王丹

摘要：文章首先對智能變電站繼電保護跳閘方式原理進行介紹，然后分析了智能變電站繼電保護兩種跳閘方式，最后在兩種跳閘方式分析比較的基礎(chǔ)上對智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘可靠性以及延時進行了相應(yīng)研究，希望可以給相關(guān)人士提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護；跳閘方式；報文發(fā)送延時；網(wǎng)絡(luò)傳輸延時 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM734 文章編號：1009-2374（2015）36-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.058

1 智能變電站繼電保護跳閘方式原理

1.1 智能變電站保護點對點跳閘方式

這種保護跳閘方式主要是為了保護裝置到智能終端間通過獨立光纖進行有效連接，并且有效保護跳閘信號能夠通過這一直達光纖進行傳輸，別的信號能夠接到過程層交換機運用網(wǎng)絡(luò)進行傳送。

1.2 智能變電站保護網(wǎng)跳閘方式

這種保護跳閘方式主要是保護裝置和智能終端都接入到過程層的交換機之中，對跳閘等一切GOOSE信號進行保護，使這些信號都能夠運用網(wǎng)絡(luò)繼續(xù)傳輸。

1.3 兩種保護跳閘方式的主要區(qū)別

就接線形式而言，智能變電站保護點對點跳閘方式較之保護網(wǎng)跳閘方式多出了跳閘光纖；就跳閘模式而言，智能變電站保護點對點跳閘方式所得出的跳閘報文主要是運用直達光纜來進行傳輸，不存在任何中間環(huán)節(jié)，但是智能變電站保護網(wǎng)跳閘方式所得出的跳閘報文往往需要運用交換機來進行傳輸。

2 智能變電站繼電保護跳閘方式比較

2.1 智能變電站保護點對點跳閘

（1）不需要網(wǎng)絡(luò)方式進行傳輸，不需要經(jīng)由交換機，不會產(chǎn)生交換延時問題；（2）熔點多、光口多，容易發(fā)生各種故障；（3）CPU以及裝置光口的發(fā)熱量都加大，而且設(shè)備老化速度加快，使得設(shè)備故障發(fā)生率大大提高；（4）硬件多，使得工程現(xiàn)場施工量大大增加；（5）難以進行故障分析；（6）機械設(shè)備維護有較大工作量，設(shè)備全壽命周期所需造價加大。

2.2 智能變電站保護網(wǎng)跳閘

（1）光纖熔接點數(shù)量較少，使得故障的接點也相對較少；（2）光纖的敷設(shè)數(shù)量較少；（3）便于開展故障分析工作；（4）網(wǎng)絡(luò)跳閘交換機會有一定的延時現(xiàn)象

存在。

在智能變電站技術(shù)規(guī)范中相關(guān)要求表明，信息共享標準化、通信平臺網(wǎng)絡(luò)化以及全站信息數(shù)字化等是智能變電站的基本要求。通過網(wǎng)絡(luò)化傳輸方式與智能變電站建設(shè)的目的與未來技術(shù)發(fā)展方向更加符合。所以，本文會對智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘的可靠性與延時等問題進行重點分析。

3 智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘可靠性分析

一般而言，交換機丟包是對智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘可靠性造成影響的主要因素。導(dǎo)致交換機丟包的可能性主要有三種，分別是電磁干擾、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴以及交換機處理能力弱。下面分別就這三個方面進行簡要分析：

3.1 抗電磁干擾能力

智能變電站繼電保護網(wǎng)中過程層交換機都需要通過KEMA（所謂的KEMA就是指在全球范圍中進行電力行業(yè)產(chǎn)品測試、咨詢以及認證的一家權(quán)威機構(gòu)）的相關(guān)認證，根據(jù)國家電工委員會IEC相關(guān)標準要求，運用電磁輻射、抗電磁干擾以及靜態(tài)振動等測試，使得智能變電站在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運行得以有效保證。

3.2 抑制電網(wǎng)風(fēng)暴能力

一般而言，產(chǎn)生電網(wǎng)風(fēng)暴的原因主要包括：（1）若某一裝置出現(xiàn)異常，就會導(dǎo)致多發(fā)報文，從而致使交換機難以防護，但是在這一情況下，智能變電站繼電保護點對點跳閘方式也不能運行；（2）若網(wǎng)絡(luò)中有非法裝置接入，就會發(fā)出類似“未知單播地址”的報文，在這一情況下，交換機中存在的“未知單播地址抑制”功能就能夠發(fā)揮較好的防御作用；（3）若在網(wǎng)絡(luò)之中出現(xiàn)許多異常的廣播，這時交換機之中的“端口速率限制”功能就能夠發(fā)揮有效的防御作用。

