一起智能變電站同步相量測量裝置SV插件丟幀原因分析及處理措施

田國穩，陳武恝，周 東，周 鈾，孫 揚

（國網江西省電力有限公司檢修分公司，江西南昌330221）

0 引言

同步相量測量裝置利用同步時鐘系統提供的對時作為同步時鐘，構成相量測量單元，用于電力系統的動態監測、系統保護、系統分析和預測等領域，是保障電網安全運行的重要設備，其支持IEC61850-9-2，采用SV組網或點對點的方式接入合并單元采樣。智能變電站同步時鐘系統主要四種同步方式：GPS脈沖同步對時、串行口同步對時、IRIG-B時鐘碼同步對時和網絡同步對時（包括NTP/SNTP和IEEE1588）[1]。本文介紹了一起因同步時鐘系統光纖接線錯誤導致IRIG-B時鐘碼對時異常造成同步相量測量裝置接收合并單元SV采樣報文時標不同步，導致同步相量測量裝置接收SV丟幀的事件，針對此次事件，查找故障原因，給指出避免該類事件再次發生的措施，分析結果對于提高同步相量測量裝置運行可靠性具有重要意義。

1 現場設備配置情況

該智能變電站同步相量測量裝置通過組網方式接入220 kV和500 kV間隔的SV報文，500 kV第一、第二保護小室及220 kV保護小室各配置一臺同步相量測量采集裝置，各合并單元數據由采集器上送至計算機室同步相量測量裝置主機，典型結構如圖1所示。

圖1 同步相量測量系統典型結構圖

主機內配置六塊SV插件，其中四塊SV插件定義了SV報文，SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV接收220 kV保護小室內220 kV所有間隔SV采樣報文，SV-SV4_500 kV接收500 kV第二保護小室內500 kV第四、六串SV采樣報文，SV-SV5_500 kV接收500 kV第一保護小室內500 kV第三串及主變SV采樣報文。

該站內同步對時系統采用雙主時鐘冗余配置，主時鐘分別在220 kV保護小室和500 kV第二保護小室組屏，雙主時鐘互為備用分別接入不同的對時網絡，通過時鐘擴展裝置輸出IRIG-B為合并單元提供對時服務，典型結構框圖如圖2所示。

圖2 同步對時系統典型結構圖

2 SV傳輸與同步機制

SendMSVMessage通信服務映射使用帶采樣計數器SmpCnt和采樣同步標識SmpSynch的方式，按一定采樣率同步采樣的數據定期傳送。

每條SV采樣報文都攜帶有采樣計數器SmpCnt和采樣同步標識SmpSynch。當取得新采樣值時，采樣計數器加1。當采樣被時鐘信號同步時，在同步時刻采樣計數器清零。合并單元失去外部對時輸入的情況下具備自守時功能，10 min內誤差小于4 μs，當采樣時鐘信號失去且經過一段時間裝置自身時鐘已不再精確時，采樣同步標識置“False”，并發告警信號，這樣訂閱者可根據采樣計數器和采樣同步標識便可準確知道采樣值報文是否同步以及相應的同步時刻。

合并單元采用IRIG-B碼對時，IRIG-B碼信號是每秒1幀的時間串碼，即以每秒一次的頻率發送包括日、時、分、秒等在內的時間信息。所以合并單元每秒同步一次，即SmpCnt采樣計數器每秒清空一次，合并單元采樣頻率4000 Hz，1秒鐘采樣點數為4000個點，在未失去同步信號的情況下其值范圍應為0~3999[2]。

3 事件經過及原因分析

運維人員發現某500 kV變電站計算機室同步相量測量裝置主機頻繁報“MU丟幀和MU丟幀恢復”，并且上送主站數據中有質量位，導致主站數據不可用。進入裝置告警信息查看，裝置報SV-SV1_220 kV-通信中斷、SV-SV2_220 kV-通信中斷、SV-SV5_500 kV-通信中斷，只有SV-SV4_500 kV正常。500 kV第三串及主變間隔和220 kV間隔一次值和模入量中計算值有功、無功遙測值均為0。

