智能變電站合并單元、智能終端調試淺析

唐炎利（江西省水電工程局，江西南昌330000）

智能變電站合并單元、智能終端調試淺析

唐炎利（江西省水電工程局，江西南昌330000）

隨著變電站自動化技術和網絡通信技術的發展，智能化變電站以其高經濟性、高可靠性、高安全性的優點受到高度關注及應用。本文就著重對實現過程層傳統一次設備與間隔層智能化二次設備之間數據和控制信號交流的合并單元和智能終端裝置的調試進行分析。

智能化變電站；合并單元；智能終端

引言

智能變電站作為我國堅強智能電網的重要基礎和支撐，采用了先進、可靠、集成和環保的智能設備，以全站信息數字化、通信平臺網絡化、信息共享為基本，能夠自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監測等功能，并可根據需要支持電網實時自動控制、智能調節、在線分析決策、協同互動等高級應用。介于過程層一次設備和間隔層二次保護控制設備之間的合并單元和智能終端，在當前智能化變電站技術中，顯得至關重要。所以，對智能化變電站內合并單元和智能終端的分析調試具有重要的意義。

1 合并單元

1.1 合并單元

合并單元，英文名稱Merging Unit，簡稱MU。是智能變電站內，對一次互感器傳輸的電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數字信號按照特定格式轉發給間隔層設備使用的裝置。合并單元是電流、電壓互感器的接口裝置，在一定程度上實現了過程層數據的共享和數字化，它作為遵循IEC61850標準的數字化變電站間隔層、站控層設備的數據來源，作用十分重要。本文提到的合并單元，主要是傳統模擬量輸入，按照IEC 61850-9-2標準輸出采樣值的設備。

1.2 合并單元測試

1.2.1 合并單元穩態性能測試

圖1 合并單元穩態性能測試系統連接圖

（1）模擬合并單元精確度測試

采用圖1連接方式進行測試，網絡分析儀上顯示待測合并單元采集交流量的參數（包括幅值、頻率、功率和功率因素等交流量，同時還顯示待測合并單元和交流采樣基準采集的同一路交流量信號之間的相角差）。

（2）雙A/D采樣數據測試

圖2 合并單元穩態性能雙A/D采用測試連接圖

采用圖2方案進行測試，網絡分析儀上顯示待測合并單元交流量的參數。

（3）雙通道雙輸入頻率測量精度測試

繼電保護測試儀輸出電壓、電流中某一相電壓頻率為49Hz，電流頻率為51Hz，檢查在此條件下，合并單元的測量精度。

1.2.2 時間性能檢驗

（1）對時誤差檢驗

合并單元應采用同步時鐘同步互感器一次數據采樣，同步可采用1PPS信號比對法或者插值法，合并單元的采樣同步誤差應在不大于±1us。

圖3 1PPS信號比對法

1PPS信號比對法（適用于有秒脈沖輸出的MU），將標準時鐘源輸出的秒脈沖與MU輸出的采樣同步脈沖/1PPS同步接入數字示波器。

圖4 實時相位角驗證法

實時相位角驗證法（適用于沒有脈沖輸出，采用插值/同步法的MU），繼電保護測試儀測試儀在規定整秒時刻輸出電壓電流信號給合并單元，合并單元經轉換后將9-2報文發給SVScout，由SVScout檢查合并單元在整秒時刻輸出的角度與繼電保護測試儀整秒時刻輸出角度的差值。

合并單元的采樣同步誤差應在不大于±1us。

（2）守時誤差檢驗

合并單元應該具備守時功能，在失去同步信號10min以內的守時誤差應小于4us，同時在失去同步信號超出守時時間之后，輸出數據應產生同步無效標志位。

圖5 守時誤差檢驗

測試開始時，MU先接受標準時鐘源的授時，待MU輸出的1PPS信號與標準時鐘源的1PPS的有效沿時間差穩定在同步誤差閥值Δt之后，撤銷標準時鐘源的授時。從撤銷授時的時刻開始計時，MU保持其輸出的1PPS信號與標準時鐘源的1PPS的有效沿時間差保持在Δt之內的時間段T即為該MU可以有效守時的時間。

