智能变电站合并单元、智能终端调试浅析

唐炎利（江西省水电工程局，江西南昌330000）

智能变电站合并单元、智能终端调试浅析

唐炎利（江西省水电工程局，江西南昌330000）

随着变电站自动化技术和网络通信技术的发展，智能化变电站以其高经济性、高可靠性、高安全性的优点受到高度关注及应用。本文就着重对实现过程层传统一次设备与间隔层智能化二次设备之间数据和控制信号交流的合并单元和智能终端装置的调试进行分析。

智能化变电站；合并单元；智能终端

引言

智能变电站作为我国坚强智能电网的重要基础和支撑，采用了先进、可靠、集成和环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享为基本，能够自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用。介于过程层一次设备和间隔层二次保护控制设备之间的合并单元和智能终端，在当前智能化变电站技术中，显得至关重要。所以，对智能化变电站内合并单元和智能终端的分析调试具有重要的意义。

1 合并单元

1.1 合并单元

合并单元，英文名称Merging Unit，简称MU。是智能变电站内，对一次互感器传输的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置。合并单元是电流、电压互感器的接口装置，在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。本文提到的合并单元，主要是传统模拟量输入，按照IEC 61850-9-2标准输出采样值的设备。

1.2 合并单元测试

1.2.1 合并单元稳态性能测试

图1 合并单元稳态性能测试系统连接图

（1）模拟合并单元精确度测试

采用图1连接方式进行测试，网络分析仪上显示待测合并单元采集交流量的参数（包括幅值、频率、功率和功率因素等交流量，同时还显示待测合并单元和交流采样基准采集的同一路交流量信号之间的相角差）。

（2）双A/D采样数据测试

图2 合并单元稳态性能双A/D采用测试连接图

采用图2方案进行测试，网络分析仪上显示待测合并单元交流量的参数。

（3）双通道双输入频率测量精度测试

继电保护测试仪输出电压、电流中某一相电压频率为49Hz，电流频率为51Hz，检查在此条件下，合并单元的测量精度。

1.2.2 时间性能检验

（1）对时误差检验

合并单元应采用同步时钟同步互感器一次数据采样，同步可采用1PPS信号比对法或者插值法，合并单元的采样同步误差应在不大于±1us。

图3 1PPS信号比对法

1PPS信号比对法（适用于有秒脉冲输出的MU），将标准时钟源输出的秒脉冲与MU输出的采样同步脉冲/1PPS同步接入数字示波器。

图4 实时相位角验证法

实时相位角验证法（适用于没有脉冲输出，采用插值/同步法的MU），继电保护测试仪测试仪在规定整秒时刻输出电压电流信号给合并单元，合并单元经转换后将9-2报文发给SVScout，由SVScout检查合并单元在整秒时刻输出的角度与继电保护测试仪整秒时刻输出角度的差值。

合并单元的采样同步误差应在不大于±1us。

（2）守时误差检验

合并单元应该具备守时功能，在失去同步信号10min以内的守时误差应小于4us，同时在失去同步信号超出守时时间之后，输出数据应产生同步无效标志位。

图5 守时误差检验

测试开始时，MU先接受标准时钟源的授时，待MU输出的1PPS信号与标准时钟源的1PPS的有效沿时间差稳定在同步误差阀值Δt之后，撤销标准时钟源的授时。从撤销授时的时刻开始计时，MU保持其输出的1PPS信号与标准时钟源的1PPS的有效沿时间差保持在Δt之内的时间段T即为该MU可以有效守时的时间。

（3）合并单元失步再同步功能检验（见图6）

①合并单元接入时间同步信号，观察合并单元输出“已同步”标志的采样值报文。

②断开合并单元时间同步信号并开始计时，观察合并单元输出“未同步”标志的采样值报文时停止计时，记录时间和观察结果。

图6 合并单元失步再同步功能检验

③守时误差达到100μs后，开始第4步试验。

④恢复合并单元时间同步信号并开始计时，观察合并单元输出“已同步”标志的采样值报文时停止计时，记录时间和观察结果。

⑤在合并单元时间回复时间同步信号过程中，检查合并单元输出9-2报文的采样序号、离散值、数值（幅值和相角）是否正确。

1.3 合并单元现场问题分析与处理

110kV尖峰变电站调试过程中，发现110kV科尖甲线线路保护装置面板告警灯被点亮，同时检查线路测控及母线保护装置均有“采样异常”报文，检查110kV科尖甲线合并单元，发现面板“同步”灯不停闪烁，正常情况下此灯应常亮。利用GPS测试仪对对时光纤进行测试，发现GPS对时信号正常。为进一步确认通过一次升流的方法进行检查，当一次设备通过电流时，各保护装置电流、电压量液晶显示均为0，此时初步判断故障出现在合并单元的对时板。为进一步确定故障范围，利用厂家调试软件对合并单元的报文进行抓包处理，同站检查站内网络报文分析仪，发现合并单元对时开入在“0”与“1”之间不停变化，无法实现守时功能。由于GPS本身对时信号正常，至此可以确定为合并单元的对时插件损坏，导致合并单元无法正常接收对时信号，合并单元无法实现一次实时数据量与二次采集数据的同步，因此合并单元判断所接收的二次量无效，经过处理后送给保护装置、母线保护装置、测控装置等的9-2报文均带无效位。各保护装置收到无效报文后，不做任何处理，不参与保护计算。因此各保护装置均判定采样值无效从而闭锁保护。确认故障点后，更换了合并单元的对时插效从而闭锁保护。确认故障点后，更换了合并单元的对时插件，更换完毕后，合并单元同步灯保持常亮。各装置异常报文消失，进行一次升流后，检查各个装置，采样值均正常。

