國網甘肅省電力公司檢修公司酒泉分部 趙艷君 茹作偉 陳 宇

引言：貫徹落實國家提出的發(fā)展建設智能電網戰(zhàn)略，翻開了建設智能電網新篇章。智能變電站作為智能電網基本構架，同時合并單元是智能變電站的主要設備，所以合并單元在智能電網建設中的應用越來越廣泛，但因為合并單元的故障率比較高，一直以來影響著智能電網的安全穩(wěn)定運行，所以對合并單元在應用中存在的問題和未來的發(fā)展進行淺析，這對合并單元應用技術的提升起到極大的促進作用。

1 概述

1.1 什么是合并單元

智能電網的發(fā)展，是建立在集成的、高速雙向通信網絡的基礎上，從而對一、二次設備有了新要求。傳統(tǒng)的AD變換被高速數據接口取代，保護裝置發(fā)布命令被一次設備的執(zhí)行器取代，傳統(tǒng)開關的輸入DI和輸入DO都移入智能開關，由此產生了合并單元。合并單元在過程層設備中是非常關鍵的物理單元，電子式互感器由高速光纖接入合并單元接口，合并單元將二次轉換器的電流和電壓數據進行時間相關組合。合并單元的輸入信號由數字信號構成，與傳統(tǒng)的模擬信號不同，它包括站內的同步信號、采樣值和電源狀態(tài)等信息。這些信息被合并單元進一步處理，處理后的數據通過高速光纖輸出至間隔層設備。

1.2 功能

合并單元有兩種接口功能，分別是配合電子式互感器實現(xiàn)接口功能和配合保護測控裝置實現(xiàn)接口功能。因為合并單元自身帶有轉換器，所以其自身就能對數據進行采集和轉換，不需要額外的轉換器設備，減少了設備投資成本，同時，每個合并單元轉換器都能采集和轉換數據流，相互不會影響干擾，數據處理后再通過合并單元把數據傳輸至相應的保護測控裝置，實現(xiàn)保護測量和控制的技術要求，但前提是合并單元必須配合電子式互感器完成數據采集，實現(xiàn)接口功能，然后把處理后的數據輸出至配合的保護測控裝置，實現(xiàn)保護測控裝置接口功能。合并單元的接口功能主要實現(xiàn)了采集、轉換和發(fā)送數據，通過電子式互感器采集，自身完成數據轉換后把處理后的數據傳送至控制設備，來形成命令、指令、狀態(tài)等數據形式。

2 合并單元發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 合并單元數據采集質量

2.1.1 數據采集的準確性

合并單元采集數據的質量非常重要，所以，數字化保護實現(xiàn)高精度同步采樣的功能具有重要意義。合并單元精確采集三相平衡的現(xiàn)場模擬數據，同步數據后，通過數模轉換后傳遞給數字化保護，實現(xiàn)準確計算功率、阻抗等電氣量。同時，為了保證差動保護正確動作，不同間隔的電流量也需要同步。

2.1.2 數據采集同步問題

合并單元面臨的一大難題是同步問題，合并單元采集電流一般是分布采集，這種采集電流的方式雖然可以滿足一定需求，但比較容易造成延時，發(fā)生這種情況與硬件和軟件都有一定的關系。

合并單元與傳統(tǒng)互感器接入所接入的電纜是直接接入的，這樣它們產生的延時相對比較固定，并且延時比較短，甚至可以忽略。而通過光纜與電子互感器接入并經過一定轉化之后，我們發(fā)現(xiàn)在發(fā)送、處理數據，采用信號、調節(jié)信號等方面都產生了一定延時，這樣的延時情況比較嚴重，而且不同的合并單元存在不同的延時情況，在這種情況下確定其延時情況就比較困難。

