智能變電站合并單元及智能終端調(diào)試

1、智能變電站合并單元與智能終端及故障錄波網(wǎng)絡(luò)分析儀介紹及調(diào)試送變電調(diào)試所 王天鍔提綱 合并單元介紹及調(diào)試 智能終端介紹及調(diào)試 檢修問題 故障錄波網(wǎng)絡(luò)分析儀一、合并單元的介紹及調(diào)試智能變電站合并單元介紹合并單元的延時與同步介紹 合并單元等間隔離散性（抖動）介紹 合并單元延時及等間隔性（抖動）測試 對時精度及守時功能測試精度測試SV報文檢查智能變電站合并單元介紹 合并單元最初是屬于電子式互感器的附屬品 目前智能變電站，合并單元更多的是A/D轉(zhuǎn)換及電壓并列、切換功能智能變電站合并單元介紹智能變電站的互感器采用兩種方式：電子式互感器二次輸出為數(shù)字量，弱信號二次輸出規(guī)約 基于 IEC60044-8 的 F

2、T3 電磁式互感器（主要形式）二次輸出為模擬量電流為1A/5A，電壓為57V/100V智能變電站合并單元介紹微機(jī)保護(hù)測控裝置交流輸入組件交流輸入組件A/D 轉(zhuǎn)換組件轉(zhuǎn)換組件保護(hù)邏輯保護(hù)邏輯(CPU)開入開出組件開入開出組件人機(jī)對話模件人機(jī)對話模件端子箱端子箱智能變電站合并單元介紹智能終端智能終端MU保護(hù)邏輯保護(hù)邏輯(CPU)人機(jī)對話模件人機(jī)對話模件ECT一次設(shè)備智能化IED數(shù)字化保護(hù)測控SMV光纖光纖GOOSE光纖光纖交流輸入組件交流輸入組件A/D 轉(zhuǎn)換組件轉(zhuǎn)換組件開入開出組件開入開出組件保護(hù)裝置的輔助插件進(jìn)行了前移二次在線監(jiān)測智能變電站合并單元介紹兩種不同的方式導(dǎo)致合并單元功能的不同：電子式

3、互感器+合并單元（Electronic Transformers &Merging Unit 簡稱ETMU 模式)電磁式互感器+合并單元 (Transformers &Merging Unit 簡稱TMU 模式）智能變電站合并單元介紹ETMU ETMU 模式模式為了將電子式互感器應(yīng)用于變電站自動化系統(tǒng)，待解決的關(guān)鍵問題之一就是互感器與變電站二次設(shè)備之間的接口問題，而合并單元是數(shù)字接口的主要組成部分。合并單元是將現(xiàn)場電子式互感器輸出的電流、電壓信號合并并處理，然后按規(guī)定的幀格式傳送給變電站的二次設(shè)備，是整個自動化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備智能變電站合并單元介紹ETMU 模式FT3智能變電站合

4、并單元介紹TMU TMU 模式采集電磁式互感器的二次電流電壓，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，以IEC61850-9-2的幀結(jié)構(gòu)將電流、電壓信號合并處理傳輸給間隔層設(shè)備智能變電站合并單元介紹TMU 模式合并單元介紹功能要求按間隔配置的合并單元應(yīng)提供足夠的輸入接口， 接收來自本間隔電流互感器的電流信號； 若間隔設(shè)置有電壓互感器， 還應(yīng)接入間隔的電壓信號； 若本間隔的二次設(shè)備需要母線電壓， 還應(yīng)接入來自母線電壓合并單元的母線電壓信號。 母線電壓應(yīng)配置單獨的母線電壓合并單元。 合并單元應(yīng)提供足夠的輸入接口， 接收來自母線電壓互感器的電壓信號。 對于單母線接線， 一臺母線電壓合并單元對應(yīng)一段母線； 對于雙母線

