智能變電站合并單元現場測試技術研究

王新宇，吳　謙，周立龍（國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

?

智能變電站合并單元現場測試技術研究

王新宇，吳謙，周立龍（國網四川省電力公司檢修公司，四川 成都 610000）

合并單元是智能變電站數字化信息傳輸的保障與基礎，它承擔著一次設備參量與間隔層裝置的精確信息傳輸功能。現如今，電力行業的標準規范僅僅給出了合并單元應該具有的性能指標與要求，并沒有對合并單元的性能指標的具體測試方法進行說明。本文在綜合探討合并單元性能指標的基礎之上，提出了合并單元同步性能現場測試必要性以及合并單元主要的功能模塊，并重點探討了與電子互感器及其數據接口測試技術。

只能變電站；合并單元；現場測試技術

1　引言

智能變電站是智能電網的重要組成部分，是實現能源轉換和控制的重要平臺。隨著智能變電站進入全面建設和深入應用階段，迫切需要對智能變電站設備測試模式和方法進行深入地總結，并不斷探索出高效、準確、便捷的測試新方法，以滿足智能變電站大規模建設和安全運行的要求。合并單元是智能變電站中計量、監測、保護、控制系統的組成部分。同步采集多路電壓、電流互感器二次值是合并單元的主要功能，同時還要按照一定格式對采樣值進行打包處理，然后輸出給二次計量、測量、保護設備，數字化電信號采集系統由互感器+合并單元完成。

2　合并單元現場測試指標

合并單元的形式需要在試驗當中對其工作電源、工作環境以及絕緣性等內容開展專項的測試，不需要在工程現場反復進行，僅僅需要設備供應商給出相應的型式試驗報告就可以，但是對于合并單元的同步性與精準度兩個方面的性能指標仍然需要在現場開展復檢，進而獲取到合并單元格性能指標的第一手資料。因為合并單元的精準度測試應該通過專業的機構進行，所以對該方面進行研究，對于合并單元同步性能指標的現場試驗給出解決方案，能夠很好的引導工程現場的測試。

3　合并單元同步性能現場測試必要性

合并單元作為一種智能變電站的過程層設施，重點是針對于數字化輸出的電子式互感器來定義的。但是現如今也廣泛的應用在傳統互感器的變電站，它的主要功能是同步收集三相電流與電壓信息，并且依照相應的格式匯總并輸出到二次保護控制設備。在電力系統的應用當中，每一路模擬量采樣值在同一時刻是跨間隔的保護與測量算法精準度的前提條件。合并單元裝置時間的同步性是多間隔合并單元取樣同步的基礎，它能夠影響到變電站二次設備是否可以精準、可靠的運行，同時如果當合并單元的外授時信號短時間丟失之后，合并單元應該具有一定的守時功能，以此確保合并單元在在外授時信號抖動或是短時間中斷的時候工作的可靠程度，因此，合并單元的時間同步準確度與守時精確度一定要在施工現場開展測試，以保證合并單元工作的精準性。

4　合并單元主要的功能模塊

合并單元可分為3大模塊：基于現場可編程門陣列（Field Programmable Gate Array，FPGA）技術的數據還原模塊，基于數字信號處理技術的數據處理模塊，基于IEC61850-9標準的數據輸出模塊，時間同步模塊。另外，考慮到電子互感器的使用情況，在一段時間內合并單元還應具備與傳統TV、TA接口的模數轉換模塊。

4.1時間同步模塊

合并單元同步模塊主要包括以下3個功能：準確可靠地識別信號；給A/D轉換器發送高精度的同步信號；異常情況處理。在智能變電站中，二次保護、測量設備都要求各路信號采樣值是同一時刻的數據用來計算。所以當多個合并單元提供的電流、電壓給一個二次保護設備需要時，必須解決不同合并單元之間的同步問題；特別對于跨間隔的應用如差動保護，合并單元的時間同步非常重要。實際上，對于計量、保護的電流、電壓同步采樣的精度，各有明確要求。

4.2數據處理模塊

合并單元同步信號以后，送入數據處理模塊中將數據正確排序，完成一系列復雜協議的處理。數據將首先被打上時標，之后會按照一定的形式在儲存器中組織存放，最后根據標準的要求對其進行預處理。

4.3數據輸出模塊

在實現輸出時，該模塊將各路采樣值數據進行組幀并發送給保護、測控設備。IEC60044-8是基于FT3格式的曼徹斯特編碼發送，IEC61850-9是基于以太網的通信標準，前者傳輸速率為2.5Mbps，后者速度可達100Mbps實現數據傳輸。因為以太網良好的穩定性且速度快。大多合并單元選擇基于IEC61850的以太網絡通信技術。

5　與電子互感器及其數據接口測試技術

5.1與電子互感器接口測試

在工程的實際應用當中，電子互感器跟合并單元大多數是由不同的廠家提供，所以二者之間能否正常連接工作、采集器出現故障的時候合并單元是否可以準確實時的反映十分關鍵，其測試的內容重點包含連接測試以及在采集器產生故障的時候合并單元的輸出測試。連接測試重點體現它能否正常與電子互感器相互連接，連接之后各種類型的信號是否可以正常接收；故障時測試重點體現它能否在采集器發生故障的時候確保它的數據輸出能否正常。

