王 策，鄭 楊

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

智能變電站智能設(shè)備中的MU（合并單元）是承擔(dān)智能變電站信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化、互動(dòng)化任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字量采樣值傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)。數(shù)字量采樣值傳輸方式可采用組網(wǎng)模式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，由于保護(hù)裝置應(yīng)不依賴于外部對(duì)時(shí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其保護(hù)功能[1-2]，所以要求保護(hù)裝置采樣值采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接入方式，采樣同步應(yīng)由保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，保護(hù)裝置應(yīng)自動(dòng)補(bǔ)償電子式互感器的采樣響應(yīng)延遲。

采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸采樣值時(shí)，MU應(yīng)輸出采樣值的響應(yīng)延遲，如何檢測(cè)MU的采樣延時(shí)關(guān)系到繼電保護(hù)的正常運(yùn)行。分析了目前普遍使用的延時(shí)檢測(cè)技術(shù)，提出了同時(shí)輸出模擬量和數(shù)字量的混合輸出測(cè)試合并單元延時(shí)的方法。

1 智能變電站二次信號(hào)采集方法及延時(shí)

常規(guī)變電站采用電磁式互感器，輸出模擬量二次信號(hào)經(jīng)電纜直接接入間隔層設(shè)備，由保護(hù)裝置完成多路模擬量采樣。智能變電站的二次量接入由以前的模擬量接入改為經(jīng)光纖的數(shù)字量接入。智能變電站的二次電壓、電流采集方式主要有以下幾種。

1.1 電子互感器+MU方式

采用電子式互感器，輸出的數(shù)字量采樣信號(hào)經(jīng)過合并單元數(shù)據(jù)同步之后供保護(hù)裝置使用。合并單元到保護(hù)裝置的傳輸方式可采用組網(wǎng)傳輸模式或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸模式，當(dāng)采用組網(wǎng)傳輸模式時(shí)，合并單元輸出的數(shù)字量采樣值信號(hào)經(jīng)以太網(wǎng)交換機(jī)共享至過程層總線，傳輸延時(shí)不穩(wěn)定[3]。

電子式互感器的采集器內(nèi)置采樣電路，直接將一次電壓電流量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，經(jīng)光纖送入MU。多相采集器的多路數(shù)字量信號(hào)送達(dá)MU，由MU將多路數(shù)字信號(hào)同步并合并組合成1組數(shù)字信號(hào)送到測(cè)控、保護(hù)設(shè)備，如圖1所示。

圖1 電子互感器+MU方式

此種方式的信號(hào)總傳輸延時(shí)時(shí)間為：

傳輸延時(shí)=采集器采樣時(shí)間+采集器的數(shù)字信號(hào)輸出延時(shí)+MU接收延時(shí)+MU處理延時(shí)+MU報(bào)文輸出延時(shí)。

1.2 傳統(tǒng)電磁式互感器+MU方式

采用傳統(tǒng)的電磁式互感器，輸出的二次模擬量經(jīng)電纜接入MU，MU多路同步采樣后經(jīng)光纖送至測(cè)控、保護(hù)設(shè)備，如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)電磁式互感器+MU方式

此種方式的總傳輸延時(shí)時(shí)間為：

傳輸延時(shí)=MU采樣延時(shí)+MU處理延時(shí)+MU報(bào)文輸出延時(shí)

1.3 級(jí)聯(lián)方式

電磁式電壓互感器的二次電壓經(jīng)電壓MU轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至下一級(jí)MU（如線路MU），后者對(duì)電磁式電流互感器的二次電流進(jìn)行采樣，并與電壓MU過來的電壓數(shù)字量進(jìn)行同步，組合成1組數(shù)字量送入測(cè)控、保護(hù)設(shè)備，如圖3所示。