5、接線， 一臺母線電壓合并單元宜同時接收兩段母線電壓； 對于雙母線單分段接線， 一臺母線電壓合并單元宜同時接收三段母線電壓；對于雙母線雙分段接線，宜按分段劃分為兩個雙母線來配置母線電壓合并單元 合并單元介紹 對于接入了兩段及以上母線電壓的母線電壓合并單元， 母線電壓并列功能宜由合并單元完成，合并單元通過 GOOSE 網(wǎng)絡(luò)獲取斷路器、 刀閘位置信息， 實現(xiàn)電壓并列功能。 合并單元應(yīng)能提供輸出 IEC 61850 9 協(xié)議的接口及輸出 IEC 60044 7/8 的 FT3 協(xié)議的接口，能同時滿足保護(hù)、 測控、 錄波、 計量設(shè)備使用。 對于采樣值組網(wǎng)傳輸?shù)姆绞剑?合并單元應(yīng)提供相應(yīng)的以太網(wǎng)口；對于采

6、樣值點對點傳輸?shù)姆绞?，合并單元?yīng)提供足夠的輸出接口分別對應(yīng)保護(hù)、 測控、 錄波、 計量等不同的二次設(shè)備。 輸出接口應(yīng)模塊化并可根據(jù)需要增加輸出模塊。 合并單元應(yīng)能接收 12 路電子式互感器的采樣信號， 經(jīng)同步和合并之后對外提供采樣值數(shù)據(jù)。合并單元介紹 合并單元應(yīng)能夠接收 IEC61588 或 B 碼同步對時信號。 合并單元應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)采集器間的采樣同步功能，采樣的同步誤差應(yīng)不大于 1 s 。 在外部同步信號消失后，至少能在 10 分鐘內(nèi)繼續(xù)滿足 4uS 同步精度要求。 合并單元與電子式互感器之間沒有硬同步信號時， 合并單元應(yīng)具備前端采樣、 處理和采樣傳輸時延的補償功能。 輸出協(xié)議采用 IEC 6

7、1850-9-2 時，合并單元的數(shù)字量輸出宜采用 24 位有符號數(shù)值。 輸出協(xié)議采用 IEC61850-9-1 或 IEC 60044-8 時，合并單元的數(shù)字量輸出宜采用二次值方式。 合并單元應(yīng)能保證在電源中斷、 電壓異常、 采集單元異常、 通信中斷、 通信異常、 裝置內(nèi)部異常等情況下不誤輸出； 應(yīng)能夠接收電子式互感器的異常信號； 應(yīng)具有完善的自診斷功能。 合并單元應(yīng)能夠輸出上述各種異常信號和自檢信息。 合并單元介紹 合并單元宜具備光纖通道光強(qiáng)監(jiān)視功能， 實時監(jiān)視光纖通道接收到的光信號強(qiáng)度， 并根據(jù)檢測到的光強(qiáng)度信息，提前報警。 根據(jù)工程需要，合并單元可提供接收常規(guī)互感器或模擬小信號互感器輸出

8、的模擬信號的接口。 合并單元與電子式互感器之間通訊速度應(yīng)滿足最高采樣率要求。 合并單元與電子式互感器之間的通訊協(xié)議應(yīng)開放、 標(biāo)準(zhǔn)，宜采用 IEC 60044-7/8 的 FT3 格式。 合并單元應(yīng)支持可配置的采樣頻率， 采樣頻率應(yīng)滿足保護(hù)、 測控、 錄波、 計量及故障測距等采樣信號的要求。 合并單元應(yīng)提供調(diào)試接口， 可以根據(jù)現(xiàn)場要求對所發(fā)送通道的順序、 相序、 極性、 比例系數(shù)等進(jìn)行配置。 合并單元介紹 電壓并列功能：智能變電站沒有專門的電壓并列柜，并列功能在母線PT合并單元實現(xiàn)。由于A/D前移，且并列的隔刀位置也是通過采集GOOSE光信號，因此原理上不存在二次反送電問題 電壓切換：在間隔合并

9、單元實現(xiàn)母線電壓的切換合并單元的延時與同步介紹 智能變電站的電流電壓采集是分布式采集由各個合并單元采集電流電壓，再上送到間隔層，分布式最大的問題就是同步問題，而產(chǎn)生同步最根本的原因就是延時問題，合并單元的延時與同步介紹合并單元的延時是由于硬件和軟件共同導(dǎo)致的，對于ETMU模式 的采樣延時如下圖所示： 合并單元的延時與同步介紹對于TMU模式的延時主要是由合并單元自身延時導(dǎo)致，即不考慮EVT和ECT的延時。因為合并單元前端采用電磁式互感器，輸入的模擬量采樣值經(jīng)電纜直接并行送入合并，采樣值傳輸延時固定且數(shù)值很小。但當(dāng)電流電壓經(jīng)合并單元轉(zhuǎn)換為SMV-9-2輸出時就會產(chǎn)生延時，而且不同廠家的合并單元產(chǎn)生