另外，交換機存在解包、排隊和傳輸等不同形態(tài)的延時。將這些不同形態(tài)且相互獨立的延時組合起來，就形成了一個整體延時，延時的模塊和設備數量多，這嚴重影響了數據傳遞結果。例如：電壓互感器通過MU將二次電壓進行數字量的轉換，轉換后將電壓傳遞至下一級的MU，然后采樣二次電壓，并同步電壓數字量，最終整合為新的數字量，將整合的新數據傳送至相關的設備。產生的傳輸延時結果如下：

傳輸延時=上一級MU延時+同步處理延時+ 報文輸出延時。

2.2 合并單元應用中的可靠性問題

根據相關調查報告可知，我國智能變電站合并單元發(fā)生的缺陷次數在2015年一年內為310次，這是一個非常龐大的數字。與傳統(tǒng)綜自變電站相比，智能變電站的缺陷率超過了傳統(tǒng)綜自變電站，而且智能變電站發(fā)生缺陷的設備大部分為合并單元，在這種情況下，合并單元的可靠性成為了影響智能變電站發(fā)展的重要問題。所以應加強對合并單元設備的檢測力度，尋找解決合并單元問題的方法。相關單位要針對合并單元出現(xiàn)的問題，分析總結，找出產生問題的關鍵原因，并采取相應的預防措施，用有效的方法解決合并單元的問題，在保證合并單元運行質量的同時，要加強監(jiān)測，做好現(xiàn)場維護工作。

3 案例分析

3.1 異常前運行方式

110kV某變電站為智能變電站，發(fā)現(xiàn)異常前運行方式如下：

110kV系統(tǒng)：FJ#1線94C，F(xiàn)J#2線94E運行，備用999、備用998冷備用，1號主變高壓側701開關運行，1號主變運行，2號主變高壓側702開關運行，2號主變運行；

10kV系統(tǒng)：1號主變101A、101B開關，2號主變102A、102B開關分別對10kVI、II段母線充電，10kVI、II段母線運行，無出線負荷，110開關熱備用，備自投投入。

3.2 事件描述

某110kV智能變電站，在一次正常巡視中，運維人員發(fā)現(xiàn)1號主變差動保護裝置頻繁啟動復歸（保護未動作），檢查保護啟動信息，報文顯示為1號主變10kV側101B開關電流較大（最大相電流二次值為3.9A至33A不等，CT變比3000/5），而101A開關與高壓側701開關電流幾乎為零，差流達到啟動定值導致保護啟動。檢查現(xiàn)場后發(fā)現(xiàn)，主變差動保護軟壓板正確投入，差動保護定值設置正確，現(xiàn)場一次設備狀態(tài)正常，未也未發(fā)現(xiàn)其他異常情況。

3.3 原因分析

該站主變保護與合并單元之間采用點對點的通信方式，即差動合并單元將相應互感器采集的模擬量轉換成為差動保護的電流數字量；后備保護所需的電流電壓數字量由后備合并單元將相應模擬量轉換得來。

因為1號主變低后備保護無異常信號，保護裝置屏上101B電流顯示正常（無出線負荷，101B開關電流正常值為0左右），同時現(xiàn)場相關一次設備無異常情況，因此可以排除101B斷路器故障。

查詢1號主變差動保護定值單可知，1號主變差動速斷與比率差動均處于投入狀態(tài)，差動保護電流啟動定值為0.6Ie，差動速斷保護動作定值為6Ie。比對現(xiàn)場數次保護啟動的縱差差流值發(fā)現(xiàn)，所有保護啟動時的縱差差流均達到啟動定值，保護啟動均為正確動作。同時，通過對主變差動保護故障錄波分析發(fā)現(xiàn)，A相、B相縱差差流于14.292秒出現(xiàn)尖峰，持續(xù)0.001秒，保護啟動；14.293秒差流消失，保護啟動后未動作。綜上分析可以得出，保護的動作邏輯完全正確，可排除保護裝置故障。

