王進(jìn)虎，王 娜，劉 鉞，吳 愷

(1.天津送變電工程有限公司，天津 300000；2.天津市電子信息技師學(xué)院，天津 300000)

0 引言

智能變電站日益發(fā)展成熟，合并單元是智能變電站中的重要設(shè)備和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其配置正確與否直接關(guān)系到保護(hù)裝置的動(dòng)作可靠性。但在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)因?yàn)楹喜卧訒r(shí)不一致導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)，這對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成重大隱患，如何在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)、解決該問(wèn)題非常重要。

1 合并單元工作原理及相關(guān)延時(shí)規(guī)定

1.1 合并單元相關(guān)概念

在智能變電站中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換的智能裝置是合并單元，合并單元是處于互感器與保護(hù)裝置之間的設(shè)備，保護(hù)裝置、測(cè)控裝置、計(jì)量裝置等標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備所需要的原始數(shù)據(jù)就是通過(guò)常規(guī)或電子式電流互感器或者電壓互感器采集的。數(shù)據(jù)最終以SMV9-2的格式信息輸出到相應(yīng)的裝置中，因此通過(guò)合并單元獲得數(shù)據(jù)其品質(zhì)好壞直接影響整個(gè)變電站的運(yùn)行安全。對(duì)于處于不同間隔或不同變電站的合并單元來(lái)說(shuō)，各個(gè)合并單元始終需要處于同步狀態(tài)，一般通過(guò)時(shí)鐘同步系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前智能變電站實(shí)施的同步方案本有兩種方式，即光IRIG-B碼同步方式和EEE 1588網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步方式。當(dāng)相應(yīng)的數(shù)據(jù)從合并單元發(fā)送后經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)浇邮昭b置是需要時(shí)間的，該段時(shí)間稱為時(shí)間延時(shí)。數(shù)據(jù)信息從不同的合并單元通過(guò)組網(wǎng)或點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式傳輸?shù)较嗤谋Ｗo(hù)裝置時(shí)，由于保護(hù)裝置對(duì)數(shù)據(jù)處理的過(guò)程對(duì)延時(shí)有嚴(yán)格要求，因此從不同合并單元接收到的數(shù)據(jù)延時(shí)不能相差太大，否則將導(dǎo)致保護(hù)裝置數(shù)據(jù)處理過(guò)程出現(xiàn)錯(cuò)誤，影響保護(hù)裝置的正確動(dòng)作。

綜上所述，在不同間隔、不同站端的合并單元在時(shí)間同步上要保持一致并經(jīng)過(guò)嚴(yán)格校驗(yàn)，以保證保護(hù)裝置獲得準(zhǔn)確無(wú)誤的數(shù)據(jù)。

1.2 合并單元延時(shí)組成

無(wú)論電流、電壓互感器采用的是電子式互感器還是常規(guī)的互感器，其對(duì)采樣環(huán)節(jié)的處理延時(shí)主要包括以下兩部分。

(1) 對(duì)電子式互感而言，合并單元會(huì)對(duì)采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣處理，以對(duì)延時(shí)進(jìn)行修正實(shí)現(xiàn)采樣同步；而對(duì)常規(guī)互感器來(lái)說(shuō)則無(wú)此環(huán)節(jié)。

(2) 將經(jīng)過(guò)重采樣和插值處理得到的數(shù)字格式的采樣值報(bào)文根據(jù)一定的延時(shí)定時(shí)發(fā)送。對(duì)于重采樣及定時(shí)發(fā)送詳細(xì)介紹內(nèi)容可參考文獻(xiàn)[1]有關(guān)章節(jié)，此處不再贅述。

對(duì)于光纖傳輸?shù)牟蓸又敌盘?hào)來(lái)說(shuō)，其傳輸?shù)乃俣却蠹s是光速的2/3。傳輸距離和傳輸時(shí)間的關(guān)系可參見文獻(xiàn)[1]相關(guān)部分，根據(jù)文獻(xiàn)[1]論述，在同一變電站內(nèi)，光纖傳輸延時(shí)對(duì)保護(hù)裝置的精度影響很小，可以不予考慮。