10、的延時不會完全相同，特別對電壓其延時更不好確定，因為電壓到保護(hù)測控經(jīng)過了PT合并單元和線路合并單元兩及延時。合并單元的延時與同步介紹延時產(chǎn)生的后果： 電流電壓之間的夾角可能就會出現(xiàn)誤差。合并單元的采樣是一個周波是80點，一秒鐘50個周波，因此一個點是1 / 4 0 0 0 秒 即 2 5 0 u s ， 因 此 1 u s 相 差 的 電 角 度 為4.5/250=0.018，折算從分就是0.018x60=1.081，即1us誤差就是1左右合并單元的延時與同步介紹延時產(chǎn)生的后果：影響距離保護(hù)的動作邊界值對于母差保護(hù)延時問題顯得更為重要，如果兩個線路合并單元之間的延時過大就可能導(dǎo)致母差保護(hù)出現(xiàn)誤

11、動或拒動測控和計量合并單元設(shè)定延時的目的為了消除不同合并單元延時不一致的問題，通常采用同步的方法來解決，即所有合并單元接收到電磁式互感器輸入的電流電壓后，都等待一定的時間后再同時將電流電壓輸出給保護(hù)測控裝置，保護(hù)測控裝置解析數(shù)據(jù)報文中的時標(biāo)，在進(jìn)行時間或相角補償。合并單元的延時與同步介紹同步：合并單元的延時與同步介紹 單個常規(guī)變電站的電流電壓本身就是個同步系統(tǒng)，電流電壓通過一次母線進(jìn)入變電站再通過互感器及二次電纜進(jìn)入各個裝置，其傳播速度接近光速，且中間沒有其他環(huán)節(jié)，因此對于線路保護(hù)、母差保護(hù)、變壓器保護(hù)而言其電流電壓之間保持同步合并單元的延時與同步介紹 智能變電站的二次電流電壓沒有直接到達(dá)保護(hù)

12、裝置，而是在前端先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后再通過光纖傳送到各個裝置，特別是電壓經(jīng)過了兩級合并單元，因此在傳輸過程中就會產(chǎn)生延時，導(dǎo)致不同步合并單元的延時與同步介紹智能變電站的同步方法包括： 軟件：插值法、報文延時、報文時標(biāo) 硬件：GPS、北斗外部對時，硬件時標(biāo)合并單元的延時與同步介紹智能變電站時鐘同步系統(tǒng)：合并單元等間隔離散性（抖動）介紹 調(diào)試人員不能將延時和同步混淆，延時反應(yīng)的是信息的時差性，同步是解決數(shù)據(jù)延時的手段。延時長短將決定保護(hù)裝置反應(yīng)故障的快慢，同步性能將決定二次系統(tǒng)電流電壓數(shù)據(jù)的質(zhì)量。合并單元等間隔離散性（抖動）介紹 合并單元間隔離散性：對一個波形采樣，采樣點為n，輸出設(shè)定延時為t，每個

13、點對應(yīng)的輸出時標(biāo)為Ti，則等間隔離散性是指任意連續(xù)兩個輸出時標(biāo)之差應(yīng)10us，即Ti+1-Ti 10us。合并單元等間隔離散性（抖動）介紹 同步波形合并單元等間隔離散性（抖動）介紹 抖動波形合并單元等間隔離散性（抖動）介紹 智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范要求合并單元采樣值發(fā)送間隔離散值應(yīng)小于10s，對ETMU模式的額定延時要求是2ms，對TMU模式的要求目前沒有明確，但一般參照ETMU模式2ms。 電子式電流互感器和電壓互感器的技術(shù)規(guī)范中對不同精度的角度誤差做了要求，對P級別如5P和10P級別的互感器要求相角差不大于1也就是60分，而前面介紹了1分的延時大概就是1us，因此保護(hù)用的電流電壓的絕對延