圖3 級(jí)聯(lián)方式

這種方式的總傳輸延時(shí)時(shí)間為：

傳輸延時(shí)=上一級(jí)MU延時(shí)+同步處理延時(shí)+報(bào)文輸出延時(shí)。

2 智能變電站二次信號(hào)同步方法

2.1 相位誤差產(chǎn)生的基本原理

由于在信號(hào)傳輸各環(huán)節(jié)均存在延時(shí)[4]，而且由于不同信號(hào)所經(jīng)歷的傳輸環(huán)節(jié)可能不同，因而各不同信號(hào)到達(dá)最終的測(cè)控、保護(hù)裝置時(shí)延時(shí)可能會(huì)不相同（如圖4所示），這直接導(dǎo)致了信號(hào)之間出現(xiàn)相位差。

2.2 相位誤差解決方法

圖4 信號(hào)傳輸環(huán)節(jié)延時(shí)

各MU廠家一般計(jì)算MU內(nèi)部的固有延時(shí)，如采集信號(hào)的延時(shí)、內(nèi)部處理延時(shí)、報(bào)文組織延時(shí)等后，通過同步法或插值法處理，在其報(bào)文傳輸時(shí)加上一定可設(shè)置延時(shí)時(shí)間。該延時(shí)時(shí)間即用于補(bǔ)足至與其他信號(hào)相同的延時(shí)時(shí)間，以彌補(bǔ)相位誤差。

假如n路信號(hào)傳輸至同一終端設(shè)備處時(shí)所需要的延時(shí)時(shí)間分別為t1，t2，t3，…，tn，其中ts最大，則其他信號(hào)將在其最后1級(jí)MU處增加調(diào)節(jié)延時(shí)′，使得：延時(shí)的調(diào)整均是在安裝調(diào)試時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的各信號(hào)實(shí)際延時(shí)，人工加上一定延時(shí)，最終通過試驗(yàn)手段確保信號(hào)的相位同步，相位差為零。

這種調(diào)整方法顯然存在不足。如果測(cè)試手段不充分，可能產(chǎn)生較小的通道間相位差，這種誤差甚至大于一個(gè)周波。如某變電站的電壓MU級(jí)聯(lián)至電流MU時(shí)，由于軟件原因電壓滯后電流達(dá)20 ms，導(dǎo)致產(chǎn)生差流，保護(hù)誤動(dòng)作。

3 MU延時(shí)的測(cè)試方法

3.1 用電子互感器測(cè)試儀測(cè)試MU延時(shí)

電子互感器測(cè)試儀對(duì)MU的延時(shí)的測(cè)試方式是：采用升流器或升壓器對(duì)MU施加電流或電壓，電子互感器測(cè)試儀測(cè)試該電流或電壓模擬量，同時(shí)接收MU輸出的數(shù)字報(bào)文，計(jì)算二者的角差和比差，即可得到MU的延時(shí)[5]，如圖5所示。

圖5 電子互感器測(cè)試儀測(cè)試MU延時(shí)

當(dāng)采用外部施加穩(wěn)態(tài)電流或電壓進(jìn)行測(cè)試時(shí)，電子互感器測(cè)試儀不能直接控制電壓和電流，該方法不能形成閉環(huán)測(cè)試環(huán)境。并且1次只能測(cè)試1路信號(hào)，測(cè)量效率低，需要同時(shí)對(duì)電壓和電流和報(bào)文進(jìn)行同步。

由于采取穩(wěn)態(tài)信號(hào)測(cè)試，當(dāng)模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)存在整周波延時(shí)時(shí)，在電子互感器測(cè)試儀看起來是波形重疊的，會(huì)出現(xiàn)識(shí)別為相位差為零的情況，因此對(duì)于延時(shí)為整周波的情況此種方法可能無法測(cè)出相位差。

3.2 同時(shí)輸出模擬量和數(shù)字量測(cè)試MU延時(shí)

繼電保護(hù)測(cè)試儀（簡(jiǎn)稱繼保儀）可以同時(shí)輸出模擬量和數(shù)字量，既能輸出模擬量電流電壓，也能輸出和接收光纖傳輸?shù)臄?shù)字量，完整地集成了MU測(cè)試功能。

