原敬磊

（山西省電力公司調(diào)度控制中心，山西 太原 030001）

0 引言

智能變電站應(yīng)用電子式互感器或常規(guī)式互感器就地數(shù)字化的方式進(jìn)行采樣，不僅能有效避免電流二次回路開路、外界環(huán)境干擾、電壓二次回路短路、電纜多點(diǎn)接地等問題的影響，而且可以實現(xiàn)采集信號的共享化，具有一定的優(yōu)越性。數(shù)字采樣引入了數(shù)據(jù)處理、傳輸和等待所需的固有延時，從而引入額定延時的問題[1-6]?，F(xiàn)場調(diào)試人員在采樣延時方面都遵循一個原則：級聯(lián)合并單元延時=上一級采樣延時+本級采樣延時（忽略報文輸出延時）；但為什么延時必須疊加，如果不直接疊加，可能會帶來什么后果？本文以一起智能變電站線路保護(hù)重合閘瞬間放電為例，分析說明級聯(lián)合并單元的延時緣由及設(shè)置錯誤可能帶來的后果。

1 線路保護(hù)重合閘瞬間放電現(xiàn)象描述

2016 年10 月在對220 kV 景陽變電站巡視時發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行中的220 kV 臨景I 線264 線路保護(hù)NSR-302GF 有重合閘自動放電現(xiàn)象，但很快又自動充電。檢查歷史記錄發(fā)現(xiàn)，該保護(hù)裝置重合閘每天均有4～5 次放電現(xiàn)象，且均為瞬間放電，隨后立即進(jìn)入自動充電狀態(tài)。景陽變電站投運(yùn)以來，220 kV 線路共3 條出線，二次保護(hù)裝置均為雙套配置，一套是許繼電氣的WXH-803B，另一套為國電南瑞的NSR-302GF。檢查其他兩條線路的保護(hù)裝置重合閘，其他兩條出線的NSR-302GF 保護(hù)裝置也有重合閘瞬間放電現(xiàn)象，許繼的差動保護(hù)WXH-803B 無瞬間放電現(xiàn)象，且3 條出線的放電時間不一樣，無規(guī)律可循。

2 線路保護(hù)重合閘瞬間放電原因查找

為找出重合閘放電的原因，針對其中1 條出線的NSR-302GF 保護(hù)裝置的變位報告進(jìn)行分析。NSR-302GF 為縱聯(lián)距離保護(hù)，其重合閘放電邏輯如下：第一，重合閘在停用方式；第二，重合閘在單重方式時，保護(hù)三相跳閘或TWJa、TWJb、TWJc 同時動作；第三，重合閘合閘脈沖發(fā)出時；第四，有低氣壓閉鎖重合閘開入輸入且400 ms 內(nèi)重合閘未啟動；第五，有閉鎖重合閘開入輸入；第六，重合閘充電計數(shù)器未滿15 s 時，TWJa、TWJb、TWJc 中任一個動作，或保護(hù)啟動重合閘（含內(nèi)部或外部）；第七，重合閘充電已完成，TWJa、TWJb、TWJc 同時動作且持續(xù)20 s；第八，保護(hù)永跳；第九，當(dāng)投檢無壓、檢同期方式時，有電壓互感器 TV 斷線 （potential transformer）、TV 失壓或同期電壓異?，F(xiàn)象；第十，故障切除后，該故障相電流消失，在沒有發(fā)重合令前，該相又有電流。通過對裝置的記錄逐項分析及排除，最終將放電原因初步確定為第九條：母線或線路電壓可能瞬間存在異常。通過觀察重合閘放電時間，在網(wǎng)絡(luò)分析儀中查找對應(yīng)時刻對應(yīng)線路合并單元發(fā)送的數(shù)據(jù)集與母線合并單元發(fā)送的數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)對應(yīng)時刻線路合并單元發(fā)送的報文確實有一幀電壓有異常。該幀報文的電壓顯示L3 相無效，但對應(yīng)時刻母線合并單元發(fā)送的數(shù)據(jù)集均無異常。