14、時一般要求t60us；對精度為0.2S級別的互感器要求相角差不大于10也就是10us，因此對設(shè)備標(biāo)定的延時測試即對合并單元絕對延時的測量結(jié)果要求：計量用的電流電壓的絕對延時一般要求t10us，保護(hù)用的電流電壓的絕對延時一般要求t60us。合并單元延時及等間隔性（抖動）測試 合并單元的單裝置延時測試只針對TMU的模式，對于ETMU的模式需要和電子式互感器一起進(jìn)行測試。 可以使用NT781模擬量輸入合并單元測試儀進(jìn)行測試。合并單元延時及等間隔性（抖動）測試 對于TMU方式的試驗接線圖如下圖所示：對時精度及守時功能測試目前合并單元一般采用B碼對時，如果合并單元和外部時鐘已經(jīng)對時穩(wěn)定了，那么可以通過測

15、試儀器比如DM5000來解析報文中的時標(biāo)（DM5000本身也和這個外部時鐘對時穩(wěn)定），來確定合并單元是否與外部時鐘已經(jīng)對時穩(wěn)定。如果合并單元沒有對上時，而凱默已經(jīng)對上時，則凱默測量合并單元的延時將是一個相差很大的延時，如果合并單元對上時，則測量的延時和合并單元設(shè)定延時相差會小于1us。下圖是某線路合并單元的延時測量（該合并單元設(shè)定的延時是2000us）。對時精度及守時功能測試測量的延時和合并單元設(shè)定的延時非常一致，誤差小于1us。對時精度及守時功能測試守時功能測試：守時功能測試相對簡單，將合并單元與外部對時系統(tǒng)斷開后，繼續(xù)使用DM5000（仍然保持B碼對時）測量合并單元的延時，采樣的同步誤差應(yīng)

16、至少能在 10 分鐘內(nèi)不大于4uS 同步精度要求。精度測試 交流采樣測量裝置是將工頻電量量值電流、電壓、頻率經(jīng)數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換、計算的各電量量值（電流、電壓、有功功率、無功功率、頻率、相位角和功率因數(shù)等）轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量傳送至本地或遠(yuǎn)端的裝置。 為了保證交流采樣測量裝置量值采集的準(zhǔn)確、可靠，需要進(jìn)行精度校驗 TMU模式下的合并單元實際是將AD轉(zhuǎn)換前置，因此有必要進(jìn)行精度測試2022-1-12精度測試合并單元的精度測試相比傳統(tǒng)的精度測試要復(fù)雜主要是因為：1，目前沒有成熟直觀的產(chǎn)品進(jìn)行合并單元的精度測試2、電壓的切換問題3、電壓的輸入文問題4、所有母線電壓都要進(jìn)行精度測試，測試的內(nèi)容增加2022-1-1

17、2精度測試2022-1-12SV報文檢查 SV通道與互感器二次繞組級別匹配問題 系統(tǒng)集成商對此沒有認(rèn)識，可能配錯通道，導(dǎo)致保護(hù)或測控用的二次繞組用于計量通道 MAC、APPID、VLAN等檢查在測量中應(yīng)注意的事項 不能利用經(jīng)過B碼對時上后測量時標(biāo)誤差來測量絕對延時的方式。因為通過解析時標(biāo)的并沒有真實反映出合并單元A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、傳輸?shù)确矫娴难訒r。 線路合并單元的輸出電壓是通過PT合并單元級聯(lián)過來的，因此這里存在兩個合并單元的延時問題，目前保護(hù)廠家一般會在線路合并單元對電壓進(jìn)行一次延時補償，即如果PT合并單元設(shè)定了t1秒的延時，線路合并單元在收到電壓后會補償t1秒，然后在經(jīng)過線路合并單元設(shè)