使用調試工具登錄同步相量測量裝置主機，檢查SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、SV-SV5_500 kV三塊插件SV采樣信息，顯示的遙測量正常，排除插件故障因素。檢查數據集中單元的管理插件接收到各個SV插件的時標和同步情況如圖3所示。CHN[00]、CHN[01]、CHN[03]、CHN[04]分別表示四塊定義了SV報文的插件，紅框部分表示合并單元上送的秒等分，即SV報文中的SmpCnt采樣計數器。CHN[03]的SV報文時標超前其余插件的SV報文時標，該插件接收SV報文情況狀態位ST=[2]，故裝置以此插件接收的SV報文時標為基準。SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、和SV-SV5_500 kV顯示秒等分為1120，SV-SV4_500 kV顯示為2640，相差了1520點，計算時間為 1520*250 μs=380 ms，SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、和SV-SV5_500 kV插件接收的SV報文與SV-SV4_500 kV插件接收SV報文同步性相差非常大，遠超出該型號裝置軟件中20 ms同步數據時間，因此數據集中處理單元收到該數據后，判斷出SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、SV-SV5_500 kV通信中斷，并且不再對這三個插件SV采樣值進行計算。

圖3 管理插件SV報文時標同步情況

為了多角度驗證該現象的真實性，查看網絡分析儀中SV-SV5_500 kV和SV-SV4_500 kV訂閱的SV報文如圖4所示。

圖4 網絡分析儀采樣報文

0X4007為SV-SV5_500 kV插件訂閱的SV報文，0X400D為SV-SV4_500 kV插件訂閱的SV報文，同時刻的SV報文中的SmpCnt采樣計數器相差1536個點，該情況與在同步相量測量裝置中發現的情況一致。

綜上分析，該站同步相量測量裝置采用組網方式訂閱SV報文，由于220 kV間隔、500 kV第二、三串的SV報文采樣計數器與500 kV第四、六串的SV報文采樣計數器相差約1520個點（約380 ms），網采方式的SV數據通過采樣值序號進行同步對齊，同步相量測量裝置接收到的采樣值報文中SV-SV1_220 kV、SV-SV2_220 kV、SV-SV5_500 kV插件采樣報文時標與SV-SV4_500 kV偏差超過80個數據點即20 ms時，故此三塊插件接收的SV采樣值不在進行同步處理，因此報相應SV插件通信中斷，并且不進行計算造成顯示一次值遙測信息和模入量中有功、無功遙測值為0。

據此推斷出問題可能出自為500kV第四、六串提供對時服務的500kV第二保護小室的同步對時擴展裝置。

4 處理過程

檢查全站對時系統光纖接線情況，如圖5所示。

圖5 站內同步對時系統光纖接線圖

從圖5中我們可以看出該站同步對時系統光纖接線比較混亂，雙主時鐘分列運行并未按照要求互為備用，各合并單元只有一路對時輸入。500 kV第二保護小室主時鐘帶500 kV第一保護小室三臺擴展裝置，為500 V第三串及主變間隔合并單元提供對時輸出。220 kV主時鐘帶220 kV保護小室三臺擴展裝置和500 kV第二保護小室一臺擴展裝置，為220 kV間隔合并單元提供對時輸出。500 kV第二保護小室對時屏擴展裝置1面板顯示無IRIG-B碼對時輸入，表示220 kV保護小室主時鐘至該擴展裝置的輸出無效。同時500 kV第二保護小室同步時鐘屏，500 kV第四、六串合并單元由擴展裝置2輸出IRIG-B碼對時，檢查發現該擴展裝置一路的IRIG-B碼輸入接至自身的IRIG-B碼輸出，因該擴展裝置原是主時鐘裝置，當作擴展裝置使用，本身具有自守時功能，所以該裝置在失去IRIG-B碼時鐘源的情況下由裝置自身守時。所以造成500 kV第四、第六串合并單元SV采樣報文時標與其余間隔SV采樣報文時標失去同步。

現場進行光纖改接，將500kV第二保護小室擴展裝置2的輸入接至擴展單元1的輸出口，并將500kV第二保護小室擴展裝置1的輸入接至本屏主時鐘的輸出，改接后光纖接線圖如圖6所示。

圖6 站內同步對時系統改接圖

將全站對時裝置進行重啟。重啟后同步相量測量裝置恢復正常，SV采樣插件采樣報文均處在同步狀態。雖然改接后同步時鐘系統和同步相量測量裝置恢復正常，但是雙主時鐘處于分列狀態，有待下一步大修處理。

5 結語

此次同步相量測量裝置SV插件丟幀事件的原因為同步對時系統接線錯誤，導致為500 kV第四、六串合并單元提供對時輸入的擴展裝置無對時源輸入，處于自守時狀態，造成與其他間隔的SV采樣報文失去同步，引發同步相量測量裝置丟棄SV采樣報文。該事件進一步表明在智能變電站通訊技術廣泛應用的背景下，同步時鐘系統的穩定性與可靠性愈發重要，也是今后研究的重點課題。