此案例较为具体的向我们展示了同步及守时功能对于合并单元的重要性。

2 智能终端

2.1 智能终端

目前，数字化变电站中使用的断路器、主变等仍然是常规的一次设备，要实现对此类设备的数字化改造，就需要智能终端来完成信号输出和控制输入的光电转换、模数转换。

智能终端与一次设备采用电缆连接，与保护、测控等二次设备采用光缆连接，就地实现一次设备的遥信、遥控、保护跳闸等功能，并通过基于IEC61850标准的通信接口实现与过程层、间隔层的通信功能，最终实现断路器跳合闸、隔离开关分合闸、信号传输，主变调压、温度监控和非电量保护等功能。

2.2 智能终端调试

（1）检查开关量（DI）和模拟量（AI）输入输出量点数、配置符合工程设计；

（2）检查断路器控制分合闸回路、监视、重合闸、操作回路防跳、操作电源监视、控制回路断线监视等功能；

（3）GOOSE通讯功能正确，包括上传一次设备的状态信息、来自二次设备的下行控制命令以及命令记录功能；

（4）GOOSE的单双模式，出口压板和检修压板功能正确；

（5）自诊断、闭锁告警功能正确，包括电源中断、通信中断、通信异常、GOOSE断链、装置内部异常、控制回路断线自检、断路器位置不对应自检、定值自检、自检信息输出等；

（6）同步对时输入信号正常，装置的时间同步精度误差应不大于±1ms；

（7）状态监测信息采集功能正确，包括一次设备和就地智能控制柜传感元件的温度、湿度、压力、密度、绝缘、机械特性、工作状态灯输出信号以及一次设备的状态信息；

（8）主变本体智能终端的本体信息交互功能（非电量动作报文、调档及测温等）正确，闭锁调压、启动风冷、启动充氮灭火等出口接点功能正确、非电量保护功能正确。

2.3 智能终端现场问题分析与处理

柳江220kV智能变电站调试过程中，后台遥控执行断开220kV五柳Ⅰ线211开关，现场211开关断开后，经延时，211开关重新合上。

检查发现是220kV五柳Ⅰ线B套保护（南瑞继保）重合闸动作。检查保护报文，发现B套保护（南瑞继保）接收到的智能终端A、B、C三相位置及闭锁重合闸信号时间不一致，A、B两相分闸位置及闭锁重合闸信号比C相分闸位置信号滞后，B套保护判定为开关偷跳而导致重合闸误动作。通过查看220kV故障录波文件，发现B套智能终端上送的断路器A、B两相分闸位置及闭锁重合闸信号明显比C相分闸位置信号滞后。

随后进行了相关的排除测试，对220kV五柳Ⅰ线B套保护（南瑞继保）开入延时测试、211开关A、B、C三相本体及其辅助接点输出延时测试，测试结果均正常，A、B、C三相变位几乎同步。

经过综合软硬件分析确定，开入板EEPROM读取出现了问题，导致A、B两相分闸位置及闭锁重合闸信号开入去抖延时参数读取不正确，造成断路器A、B两相分闸位置及闭锁重合闸信号比C相分闸位置信号滞后。

通过此案例分析，得出是由于智能终端开入板EEPROM读取偶然出现了问题，导致GOOSE开关量延时不满足要求所产生的一系列事件。调试过程中偶然的几次不正常，可能隐藏着重大隐患。这就需要我们调试人员有相当高的洞察力，和一丝不苟的工作作风。微机型智能终端，没有微机型保护装置成熟，可能存在这样或那样的问题。面对新鲜事物智能终端，我们需要更加严谨的进行每一步测试，多次测试。对出现任何的小问题，小概率事件都不能放过，要一查到底，查到根源为止。

3 总结

本文在分析了智能化变电站与传统变电站差异性，阐述智能化变电站的优越性。针对当前智能化变电站一次设备不满足智能化要求，需要借助于合并单元和智能终端装置与间隔层二次设备间进行数据、控制信号等交流的情况，着重分析了合并单元和智能终端装置的调试，并就具体智能化变电站相关案例进行分析。为以后的调试工作提供参考，最大限度的提高调试工作效率和质量。

[1]谭文恕.变电站通信网络和系统协议IEC61850介绍.电网技术，2001. [2]王天锷，潘丽丽.智能变电站二次系统调试技术.中国电力出版社，2013，9.

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2016-12-12