18、定的t2秒的延時與電流一起輸出。因此電壓的絕對延時就是t2。但在測量的時候是要分別測出t1和t2。 要確定合并單元接收的是正向?qū)r還是反向?qū)r，如果對時裝置和合并單元的方式相反則合并單元將無法對時。 小結(jié)：合并單元是智能變電站將一次電流電壓引入二次系統(tǒng)的橋梁， 因此其性能的好壞對整個變電站的運行至關(guān)重要， 調(diào)試人員應(yīng)該十分重視合并單元的試驗， 在入廠聯(lián)調(diào)時一定要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范就行測試，特別是延時和抖動性能的測試更是重中之重。 二、智能終端的介紹及調(diào)試 智能終端簡介 智能終端報文測試 智能終端操作箱問題 智能終端邏輯閉鎖問題智能終端簡介 能單元具有開關(guān)量（DI）和模擬量（AI）采集功能，輸入量

19、點數(shù)可根據(jù)工程需要靈活配置；開關(guān)量輸入采用強(qiáng)電方式采集；模擬量輸入應(yīng)能接收420mA電流量和05V電壓量 智能單元具有開關(guān)量（DO）輸出功能 智能單元具有斷路器控制功能。 智能單元具備斷路器操作箱功能，包含分合閘回路、合后監(jiān)視、重合閘、操作電源監(jiān)視和控制回路斷線監(jiān)視等功能。斷路器防跳功能以及各種壓力閉鎖功能在斷路器本體操作機(jī)構(gòu)中實現(xiàn)。 智能單元應(yīng)具備完整的跳閘回路監(jiān)測功能，在線監(jiān)測跳合閘回路下列項目： 出口繼電器失效； 出口繼電器接點粘死； 出口壓板狀態(tài)。智能終端簡介 智能單元應(yīng)具有信息轉(zhuǎn)換和通信功能，支持以GOOSE方式上傳一次設(shè)備的狀態(tài)信息，同時接收來自二次設(shè)備的GOOSE下行控制命令，實

20、現(xiàn)對一次設(shè)備的實時控制功能。智能單元應(yīng)具備GOOSE命令記錄功能，記錄收到GOOSE命令時刻、GOOSE命令來源及出口動作時刻等內(nèi)容，并能提供便捷的查看方法。智能終端報文測試（開入開出） 可以使用DM5000非常方便進(jìn)行智能終端的報文測試，及開入開出測試、對點智能終端報文測試（開入開出）智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范要求： 智能終端的動作時間小于7ms。 智能終端操作箱 防跳回路的檢驗 分合閘電流的整定 TJR啟動遠(yuǎn)動跳閘信號 GOOSE數(shù)據(jù)通道與裝置開關(guān)量輸入關(guān)聯(lián)的正確性，檢查相關(guān)通信參數(shù)符合SCD文件配置 GOOSE數(shù)據(jù)通道與裝置開關(guān)量輸出關(guān)聯(lián)的正確性 閉鎖操作回路 雙套保護(hù)重合閘問題智能終端

21、邏輯閉鎖 智能終端邏輯閉鎖回路通常串聯(lián)在斷路器、隔刀的控制回路，并經(jīng)過邏輯壓板控制，當(dāng)智能終端接收到邏輯閉鎖的goose信號，且“邏輯閉鎖投入”壓板投入，則閉鎖操作 要注意該goose信號不返回問題，或邏輯閉鎖接點粘死問題三、檢修狀態(tài)問題 智能變電站繼電保護(hù)壓板數(shù)量的大量減少，并不等于投退壓板變的簡單明了。相反，不可能根據(jù)二次圖紙找到壓板的位置來投退。需要分析IED設(shè)備檢修機(jī)制，結(jié)合具體檢修工況，進(jìn)行壓板正確投退方式。傳統(tǒng)的基于模擬量/電平量模式的保護(hù)檢修時，檢修人員可采取將電流/電壓聯(lián)接端子連片斷開，以及把開入、出口、功能壓板退出等措施在回路上保證檢修設(shè)備與運行設(shè)備之間的二次回路完全隔離。對