連接測試：利用具備標準FT3格式輸出的采集器產生故障或者是曼徹斯特編碼格式輸出的采集器連接合并單元的信號輸入端，利用IEC61850報文分析設備檢驗合并單元是否可以正常進行輸出工作，各路品質因素是否正常，借此來判別采集器與合并單元是否能夠正常工作。

模擬采集器異常，對合并單元輸出進行檢查。

把采集器跟合并單元的連接線斷開，如果具備一定的條件，可以采取采集器廠家的配置工具把另一個采集器狀態字設置無效，利用IEC61850報文分析工具獲取到合并單元的輸出狀況，檢驗器品質因素是否正常。在正常連接的時候，合并單元輸出與輸入分析正常，而如果采集器發生一些故障的時候，從它的輸出報文能夠分析得到，其仍舊可以確保正常的工作，如果當采集器產生全部故障的時候，能夠從輸出報文分析得到其是不能正常工作的，這樣一來該合并單元就需要退出運行。

5.2與測量、控制及保護設備接口功能測試

與測量、控制以及保護設備的接口功能測試重點包含功能測試以及性能測試。前者指的是合并單元輸出到測量、控制以及保護設備的報文需要嚴格遵守IEC61850-9-2，后者指的是采樣值精度、傳輸延時與報文之間時間間隔的離散性等等。

5.2.1采樣精度驗證

驗證在跟電子互感器接口通信的環境之下，合并單元輸出的采樣值數據能否精準、是否可以滿足數字化變電站二次保護控制單元對于采樣精準度的規定。尤其是在工程的實際應用當中，電子互感器與合并單元或許是由不同的廠家提供，所以應該在現場進行該項測試。采樣精度測試所選取的分析儀為NT702電子互感器穩態校驗設備，GPS時鐘為許繼的DGPS時鐘設備以及北京波形BBS-3/TITANM612。另外選取標準升壓變壓器、標準CT與標準PT、電流回升器。以CT的測試為例子進行簡介，把兩個基準CT同時連接到二次回路當中，兩個基準CT具備一樣的特性，把基準CT1輸出的值作為參考，與此同時，將基準CT2采集器輸出的值傳送給合并單元，在測試分析儀當中把兩路數據進行對比，進而得到它們的幅值與相位誤差。

5.2.2數據延遲時間測試

該項測試可以用來檢驗合并單元在發送報文傳輸到測量、控制以及保護裝置設施的時候所占據的最長時間。該項測試所選取的同步對時設施是許繼的DGPS時鐘設備與北京波形BBS-3/TITANM612，測試設備為NT702電子互感器穩態校驗設備在數據延時測試當中GPS對時設備同時向合并單元以及測試設備發出時鐘信號，而測試設備記下這個時刻，合并單元經過光纖以太網，通過9-2LE幀格式直接把報文傳送到測試設備（不經過交換機）。一旦測試設備接收到了合并單元的整秒時刻（GPS時標當中毫秒是0）傳送來的采樣數據包，然后讀出當前的GPS時標當中的時間信息，把兩次的時刻相減，就可以得出傳送延遲的時間。把多次傳送的延遲時間值取平均值，就可以得到采樣數據包的傳送延遲時間。

5.2.3報文輸出時間離散性測試

合并單元采樣值傳送間隔離散值應該低于10μs，輸出離散性測試的目的在于對合并單元的采樣值傳送間隔值進行統計，以此來驗證能否滿足智能變電站保護技術規范當中發送離散值低于10μs的規定。為了保證網絡分析儀時間的高度精準應該外接GPS。因為報文輸出的時間離散性是與同步基準有聯系的，因此應該在接入同步與失去同步這兩種狀況之下對報文輸出的離散性開展測試工作。連接好相關設備之后，讓其系統正常運行，利用網絡分析儀的數據獲得測試結果，這個時候合并單元以外部時鐘為同步的基準。斷開合并單元的GPS脈沖輸入，在系統正常運行之后，利用網絡分析儀的數據獲得測試結果，這個時候合并單元是利用本身內部的晶振來實現同步。

6　結語

綜上所述，隨著我國社會經濟與科學技術的不斷發展，智能變電站的建設工作也在全面展開，合并單元的同步性能已經成為將來限制智能變電站的重要課題之一，這同樣也是變電站驗收的重要環節之一。本文提出了合并單元時間同步精度以及守時精度測試方法，希望能夠給現場的運行工作人員提供該方面的測試依據，進而給我國智能變電站建設的發展貢獻自己的力量。

［1］馬成久，張武洋.智能化變電站時鐘同步精度測試方法研究［J］.東北電力技術，2015（8）：29～30.

［2］劉慧源，郝后堂，李延新，等.數字化變電站同步方案分析［J］.電力系統自動化，2015（3）：34～35.

［3］紀傳祺.論析IEC61850標準的智能變電站中的應用［J］.城市建設理論研究（電子版），2015（10）：38～40.

王新宇（1989-），男，本科，主要從事智能變電站保護合并單元工作。

TM63

A

2095-2066（2016）16-0069-02

2016-5-19