（3）合并單元失步再同步功能檢驗（見圖6）

①合并單元接入時間同步信號，觀察合并單元輸出“已同步”標志的采樣值報文。

②斷開合并單元時間同步信號并開始計時，觀察合并單元輸出“未同步”標志的采樣值報文時停止計時，記錄時間和觀察結果。

圖6 合并單元失步再同步功能檢驗

③守時誤差達到100μs后，開始第4步試驗。

④恢復合并單元時間同步信號并開始計時，觀察合并單元輸出“已同步”標志的采樣值報文時停止計時，記錄時間和觀察結果。

⑤在合并單元時間回復時間同步信號過程中，檢查合并單元輸出9-2報文的采樣序號、離散值、數值（幅值和相角）是否正確。

1.3 合并單元現場問題分析與處理

110kV尖峰變電站調試過程中，發現110kV科尖甲線線路保護裝置面板告警燈被點亮，同時檢查線路測控及母線保護裝置均有“采樣異常”報文，檢查110kV科尖甲線合并單元，發現面板“同步”燈不停閃爍，正常情況下此燈應常亮。利用GPS測試儀對對時光纖進行測試，發現GPS對時信號正常。為進一步確認通過一次升流的方法進行檢查，當一次設備通過電流時，各保護裝置電流、電壓量液晶顯示均為0，此時初步判斷故障出現在合并單元的對時板。為進一步確定故障范圍，利用廠家調試軟件對合并單元的報文進行抓包處理，同站檢查站內網絡報文分析儀，發現合并單元對時開入在“0”與“1”之間不停變化，無法實現守時功能。由于GPS本身對時信號正常，至此可以確定為合并單元的對時插件損壞，導致合并單元無法正常接收對時信號，合并單元無法實現一次實時數據量與二次采集數據的同步，因此合并單元判斷所接收的二次量無效，經過處理后送給保護裝置、母線保護裝置、測控裝置等的9-2報文均帶無效位。各保護裝置收到無效報文后，不做任何處理，不參與保護計算。因此各保護裝置均判定采樣值無效從而閉鎖保護。確認故障點后，更換了合并單元的對時插效從而閉鎖保護。確認故障點后，更換了合并單元的對時插件，更換完畢后，合并單元同步燈保持常亮。各裝置異常報文消失，進行一次升流后，檢查各個裝置，采樣值均正常。

此案例較為具體的向我們展示了同步及守時功能對于合并單元的重要性。

2 智能終端

2.1 智能終端

目前，數字化變電站中使用的斷路器、主變等仍然是常規的一次設備，要實現對此類設備的數字化改造，就需要智能終端來完成信號輸出和控制輸入的光電轉換、模數轉換。

智能終端與一次設備采用電纜連接，與保護、測控等二次設備采用光纜連接，就地實現一次設備的遙信、遙控、保護跳閘等功能，并通過基于IEC61850標準的通信接口實現與過程層、間隔層的通信功能，最終實現斷路器跳合閘、隔離開關分合閘、信號傳輸，主變調壓、溫度監控和非電量保護等功能。

2.2 智能終端調試

（1）檢查開關量（DI）和模擬量（AI）輸入輸出量點數、配置符合工程設計；

（2）檢查斷路器控制分合閘回路、監視、重合閘、操作回路防跳、操作電源監視、控制回路斷線監視等功能；

（3）GOOSE通訊功能正確，包括上傳一次設備的狀態信息、來自二次設備的下行控制命令以及命令記錄功能；

（4）GOOSE的單雙模式，出口壓板和檢修壓板功能正確；

（5）自診斷、閉鎖告警功能正確，包括電源中斷、通信中斷、通信異常、GOOSE斷鏈、裝置內部異常、控制回路斷線自檢、斷路器位置不對應自檢、定值自檢、自檢信息輸出等；

（6）同步對時輸入信號正常，裝置的時間同步精度誤差應不大于±1ms；

（7）狀態監測信息采集功能正確，包括一次設備和就地智能控制柜傳感元件的溫度、濕度、壓力、密度、絕緣、機械特性、工作狀態燈輸出信號以及一次設備的狀態信息；

（8）主變本體智能終端的本體信息交互功能（非電量動作報文、調檔及測溫等）正確，閉鎖調壓、啟動風冷、啟動充氮滅火等出口接點功能正確、非電量保護功能正確。

2.3 智能終端現場問題分析與處理

柳江220kV智能變電站調試過程中，后臺遙控執行斷開220kV五柳Ⅰ線211開關，現場211開關斷開后，經延時，211開關重新合上。

檢查發現是220kV五柳Ⅰ線B套保護（南瑞繼保）重合閘動作。檢查保護報文，發現B套保護（南瑞繼保）接收到的智能終端A、B、C三相位置及閉鎖重合閘信號時間不一致，A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號比C相分閘位置信號滯后，B套保護判定為開關偷跳而導致重合閘誤動作。通過查看220kV故障錄波文件，發現B套智能終端上送的斷路器A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號明顯比C相分閘位置信號滯后。

隨后進行了相關的排除測試，對220kV五柳Ⅰ線B套保護（南瑞繼保）開入延時測試、211開關A、B、C三相本體及其輔助接點輸出延時測試，測試結果均正常，A、B、C三相變位幾乎同步。

經過綜合軟硬件分析確定，開入板EEPROM讀取出現了問題，導致A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號開入去抖延時參數讀取不正確，造成斷路器A、B兩相分閘位置及閉鎖重合閘信號比C相分閘位置信號滯后。

通過此案例分析，得出是由于智能終端開入板EEPROM讀取偶然出現了問題，導致GOOSE開關量延時不滿足要求所產生的一系列事件。調試過程中偶然的幾次不正常，可能隱藏著重大隱患。這就需要我們調試人員有相當高的洞察力，和一絲不茍的工作作風。微機型智能終端，沒有微機型保護裝置成熟，可能存在這樣或那樣的問題。面對新鮮事物智能終端，我們需要更加嚴謹的進行每一步測試，多次測試。對出現任何的小問題，小概率事件都不能放過，要一查到底，查到根源為止。

3 總結

本文在分析了智能化變電站與傳統變電站差異性，闡述智能化變電站的優越性。針對當前智能化變電站一次設備不滿足智能化要求，需要借助于合并單元和智能終端裝置與間隔層二次設備間進行數據、控制信號等交流的情況，著重分析了合并單元和智能終端裝置的調試，并就具體智能化變電站相關案例進行分析。為以后的調試工作提供參考，最大限度的提高調試工作效率和質量。

[1]譚文恕.變電站通信網絡和系統協議IEC61850介紹.電網技術，2001. [2]王天鍔，潘麗麗.智能變電站二次系統調試技術.中國電力出版社，2013，9.

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2016-12-12