3.3 交換機高負載處理能力

據(jù)相關(guān)調(diào)查研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前過程層工業(yè)交換機主要運用存儲或者轉(zhuǎn)發(fā)機制，而且運用完全雙工的方式進行連接，所以在增加數(shù)據(jù)流量的同時，是不會出現(xiàn)明顯的延時增加現(xiàn)象的。下表1為網(wǎng)絡(luò)傳輸延時測試。從這一表格數(shù)據(jù)中我們可知，在高負載情況下，變電站自動化系統(tǒng)過程層交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)所出現(xiàn)的延時情況都低于300μs，大大低于繼電器動作所產(chǎn)生的抖動延時，能夠使得繼電保護速動性要求得以切實滿足。

除此之外，現(xiàn)在過程層網(wǎng)絡(luò)大多應(yīng)用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因此在任何一個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境出現(xiàn)問題的情況下，都不會致使保護拒動的產(chǎn)生，所以，智能變電站機電保護網(wǎng)跳閘方式能夠使得繼電保護的可靠性得到有效保證。

4 智能變電站繼電保護網(wǎng)跳閘延時分析

4.1 保護網(wǎng)跳閘延時理論分析

據(jù)相關(guān)規(guī)定中表示，一個報文完整的輸送時間從發(fā)送方將數(shù)據(jù)中的內(nèi)容放到其傳輸棧頂?shù)臅r候開始計時，直至接受方從傳輸棧里將數(shù)據(jù)取走時為止。

4.1.1 報文發(fā)送延時。所謂的報文發(fā)送延時主要指的是裝置通信處理器報文延時處理，運用國家電網(wǎng)企業(yè)試點依托工程動模測試，使得裝置之中各個端口的處理時間需要延長25μs，也就是第1個端口需要延時25μs處理，而第2個端口就需要延時50μs處理，并且以此

類推。

4.1.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸延時。（1）交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時。由于現(xiàn)代交換機都根據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)的原理，所以，單個交換機的存儲轉(zhuǎn)發(fā)延時就相當(dāng)于幀長與傳輸速度相除，比如說100Mb/s光口，在以太網(wǎng)之中幀長的最大值為1522b，加之同步幀頭為8b，在進行交換機存儲轉(zhuǎn)發(fā)時會產(chǎn)生122μs的延時，如果是千兆端口存儲，就需要12μs的轉(zhuǎn)發(fā)延時；（2）交換機交換延時。一般而言交換機交換延時都是一個固定值，這一值由優(yōu)先級與交換機芯片處理MAC地址表等功能的速度所決定的，通常而言，工業(yè)以太網(wǎng)交換機產(chǎn)生的交換延時往往小于10μs；（3）光纜傳輸延時。光纜長度與光纜光速之間的比值就是光纜傳輸延時，比如說1km光纜，其傳輸延時大概是5μs；（4）交換機幀排隊延時。幀沖突往往出現(xiàn)在廣播式以太網(wǎng)之中，而以太網(wǎng)交換機通過隊列結(jié)合儲存轉(zhuǎn)發(fā)機制使得共享式以太網(wǎng)之中的幀沖突問題得以消除，為了使得重要數(shù)據(jù)幀的排隊延時得以減輕，可以引進數(shù)據(jù)幀優(yōu)先級制度；（5）網(wǎng)絡(luò)傳輸總延時。在總延時中主要包括幀排隊延時、線路傳輸延時、交換機延時以及發(fā)送

延時。

4.2 保護網(wǎng)跳閘延時測試數(shù)據(jù)

由于不斷有一些試點工程中出現(xiàn)智能變電站繼電保護點對點跳閘延時長于保護網(wǎng)跳閘延時的現(xiàn)象，而且相關(guān)設(shè)計、施工和運行維護單位都對智能變電站繼電保護點對點跳閘方案接線運行維護不方便、工作量過大進行反應(yīng)，因此需要對智能變電站繼電保護方式兩種方案延時予以測試。

人們往往認為保護網(wǎng)跳閘因為加大了交換機延時，致使其延時較點對點跳閘延時大。但是在實際測試之中，卻得出了與之完全相反的結(jié)果，保護網(wǎng)跳閘延時通常較之點對點跳閘延時小。針對這一問題，進行了一系列的研究，發(fā)現(xiàn)主要原因包括：（1）多光口信息傳輸都是通過共同的CPU予以處理，CPU要對各個端口逐一進行處理，這就延長了光口報文處理時間，而通過網(wǎng)絡(luò)化傳輸，設(shè)備不用點對點跳閘接口，而且各個廠家都把組網(wǎng)端口放置最先處理位置，所以網(wǎng)跳速度較之點對點跳閘速度快；（2）就點對點跳閘光口而言，因為CPU的順序處理，使得排在后面的光口所用的延時越長，但是交換機所需要延時較短，因此保護網(wǎng)跳閘較之點對點跳閘延時少；（3）因為數(shù)據(jù)端口的不斷增多，裝置中的數(shù)據(jù)循環(huán)處理時間也會相對單一端口處理時間有所延長。

5 結(jié)語

綜上所述，智能變電站繼電保護跳閘實現(xiàn)方式對于變電站穩(wěn)定、安全運行具有非常重要的作用。因此，一定要對智能變電站繼電保護跳閘方式予以足夠的重視，從而有效推動變電站的進一步發(fā)展。

參考文獻

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）