圖1所示，其采樣的相位顯示上是看不出異常的，但實際情況確實是不同步。兩側(cè)采樣正好相差360度，與相差0度在現(xiàn)場是區(qū)分不出來的。這樣的話，如果這樣的情況，僅僅憑借著現(xiàn)場調(diào)試設(shè)備是很難被發(fā)現(xiàn)的。在實際運行過程中，如果有很大的穿越性的短路電流，變壓器的差動保護(hù)非常容易在第一個周波內(nèi)誤動作。如此一來，就需要我們能夠找到一個方法來解決這個問題，避免保護(hù)誤動作。

圖1 采樣延時相差1個周波的波形

設(shè)備廠家在對合并單元進(jìn)行文件配置時，會對采樣標(biāo)注時標(biāo)，用來保證采樣的同步性，如此一來，現(xiàn)場調(diào)試人員就可以依據(jù)時標(biāo)進(jìn)行檢查。但是，如果現(xiàn)場調(diào)試人員對時標(biāo)一一進(jìn)行檢查的話，工作量是非常大的，工作內(nèi)容也特別的繁瑣，錯誤也不太容易被發(fā)現(xiàn)，而且由于不同廠家的配置軟件不同，配置方法不同，現(xiàn)場調(diào)試人員要學(xué)會查看各個不同廠家的配置文件，難度也很大。所以，檢查時標(biāo)的方法可操作性并不是很強(qiáng)，我們需要一個通過實驗來校驗的方法，這樣比較可靠。

目前，新建的智能變電站都配有故障錄波器，我們也可以利用錄波器的錄波功能對采樣的同步性進(jìn)行檢查，因為錄波文件上直接就可以看到波形，所以看起來還是比較直觀的，但是，因為一個周波只有20毫秒，想要捕捉到第一個周波的波形就需要多人配合，快速捕捉到第一個周波的波形。通過第一個周波內(nèi)的兩個采樣波形就可以比較得出是否同步。

我們不難發(fā)現(xiàn)，存在多間隔采樣的保護(hù)都是差動保護(hù)，如變壓器差動保護(hù)，母線差動保護(hù)。當(dāng)電流不平衡時就會產(chǎn)生差流，如果差流大于定值，保護(hù)就會動作，一般情況下，差動保護(hù)就非常靈敏的。我們就可以根據(jù)差動保護(hù)這一特點來校驗同步問題。下面拿變壓器保護(hù)為例：

在變壓器做差動平衡時，將差壓功能壓板投入，電流大小大于差動定值，如果兩側(cè)采樣同步的話，差動電流應(yīng)該為零，差動保護(hù)不應(yīng)該動作。如果兩側(cè)采樣相差一個或整數(shù)個周波，差動保護(hù)就一定會在第一個周期內(nèi)動作，因為一個周波時間為20毫秒，而差動保護(hù)最快動作時間一定小于20毫秒。這樣我們就通過試驗的方法校驗的同步性，簡單而且可靠。校驗?zāi)覆畋Ｗo(hù)的校驗方法同變壓器差動保護(hù)。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在，智能變電站已經(jīng)大范圍的推廣開來，各種新設(shè)備新技術(shù)也不斷出現(xiàn)，但是很多測試技術(shù)還僅限于實驗室，在變電站的安裝調(diào)試現(xiàn)場并沒有相關(guān)的測試設(shè)備，這就需要我們利用我們已有的常規(guī)設(shè)備進(jìn)行檢測，我們要根據(jù)各個設(shè)備的特點來設(shè)計相關(guān)的試驗。

參考文獻(xiàn)

[1]馮軍.智能變電站原理及測試技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2011.