從該幀報文的原始報文可以看到，C 相電壓的數(shù)值為00 00 00 00，品質(zhì)位為00 00 00 01，即數(shù)值為0，品質(zhì)無效。

通過上述分析，引起重合閘放電的原因是線路合并單元提供的電壓每天有4～5 幀有問題，但母線合并單元提供的電壓正常，且并不是所有出線在同一時間電壓同時有一幀無效，即時間上參差不齊。另一套保護(hù)WXH-803B 不放電并不是接收到的電壓均沒有問題，而是差動保護(hù)放電條件不判斷電壓，偶爾有一幀報文不正常并不會引起保護(hù)重合閘放電。所以引起重合閘瞬間放電的原因確定為線路合并單元存在問題，且為共性問題。

3 深層解析及消除隱患

3.1 采樣結(jié)構(gòu)分析

該站采用目前智能變電站二次采樣最為常見的一種方式，具有典型性。即常規(guī)電磁式電壓互感器+母線合并單元，常規(guī)電磁式電流互感器TA（currant transformer） +線路合并單元。電磁式電壓互感器的二次電壓經(jīng)母線電壓合并單元MU（merging unit） 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送至下一級合并單元（線路MU），線路合并單元對電磁式電流互感器的二次電流及線路同期電壓進(jìn)行采樣，并與母線MU 過來的電壓數(shù)字量進(jìn)行同步，組合成1 組數(shù)字量送入測控、保護(hù)設(shè)備，如圖1 所示。這種方式的總傳輸延時時間為：傳輸延時=上一級MU 延時+同步處理延時+報文輸出延時（報文輸出延時一般可忽略）。

3.2 采樣延時分析

圖1 線路間隔采樣結(jié)構(gòu)圖

繼電保護(hù)對合并單元的要求是點(diǎn)對點(diǎn)直接采樣，并盡量減少采樣的延時，規(guī)定合并單元最長延時不超過2 ms[7-11]。

關(guān)于采樣延時錯誤的問題，點(diǎn)對點(diǎn)傳輸方式下發(fā)現(xiàn)角度偏差，一般是合并單元額定延時輸出和固有延時輸出不一致導(dǎo)致的，在調(diào)試階段容易發(fā)現(xiàn)并及時糾正。但對于級聯(lián)合并單元正常輸出中突然有一幀報文中某個通道品質(zhì)異常是不是與額定延時有關(guān)有待研究。

該站220 kV 兩套母線合并單元均為許繼公司的DMU833/G，220 kV 線路兩套合并單元均為上海思源宏瑞的UDM-502-G。從網(wǎng)絡(luò)報文分析儀記錄的結(jié)果看，在重合閘放電時刻，線路合并單元的電壓有異常，但母線合并單元均無異常，由此排除母線合并單元的問題，重點(diǎn)檢查分析線路合并單元。

線路合并單元的作用：一是對三相電流及線路電壓進(jìn)行采樣，二是數(shù)據(jù)的同步處理。數(shù)據(jù)同步處理主要處理上一級合并單元發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，具體的方法是插值再采樣，如圖2 所示。對于線路合并單元電流的采樣是否可以與母線合并單元電壓的采樣在同一時間內(nèi)進(jìn)行，從繼電保護(hù)對合并單元盡量減少采樣轉(zhuǎn)換延時的角度出發(fā)，兩個合并單元的采樣是可以同時進(jìn)行的；但之所以級聯(lián)合并單元延時=上一級采樣延時+本級采樣延時（忽略報文輸出延時），主要原因在于數(shù)據(jù)的同步處理；對于合并單元自身的采樣數(shù)據(jù)（三相電流及線路電壓），由于采樣時刻是根據(jù)自身脈沖上升沿觸發(fā)的，所以不需過多處理，只是等待打包即可；而對上一級合并單元傳過來的數(shù)據(jù)（母線電壓） 需要重新處理，即對傳過來的數(shù)據(jù)逐個通道進(jìn)行插值再采樣。插值再采樣的時間一般等于合并單元自身的采樣時間，所以出現(xiàn)級聯(lián)合并單元延時=上一級采樣延時+本級采樣延時，其本質(zhì)是上一級采樣延時+數(shù)據(jù)處理延時，只是數(shù)據(jù)處理延時等于本級合并單元的采樣延時。