通過上述分析可將故障范圍鎖定在合并單元設備上。綜合故障錄波圖和合并單元雙A/D轉換原理分析可初步得出，故障原因為合并單元發(fā)送給保護啟動元件的電流數字量發(fā)生錯誤導致保護誤啟動，而發(fā)送給保護動作元件的數字量正常故保護動作正確。之后由合并單元廠家檢測后發(fā)現(xiàn)，合并單元A/D轉換單元存在個別點數據異常（跳大數）現(xiàn)象，導致發(fā)送給保護啟動元件的采樣值發(fā)生異常，從而引發(fā)此次保護誤啟動情況的發(fā)生。

針對合并單元發(fā)送采樣值異常的情況，已更換合并單元及相關報文發(fā)送插件。更換后，1號主變差動保護再未出現(xiàn)過保護誤啟動現(xiàn)象。

4 合并單元發(fā)展方向

4.1 合并單元的精度、速度和系統(tǒng)功能不斷發(fā)展

目前，合并單元的組合設備隨著科學技術的發(fā)展不斷更新，處理數據能力也逐步提升，同時模塊處理速度和采樣數據速度都有所提高。隨著設備不斷完善，其復雜程度也隨之加深，設備的功能因為增加了很多有用功能而得到更深一步的拓展，更好地保證其工作狀態(tài)和量值輸出質量。

另外，上述提到的合并單元報文采樣延時、網絡延時以及硬件和軟件異常等問題，也隨著科學技術的發(fā)展得到了妥善解決，相信不久的將來合并單元的穩(wěn)定性會越來越高。

4.2 接口規(guī)范不斷完善

因為數據通訊量比較大，數據采集比較及時，且需要處理的任務比較多，所以需要按照相應的接口規(guī)范標準執(zhí)行，但目前電子式互感器與合并單元間的信息交換還沒有確切的標準，所以就加大了信息互聯(lián)的工作量，現(xiàn)在電子式互感器與合并單元間采用高速光纖通道接口，相應配套使用較多的是IEC60044-8串行接口標準。

合并單元與保護測控裝置的接口，不僅可以使用交換機組網方式，還可以使用點對點得通信方式。目前采用最主要的接口標準是IEC61850-9-2標準，因為現(xiàn)場的合并單元故障率較高，所以國家電網公司相應提出了“常規(guī)采樣GOOSE跳閘”方式。

隨著國家科學技術不斷創(chuàng)新，智能電網不斷發(fā)展，設備更新速度越來越快。相應提出了合并單元與保護測控裝置間實現(xiàn)網絡共享的概念。再加上合并單元與相關設備的接口規(guī)范逐步健全，實現(xiàn)網絡共享指日可待。

4.3 同步采樣方式現(xiàn)狀

目前合并單元同步采樣技術主要采用2種方式，一種是電子式互感器采樣器向合并單元采集采樣脈沖，這種方式合并單元只需通過采樣延時和通道傳輸延時就可確定確切的采樣時刻，從而實現(xiàn)同步采樣；另一種是合并單元重采樣處理異步采樣值。2種不同的同步方式都通過主時鐘實現(xiàn)同步，不論以任何方式同步，都要保證精確同步數據。如果發(fā)生合并單元首次接入進行信號同步、合并單元失去同步信號后重新獲得、合并單元正常運行過程中同步信號的質量產生變化等情況，會影響合并單元同步的精確度。上述情況在切換主、備時鐘源時可能會出現(xiàn)，對合并單元與間隔層主設備間的同步產生消極影響。

5 結束語

智能變電站中合并單元起著至關重要的作用，它直接影響測控保護裝置的可靠性。通過簡單介紹合并單元的功能、現(xiàn)狀、以及發(fā)展方向，可以預見的是，只有合并單元技術隨著科學技術的發(fā)展不斷改進，合并單元的故障率才會不斷降低，同時加強入網測試要求，完善相應規(guī)范和標準，才能從根本上保證合并單元通信、同步的速度和精度，從而在根本上更好地支撐智能電網的發(fā)展。