根據(jù)以上的相關(guān)分析，合并單元內(nèi)部處理會(huì)修正其發(fā)送的采樣值所存在的相位偏差；而人工設(shè)置的發(fā)送延時(shí)會(huì)影響采樣值報(bào)文在發(fā)送時(shí)刻上的正確與否。

1.3 不同合并單元的配合問(wèn)題

智能變電站中合并單元的數(shù)據(jù)同步延時(shí)問(wèn)題可分為如下幾個(gè)方面：

(1) 在相同的間隔是否同步；

(2) 不同間隔之間的數(shù)據(jù)同步與否；

(3) 站與站之間的數(shù)據(jù)同步問(wèn)題。

上述三種情況基本涵蓋了智能變電站中合并單元相互配合關(guān)系，三種情況下的合并單元數(shù)據(jù)是否同步，延時(shí)是否一致必須要準(zhǔn)確無(wú)誤并加以校驗(yàn)。

2 延時(shí)不一致時(shí)差流的大小及對(duì)保護(hù)的影響

通過(guò)上述對(duì)合并單元存在延時(shí)的各環(huán)節(jié)的分析，對(duì)于重采樣環(huán)節(jié)合并單元根據(jù)同步脈沖和修正之后的數(shù)字量采樣值接收時(shí)刻進(jìn)行重采樣，進(jìn)而完成各采集器之間的采樣同步，一般不會(huì)出現(xiàn)延時(shí)偏差；對(duì)于傳輸延時(shí)，在變電站正常范圍內(nèi)光纖長(zhǎng)度不會(huì)太長(zhǎng)，不引起較大的延時(shí)，所以基本可以忽略不計(jì)。相對(duì)重要的是合并單元的發(fā)送延時(shí)決定采樣值報(bào)文是否存在發(fā)送時(shí)刻上的誤差。

目前智能變電站的采樣系統(tǒng)一般是采用傳統(tǒng)互感器再經(jīng)過(guò)合并單元的處理以后將數(shù)據(jù)直接通過(guò)光纖發(fā)送到相應(yīng)的保護(hù)裝置。

合并單元發(fā)送的報(bào)文中包含額定延時(shí)的相關(guān)信息，此額定延時(shí)即合并單元得同步處理延時(shí)，當(dāng)不同合并單元的額定延時(shí)設(shè)置的不一致時(shí)可能造成保護(hù)誤動(dòng)。這個(gè)環(huán)節(jié)一般是由合并單元的工作人員人工配置，該環(huán)節(jié)出錯(cuò)概率較大，因?yàn)榇嗽蛞l(fā)的事故也有數(shù)起，因此該環(huán)節(jié)是檢驗(yàn)的重點(diǎn)，需要特別注意。

以主變保護(hù)裝置為例，該保護(hù)涉及多個(gè)間隔，具有一定的代表性。無(wú)論對(duì)于兩側(cè)或者三側(cè)的變壓器來(lái)說(shuō)，主變保護(hù)裝置對(duì)各側(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量要求是非常高的，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間一般在20ms以內(nèi)，因而其對(duì)于各側(cè)合并單元采集量延時(shí)有嚴(yán)格要求。若不同側(cè)出現(xiàn)延時(shí)不一致時(shí)，會(huì)導(dǎo)致主變保護(hù)裝置差動(dòng)保護(hù)計(jì)算中出現(xiàn)差流，差流值一旦達(dá)到保護(hù)定值差動(dòng)保護(hù)就有可能誤動(dòng)，從而影響保護(hù)裝置的可靠性。下面主要討論分析延時(shí)不一致的各種情況。一般來(lái)說(shuō)可以分為兩類：第一類是各側(cè)延時(shí)相差非整數(shù)倍周波時(shí)導(dǎo)致的差流；第二類是各側(cè)延時(shí)相差整數(shù)倍周波時(shí)的差流。

2.1 各側(cè)延時(shí)相差非整數(shù)倍周波時(shí)的差流

當(dāng)各側(cè)延時(shí)相差非整數(shù)倍周波時(shí)，此時(shí)的波形如圖1所示。

圖1 中壓側(cè)采樣延時(shí)非整數(shù)周波

圖1表示一次系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橹袎簜?cè)滯后高、低兩側(cè)非整數(shù)倍周期，造成變壓器高、中、低三側(cè)電流采樣不同步的情況，此時(shí)不管是否發(fā)生故障保護(hù)裝置內(nèi)均有差流，只要達(dá)到定值，保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)。對(duì)于圖1中的情況檢驗(yàn)相對(duì)簡(jiǎn)單。該缺陷可直接在變壓器保護(hù)裝置上查看差流發(fā)現(xiàn)。