圖2 采樣數(shù)據(jù)的插值同步

本案例中該線路合并單元為級聯(lián)方式，傳輸延時=級聯(lián)所需等待延時（上一級合并單元延時）+數(shù)據(jù)同步處理延時+MU 報文輸出延時。圖2 中，母線MU 額定延時td1與線路MU 自身采樣延時td2存在交集，即線路合并單元真正需要的額定延時可能小于圖2 中所示額定延時（td1+td2），但由于合并單元的采樣、等待、數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)一般基于定時中斷完成，定時中斷一般是采樣周期的整數(shù)倍，所以出現(xiàn)了必須是兩級合并單元額定延時疊加，忽略了交集部分（交集部分一定小于脈沖間隔對應(yīng)的250 μs）。通過對SV 報文進(jìn)行抓包分析得上一級母線合并單元的額定延時為1 000 μs，即級聯(lián)所需等待延時為1 000 μs。思源宏瑞線路合并單元自身的采樣延時是3 個點(diǎn)（1 個點(diǎn)對應(yīng)250 μs），即750 μs，線路MU 報文輸出延時固定為50 μs。計算線路合并單元額定延時應(yīng)為1 000+750+50=1 800 (μs)，但檢查保護(hù)裝置收到的額定延時為1 550 μs。即線路合并單元的額定延時錯誤設(shè)置為1 550 μs，修改為1 800 μs 后重合閘瞬間放電的隱患消除。

另外，在思源宏瑞合并單元設(shè)置中為了簡便及減少出錯，不再設(shè)置固有延時、額定延時等多參數(shù)，僅有一個延時設(shè)置，即固有延時與額定延時一體，這樣就避免了由于固有延時與額定延時不一致引起的相位誤差。

本案例中，在線路合并單元額定延時設(shè)置不正確的情況下，通過網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)現(xiàn)每次放電時刻均是L3 相電壓或L2、L3 相電壓品質(zhì)異常，其原因在于數(shù)據(jù)處理過程按通道的先后順序進(jìn)行，在母線MU 的發(fā)送數(shù)據(jù)集中，L2 相、L3 相保護(hù)電壓通道靠后，當(dāng)數(shù)據(jù)處理不過來時，從最后面的通道開始出錯；而在線路合并單元額定延時設(shè)置比要求小250 μs 的情況下，數(shù)據(jù)也基本正確，只是每天會有幾幀報文不正常。這是因為插值同步處理延時與采樣延時類似，通常給出的額定延時是在不利環(huán)境條件下、通過長時間大量試驗驗證，保證在此延時條件下采樣數(shù)據(jù)正確，而當(dāng)小一檔延時時，大多數(shù)情況下可能也能正常運(yùn)行，但偶爾可能會有不正?，F(xiàn)象，即不能保證全數(shù)據(jù)全時間正確。本案例中插值同步處理延時比要求小一檔，一般情況下也能正確處理通道數(shù)據(jù)，但不能保證所有時間所有數(shù)據(jù)都正確，所以出現(xiàn)了每天會有幾幀報文不正常，且無規(guī)律可尋的現(xiàn)象。由于一般情況下數(shù)據(jù)正常，給現(xiàn)場調(diào)試發(fā)現(xiàn)問題及隱患查詢帶來很大干擾。

3.3 保護(hù)插值重采樣分析

保護(hù)裝置收到合并單元的采樣輸入后，需要對其進(jìn)行插值重采樣。合并單元發(fā)送幀的頻率與采樣頻率一樣，即4 000 幀/s，且每一幀里都含有一個采樣點(diǎn)的值和品質(zhì)位。

