數字式合并單元數據轉換誤差的測試內容及方法

文/陳光華 黃巖

數字式合并單元是連接電子式互感器與保護裝置等二次設備的紐帶和橋梁，擔負著一次和二次設備之間數據轉換傳輸的重要作用，是整個智能變電站數據的來源。數字式合并單元的質量對電子式互感器的整體性能以及智能變電站的安全穩定運行有直接和巨大的影響。

在采集器與合并單元之間設置測試點，針對數字式合并單元的特點設計針對性的測試項目，確定關鍵項目的考核要求、技術指標和測試方法，可以對電子式互感器整體試驗形成有效補充，降低電子式互感器整體應用風險。

1 數字量轉換誤差的測試研究

本文參考國家標準GB/T20840.7、GB/T 20840.8，行業標準DL/T281、DL/T282，國家電網公司企業標準Q/GDW 441和Q/GDW11015現有技術要求，提出數字式合并單元數字量轉換誤差的測試項目及技術要求。

1.1 配置參數對誤差的影響檢驗

技術要求：合并單元校正系數相關配置參數改變時，幅值誤差改變量應不大于0.2%；相位誤差改變量應不大于10分。

測試方法：采用圖1所示系統，測試儀負責數字信號的輸出和分析。調整合并單元誤差校正相關的配置參數為默認值，使用測試儀記錄所有采樣點的幅值誤差、相位誤差、頻率誤差和復合誤差。修改合并單元的誤差校正相關的配置參數，重新測試，計算誤差改變量。

1.2 噪聲對誤差的影響檢驗

圖1：電流電壓誤差測試系統

圖2：白噪聲及含噪聲的周期信號

圖3：基波及含13次諧波的波形

圖4：采樣同步誤差測試系統

圖5：采樣值突變

圖6：采樣值溢出

圖7：采樣值中斷

技術要求：純50Hz一次信號，采集器輸出不含白噪聲，合并單元輸出信號的信噪比應小于30dB；純50Hz一次信號，采集器輸出含白噪聲，合并單元輸出的幅值誤差改變量應不大于0.2%，相位誤差改變量應不大于10分。

測試方法：采用圖1所示系統，測試儀輸出電流電壓信號給合并單元，模擬純50Hz一次信號，采集器輸出不含/含白噪聲的情況，測試合并單元輸出信號的誤差和信噪比。如圖2所示。

1.3 諧波對誤差的影響檢驗

技術要求：輸入信號疊加諧波時，輸出諧波次數及含量與輸入一致；基波幅值誤差改變量應不大于0.4%，相位誤差改變量應不大于20分。

測試方法：采用圖1所示的系統，測試儀輸出含諧波的電壓電流信號，諧波次數從2次～13次，諧波含量為20%。測試數字式合并單元輸出采樣值中諧波次數、諧波含量、基波幅值誤差和相位誤差，計算誤差改變量。如圖3所示。

1.4 采樣同步誤差檢驗

技術要求：合并單元輸出SV報文各數字通道間的同步誤差不超過10分。

測試方法：采用圖4所示系統，將電子式互感器采樣值通道接入裝置，電子式互感器各數據通道保持同相位輸出。在測試儀上計算得到的各通道電壓和各通道電流的相位角誤差之間的最大差值。

各電子式互感器采樣值具備以下特征：

（1）各通道額定延時間不同（6路數據），相互間均有50us以上的差異；

（2）各通道異步到達時間不同（6路數據），相互間均的時間差至少為0.1T（T為采樣值報文間隔）。

2 數字量異常的影響測試研究

2.1 電子式互感器采樣值突變判別功能檢驗

技術要求：裝置應不誤輸出，應具有對電子式互感器采樣值突變的判別功能，并能對突變數據事件進行記錄。

測試方法：模擬電子式互感器采樣值出現以下異常：

（1）電流值畸變放大；

（2）電壓值畸變縮??；

（3）采樣值值溢出：正溢出（7FFFH）和負溢出（8000H）。

以上三種異常的數字波形示意見圖5-圖7。

2.2 電子式互感器采樣值異常檢驗

技術要求：應能保證在通信中斷、通信異常等情況下不誤輸出；應能接收和處理電子式互感器的異常狀態信號，具有自診斷功能；應具有對ECT、EVT采樣值有效性（接收數據周期等）進行判別，對故障數據事件進行記錄。

測試方法：模擬電子式互感器采樣值出現以下異常：

（1）數字量通道光強不匹配；

（2）數字量傳輸模式不匹配（同步或異步）；

（3）采樣值報文CRC校驗錯誤；

（4）采樣值報文狀態字1異常（多種情況）；

（5）采樣值報文狀態字2異常（多種情況）；

（6）FT3采樣值報文序號跳變、錯序（報文連續且采樣值正常變化）；

（7）FT3采樣值中斷多個個采樣點后恢復傳輸；

（8）電子式互感器采樣值數據發送周期異常（同步或異步模式，發送間隔抖動）；

（9）單個或多個FT3輸入數字量中采樣值通道品質無效（部分或全部通道）且有數據值。

2.3 電子式互感器采樣值錯誤檢驗

技術要求：當接收到錯誤的電子式互感器采樣值數據時，應能正確記錄錯誤事件且不誤輸出。

測試方法：模擬電子式互感器采樣值出現以下錯誤：

（1）電流采樣值異常，電壓采樣值錯誤；

（2）電壓采樣值正常，電流采樣值錯誤；

（3）對于接收單相互感器數據的合并單元，模擬單相電流/電壓采樣值錯誤。

3 結語

從近年來電子式互感器的整體質量情況和模擬式合并單元的測試及運行情況看，過程層新型裝置也需要繼續不斷的加大測試力度，嚴把質量關。因此，有必要在電子式互感器測試的基礎上，針對數字式合并單元開展專項測試，根據其機理和特點，重點考核，規范協議設計，提升傳變性能。