2.2 各側(cè)延時(shí)相差整數(shù)倍周波時(shí)的差流

對(duì)于三側(cè)變壓器來(lái)說(shuō)，在正常運(yùn)行時(shí)主變保護(hù)裝置需要同時(shí)接收三側(cè)的電流數(shù)據(jù)，變壓器保護(hù)三側(cè)采樣電流錄波波形如圖2所示，表示系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，變壓器高、中、低三側(cè)電流采樣同步。

圖2 三側(cè)電流同步示意

圖3表示一次系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橹袎簜?cè)電流滯后高、低壓側(cè)一個(gè)周波，造成變壓器高、中、低三側(cè)電流采樣不同步的情況。

圖3 中壓側(cè)電流滯后整數(shù)倍周波

圖4表示一次系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，因?yàn)橹袎簜?cè)電流滯后高、低壓側(cè)兩個(gè)周波，造成變壓器高、中、低三側(cè)電流采樣不同步的情況。

圖4 中壓側(cè)滯后兩個(gè)周波

由圖2—4可知，中壓側(cè)與高低壓側(cè)的相位相差360°的整數(shù)倍，因此在使用繼電保護(hù)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試或正常運(yùn)行時(shí)，保護(hù)裝置計(jì)算后差流為0，無(wú)法通過(guò)常規(guī)校驗(yàn)方法核相和觀察保護(hù)裝置的差流發(fā)現(xiàn)該缺陷。但當(dāng)一次系統(tǒng)發(fā)生穿越故障，產(chǎn)生穿越性故障電流時(shí)，中壓側(cè)滯后整數(shù)倍周波，將導(dǎo)致穿越性故障電流無(wú)法在同一時(shí)刻被保護(hù)裝置采集到，從而在保護(hù)裝置中產(chǎn)生故障差流，在達(dá)到一定數(shù)值時(shí)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。該情況時(shí)的波形見圖5，6。

圖5 三側(cè)電流同步時(shí)穿越故障波形

圖6 三側(cè)電流不同步穿越故障波形

圖5，6分別表示一次系統(tǒng)發(fā)生穿越性故障時(shí)，變壓器高、中、低三側(cè)電流采樣同步、不同步(中壓測(cè)滯后1個(gè)周期)的情況。由兩圖對(duì)比可看出在不同步的情況下會(huì)出現(xiàn)差流。對(duì)于當(dāng)前保護(hù)裝置，變壓器差動(dòng)速斷保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間(包括繼電器固有時(shí)間)一般小于20ms。因此當(dāng)保護(hù)裝置接收到的數(shù)據(jù)延時(shí)只要相差1個(gè)周期，發(fā)生穿越性故障會(huì)導(dǎo)致差流影響保護(hù)裝置的正確動(dòng)作，引起保護(hù)誤動(dòng)。

對(duì)于上述兩種情況的產(chǎn)生，根本原因是合并單元的延時(shí)參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，下面具體分析討論如何在調(diào)試過(guò)程中解決上述該問(wèn)題。

3 合并單元各側(cè)延時(shí)一致性校驗(yàn)方法

對(duì)于在上文中提到的各側(cè)延時(shí)相差非整數(shù)倍周波時(shí)導(dǎo)致的差流和各側(cè)延時(shí)相差整數(shù)倍周波時(shí)的差流兩種情況，因?yàn)閮煞N情況各自具有特殊性通過(guò)常規(guī)的通流檢查保護(hù)裝置采樣值的試驗(yàn)已經(jīng)無(wú)法驗(yàn)證各側(cè)合并單元的延時(shí)是否一致。因此需要區(qū)分對(duì)待，提出新的校驗(yàn)方法，并對(duì)兩種情況進(jìn)行論述。