線路保護(hù)裝置采用24 點(diǎn)采樣，即每個周波有24 個采樣點(diǎn)的值和其所對應(yīng)的品質(zhì)位，其處理方式如下。

a） 采樣值：對接收到的每周波80 點(diǎn)采樣值進(jìn)行重采樣計算，最后形成每周波24 點(diǎn)的采樣值。但前提是品質(zhì)位有效，當(dāng)品質(zhì)位無效時，數(shù)值顯示為零。

b） 品質(zhì)位：在從80 點(diǎn)到24 點(diǎn)的過程中，對于重采樣算法牽涉的點(diǎn)對應(yīng)的品質(zhì)位進(jìn)行合并，即計算一個采樣點(diǎn)所涉及的N 個原始采樣點(diǎn)的品質(zhì)進(jìn)行合并，因不同廠家或不同類型保護(hù)所采用的重采樣算法可能不同，N 的值可能不同。對于國電南瑞科技股份有限公司的NSR-302 線路保護(hù)，對合并單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣后，N<1，也就是說即使合并單元發(fā)送數(shù)據(jù)集出現(xiàn)一幀品質(zhì)異常，線路保護(hù)裝置也會受到影響。

保護(hù)插值重采樣分析如下，24 點(diǎn)插值重采樣會針對80 點(diǎn)采樣進(jìn)行處理，并不是品質(zhì)異?；驍?shù)據(jù)不正確的點(diǎn)丟棄，而是先對品質(zhì)位進(jìn)行處理，若品質(zhì)位有效，再對其數(shù)值進(jìn)行線性插值或其他運(yùn)算的處理，若品質(zhì)位無效，其數(shù)值也無效，顯示為零。所以，當(dāng)80 點(diǎn)采樣中的一點(diǎn)有問題，很可能影響24 點(diǎn)插值重采樣的某一點(diǎn)，進(jìn)而影響距離保護(hù)的重合閘放電問題。

4 結(jié)論

a） 現(xiàn)場調(diào)試應(yīng)嚴(yán)格遵循級聯(lián)合并單元采樣延時等于上一級合并單元采樣延時與本級合并單元采樣延時之和的原則，其本質(zhì)是上一級合并單元采樣延時與本級合并單元數(shù)據(jù)處理延時之和，只是數(shù)據(jù)處理延時等于合并單元自身的采樣延時。

b） 線路保護(hù)裝置采用24 點(diǎn)采樣，即每個周波有24 個采樣點(diǎn)的值和其所對應(yīng)的品質(zhì)位。品質(zhì)位在從合并單元80 點(diǎn)采樣到保護(hù)24 點(diǎn)采樣的過程中，對于重采樣算法牽涉的點(diǎn)對應(yīng)的品質(zhì)位進(jìn)行合并；數(shù)值大小的計算是按80 點(diǎn)采樣進(jìn)行重采樣計算，但當(dāng)品質(zhì)位無效時，數(shù)值也無效，顯示為零。對于國電南瑞科技股份有限公司的NSR-302 線路保護(hù)，對合并單元的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣后，即使合并單元出現(xiàn)一幀品質(zhì)異常，線路保護(hù)裝置也會受到影響。

c） SV 報文中數(shù)據(jù)通道可以根據(jù)工程應(yīng)用而配置，數(shù)據(jù)通道的多少直接影響SV 報文長度，對其傳輸延時及接收處理具有一定影響。本案例在線路合并單元額定延時設(shè)置不合理的情況下，每次放電時刻均是L3 相電壓或L2、L3 相電壓品質(zhì)異常，其主要原因在于處理過程按通道的先后順序進(jìn)行，L2 相、L3 相保護(hù)電壓通道靠后，故數(shù)據(jù)處理不過來時一般為L2、L3 相電壓異常。