繼保儀向MU直接輸出電壓和電流，同時(shí)接受MU輸出的報(bào)文進(jìn)行解析，測(cè)量出二者的延時(shí)即為相位差。此種方法可形成閉環(huán)的測(cè)試環(huán)境，繼保儀可以直接控制電壓和電流的穩(wěn)態(tài)輸出和暫態(tài)輸出，故可真正測(cè)試出MU的延時(shí)時(shí)間。

當(dāng)模擬量信號(hào)和數(shù)字量信號(hào)存在整周波延時(shí)時(shí)，由于繼保儀可以施加暫態(tài)信號(hào)，可以在波形識(shí)別時(shí)明確觀察到波形起始沿，故可以準(zhǔn)確計(jì)算真實(shí)時(shí)間延時(shí)，整周波延時(shí)可以完整測(cè)試出。

繼保儀能夠輸出6路電壓和6路電流，可以一次性將MU報(bào)文的所有通道的延時(shí)與比差測(cè)出，效率高。不需要借用升流器和升壓器，1臺(tái)設(shè)備可完成工作，極大提高了測(cè)試效率。

繼保儀具有多路光纖端口，可以將1個(gè)MU輸出的多路光信號(hào)同時(shí)接入，一次性將多路光信號(hào)的時(shí)間延時(shí)準(zhǔn)確測(cè)出，既提高了測(cè)試效率，也可測(cè)試出多通道數(shù)字信號(hào)的相位離散性偏差。測(cè)試方式如圖6所示。

圖6 同時(shí)輸出模擬量和數(shù)字量測(cè)試MU延時(shí)

繼保儀內(nèi)部同步控制輸出電壓和電流，同時(shí)接收MU輸出的報(bào)文并記錄報(bào)文時(shí)間，繼保儀以實(shí)際輸出的電壓和電流波形為參考，通過與報(bào)文波形進(jìn)行計(jì)算得出MU的比差角差。由于以實(shí)際模擬量作參考，MU接收或不接收秒脈沖或B碼同步均能測(cè)試。

繼保儀測(cè)試先輸出3 s 0值，再輸出相應(yīng)的電壓或電流，用測(cè)試儀輸出的階躍波形，與MU輸出的波形對(duì)比計(jì)算，即可測(cè)出其真實(shí)的延時(shí)時(shí)間。

4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

按照3.2節(jié)中方法，在某220kV變電站進(jìn)行MU延時(shí)測(cè)試。變電站中MU使用的是IEC 61850-9-2傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。

表1中為測(cè)試所獲得的數(shù)據(jù)，其中角差1計(jì)算報(bào)文延時(shí)，角差2不計(jì)算報(bào)文延時(shí)。

表1 某220kV變電站MU延時(shí)檢測(cè)結(jié)果

圖7為測(cè)試獲得的合并單元B相輸入的電壓電流波形圖，B′表示繼保儀的信號(hào)輸出。

圖7 測(cè)得的B相電壓電流波形相位差

5 結(jié)語

準(zhǔn)確檢測(cè)MU的延時(shí)對(duì)于智能變電站的正常運(yùn)行至關(guān)重要，提出的同時(shí)輸出模擬量和數(shù)字量測(cè)試MU延時(shí)的檢測(cè)技術(shù)，使用繼電保護(hù)測(cè)試儀能在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中方便實(shí)現(xiàn)，其多路輸出極大提高了測(cè)試效率，重要的是能準(zhǔn)確計(jì)算真實(shí)時(shí)間延時(shí)，在MU延時(shí)檢測(cè)中能發(fā)揮重要的作用。

[1]Q/GDW 441智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2]Q/GDW 393110（66）kV～220kV 智能變電站設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[3]黃燦，肖馳夫，方毅，等.智能變電站中采樣值傳輸延時(shí)的處理[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35（1）∶5-10.

[4]陽靖，周有慶，劉琨.電子式互感器相位補(bǔ)償方法研究[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2007，27（3）∶45-48.

[5]劉紅利.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)調(diào)試方案研究[J].北京：華北電力大學(xué)，2012.