3.1 各側(cè)延時(shí)相差非整數(shù)倍周波時(shí)的校驗(yàn)方法

該問(wèn)題的處理方法相對(duì)簡(jiǎn)單，有以下兩種方法。

第一種方法是對(duì)各側(cè)合并單元同時(shí)用一臺(tái)繼電保護(hù)測(cè)試儀加入實(shí)驗(yàn)量，并保證各側(cè)的相位一致，輸入相應(yīng)的額定電流，在保護(hù)裝置上觀察差流值，如果為零則可驗(yàn)證各側(cè)合并單元沒(méi)有相差非整數(shù)周波的錯(cuò)誤存在；若差流值不為零，則解決存在問(wèn)題。

第二種方法是使用三臺(tái)繼電保護(hù)測(cè)試儀，通過(guò)GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)將不同的繼電保護(hù)測(cè)試儀同步。然后三臺(tái)測(cè)試儀分別給主變?nèi)齻?cè)通入實(shí)驗(yàn)量，并保證三臺(tái)試驗(yàn)儀的相位一致幅值為相應(yīng)的額定電流，在保護(hù)裝置上觀察差流值，后續(xù)方法同上，以此驗(yàn)證各側(cè)延時(shí)是否正確。

3.2 各側(cè)延時(shí)相差整數(shù)倍周波時(shí)的校驗(yàn)方法

各側(cè)合并單元延時(shí)相差整數(shù)倍周波的情況，通過(guò)3.1的方法一無(wú)法驗(yàn)證各側(cè)的延時(shí)是否一致，因此需要采取新的校驗(yàn)方法。因?yàn)榘l(fā)生穿越性故障，主變保護(hù)在故障量達(dá)到10ms以上時(shí)就可能動(dòng)作，根據(jù)2.2節(jié)的分析可以采取下述兩種方法來(lái)校驗(yàn)。

第一種方法可模擬各側(cè)電流瞬間同時(shí)增大，若各側(cè)的合并單元延時(shí)不一致，則各側(cè)增大后的電流傳輸?shù)奖Ｗo(hù)裝置的時(shí)間不一致，該過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)差流。例如中壓側(cè)滯后高壓側(cè)相差20ms,則電流瞬間從0到高壓側(cè)額定電流的過(guò)程中，保護(hù)裝置首先接收到高壓側(cè)先增大到了額定電流，而中壓側(cè)的電流量還需要再延時(shí)20ms后才被保護(hù)裝置計(jì)算，這個(gè)過(guò)程就會(huì)有差流，在這20ms內(nèi)，差流達(dá)到差動(dòng)的定值時(shí)，保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)作。

第二種方法可以加非工頻頻率波形的實(shí)驗(yàn)量校驗(yàn)。例如正常的交流量頻率是50 Hz，所通入的實(shí)驗(yàn)量可以變?yōu)?0 Hz來(lái)模擬暫態(tài)故障電流。此時(shí)，穿越故障電流的周期與標(biāo)準(zhǔn)的周波周期不一致了，若合并單元延時(shí)相差整數(shù)倍正常交流周波，通入交流頻率為20 Hz的實(shí)驗(yàn)量電流時(shí)即會(huì)出差流，從而可驗(yàn)證合并單元相差正常周波整數(shù)倍的延時(shí)需要加以改正；反之，各側(cè)合并單元均正常。

4 結(jié)束語(yǔ)

智能變電站的發(fā)展已經(jīng)成趨勢(shì)，模式一般是常規(guī)(電子)式電流互感器、合并單元、保護(hù)裝置的配置模式。通過(guò)上文闡述及結(jié)合實(shí)際運(yùn)行中由于合并單元配置錯(cuò)誤導(dǎo)致的相關(guān)事故的分析，首先對(duì)合并單元及其各環(huán)節(jié)的延時(shí)進(jìn)行了分析，對(duì)各側(cè)合并單元的延時(shí)不一致的情況分門別類、各自探討，在此基礎(chǔ)上提出對(duì)應(yīng)不同情況下新的各側(cè)合并單元延時(shí)不一致的測(cè)試方法，并在天津范莊、新華路220 kV智能變電站的建設(shè)中加以驗(yàn)證，結(jié)果表明該方案具有很強(qiáng)的實(shí)用性、易操作等特點(diǎn)。

上述所提供的方法為今后類似問(wèn)題的故障分析處理提供了思路，也為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員提供了一套簡(jiǎn)單可行、可靠實(shí)用的校驗(yàn)方法，具有參考價(jià)值。