22、于智能變電站，不可能通過插拔光纖，更不可能通過改變裝置參數(shù)配置進(jìn)行檢修/運行的切換。檢修狀態(tài)問題 相對于常規(guī)變電站，智能變電站只在智能終端保留出口壓板。出口壓板的投退與常規(guī)站一樣。智能變電站功能壓板只有一個，即檢修壓板。根據(jù)IEC61850模型，在合并單元、保護(hù)裝置、智能終端等每個裝置設(shè)置一個檢修壓板，但其投退與常規(guī)站是不同的，在檢修壓板投入時在其向外發(fā)送的GOOSE 或者SV 報文中增加檢修位，接收裝置判斷檢修位標(biāo)志，當(dāng)檢修位標(biāo)志完全一致時，方能出口。檢修狀態(tài)問題 合并單元或智能終端處于檢修狀態(tài)時，其報文的TEST位置1，如果保護(hù)裝置不是檢修狀態(tài)，保護(hù)裝置會報檢修狀態(tài)不一致，合并單元或智能終

23、端的報文信息不參與保護(hù)裝置的計算或判斷，如果是母差與某間隔檢修不一致則會閉鎖母差會閉鎖保護(hù)檢修狀態(tài)問題 合并單元和智能終端之間沒有SV數(shù)據(jù)傳輸，也就沒有直接的檢修位傳輸或判別；合并單元和保護(hù)裝置之間是上送SV數(shù)據(jù)，不會判別保護(hù)的檢修位；合并單元和合并單元之間也是傳輸SV數(shù)據(jù)，不會改變SV數(shù)據(jù)的檢修品質(zhì)位，例如：母線TV合并單元將母線電壓上送給各間隔合并單元，各間隔合并單元上送時會原封不動的傳送母線合并單元數(shù)據(jù)的檢修品質(zhì)位，和本間隔合并單元檢修壓板投退情況無關(guān)?；蛘哒f各間隔合并單元中由本間隔TV、TA直接來的數(shù)據(jù)的檢修品質(zhì)位和間隔合并單元檢修壓板相關(guān)。這樣就可能出現(xiàn)間隔合并單元上送的SV數(shù)據(jù)中一

24、部分帶檢修位，另一部分不帶檢修位的情況。檢修狀態(tài)問題 保護(hù)裝置和合并單元的檢修機(jī)制是指：正常運行時，保護(hù)和合并單元的檢修壓板都不投，雙方的檢修狀態(tài)相同，此時保護(hù)的出口是允許的；當(dāng)單獨投保護(hù)檢修或單獨投合并單元檢修時，雙方的檢修狀態(tài)是不同的，此時保護(hù)的出口是禁止的；當(dāng)保護(hù)和合并單元的檢修壓板均投入，此時雙方的檢修狀態(tài)相同，保護(hù)的出口也是允許的。只有在保護(hù)和合并單元的檢修狀態(tài)相同時，保護(hù)才允許動作。檢修狀態(tài)問題 保護(hù)裝置實時對各模擬量輸入通道品質(zhì)中的Test位與裝置自身的檢修壓板狀態(tài)進(jìn)行比較，只有兩者一致時才將此路模擬量用于保護(hù)計算。 元件檢修不一致時，按母線閉鎖差動保護(hù)。 當(dāng)出現(xiàn)檢修不一致且裝置

25、未投入檢修壓板時，裝置按元件發(fā)檢修不一致報文。當(dāng)投入裝置檢修壓板時，保護(hù)不再按元件發(fā)檢修不一致的報文，僅發(fā)一個總的檢修不一致報文。檢修狀態(tài)問題 復(fù)合電壓閉鎖元件包括三部分：母線保護(hù)用復(fù)合電壓閉鎖、失靈保護(hù)用復(fù)合電壓閉鎖、PT斷線告警。母線保護(hù)用電壓閉鎖元件和失靈保護(hù)用電壓閉鎖元件采用不同的門檻值。電壓品質(zhì)異?；螂妷簷z修不一致時開放復(fù)合電壓。檢修狀態(tài)問題智能終端檢修功能可歸結(jié)為兩點： 檢修壓板投入后，裝置上送所有GOOSE 報文的品質(zhì)及GOOSE幀頭中的測試位Test置位。 裝置將接收的GOOSE 報文中的Test位與裝置自身的檢修壓板狀態(tài)進(jìn)行比較，只有兩者一致時才視作為有效進(jìn)行動作。當(dāng)二者不一致時，視為“預(yù)傳動”狀態(tài)。檢修狀態(tài)問題母線PT合并單元檢修壓板對線路保護(hù)的影響： 線路間隔智能終端、合并單元、保護(hù)裝置的檢修壓板均在退出位