智能变电站交流采样异常状态分析和处理方法研究

（嘉兴电力局，浙江嘉兴314033）

智能变电站交流采样异常状态分析和处理方法研究

江伟建，钱啸，郭磊，邹海宝

（嘉兴电力局，浙江嘉兴314033）

常规变电站采用电流/电压互感器，而智能变电站是采用电子式互感器和合并单元，实现交流采样的数字信号采集。根据目前投运的智能变电站交流采样模式，从工程实际出发，对各种交流采样异常状态进行分析，并提出相应的处理方法。

智能变电站；交流采样；异常；处理方法

智能变电站的基本要求是全站信息数字化、通信平台网络化和信息共享标准化[1]。交流采样通过数字信号传输是全站信息数字化的基础，其实时性、准确性和规范性更是各类智能设备实现测量、控制、保护和计量等功能的前提条件。

智能变电站交流采样回路有许多告警信号，如采样中断、采样失步、采样无效等，如何正确研判并及时处理这些异常告警，直接关系到变电站一、二次设备能否安全可靠运行。

1 智能变电站交流采样模式

与传统变电站相比较，智能变电站交流采样具有以下特点：采用合并单元，对来自互感器的电流/电压信号进行时间相关组合，并将组合后的采样数据以数字信号的形式发送给保护、测控和电度表等智能装置。目前已投运的智能变电站交流采样模式有2种，即：电子式互感器加合并单元模式和常规互感器加合并单元模式。

1.1 电子式互感器加合并单元模式

电子互感器加合并单元采样模式的接线示意如图1所示，电子式电流/电压互感器ECVT内的采集器将互感器传感元件发出的信号转变为光信号并传输给合并单元，合并单元将各路ECVT信号进行时间相关组合，并按DL/T 860.92（IEC 61850-9-2，以下简称9-2）协议通过网络方式传送给保护、测控等智能设备。另外，线路合并单元还可接收母线合并单元发送过来的母线电压数据并进行组合。

此模式普遍应用于新建智能变电站。

1.2 常规互感器加合并单元模式

常规互感器加合并单元模式的接线示意如图2所示，传统电流/电压互感器将二次电流/电压信号通过电缆传输给合并单元，合并单元将电流/电压信号进行A/D转换并按时间相关组合，再以9-2协议通过网络方式传送给保护、测控等智能设备。

此模式普遍应用于由传统变电站改造而成的智能变电站。

1.3 网络采样的弊端和直接采样的应用

合并单元输出的采样值报文（Sampled Value，SV）可以通过交换机传输（网络采样），也可以点对点直接传输（直接采样），IEC 61850标准规定SV报文应在3 ms内完成传输[2]。网络采样传输延时Td可描述为：

式中：t1为合并单元处理延时；tq为报文传播延时；tsm为交换机发送延时；tp为报文排队延时；t2为保护装置处理延时。

Td受交换机性能和网络流量的影响较大。网络采样时合并单元需要可靠的外部对时，使不同合并单元SV报文的样本计数值（Sample Count）能同步轮转。因此，网络采样的可靠性依赖于交换机和外部对时系统，对保护的快速性与可靠性有一定影响，保护信号应采用直接采样方式[3]。

2 异常状态分析与处理方法

2.1 采样中断

2.1.1 原因分析

此告警信号一般由保护（测控）装置发出。当保护（测控）CPU采集不到任何采样数据时，装置将发出“采样中断”告警信号，并闭锁所有保护功能和同期功能。“采样中断”通常由硬件故障引起，有以下3种类型：保护装置故障、合并单元故障和保护装置与合并单元之间的通讯链路故障，如图3所示。

2.1.2 处理方法

先退出保护装置所有保护，并打上“检修”压板。然后再进一步分析，缩小故障范围。

（1）保护装置故障时，一般会同时发出装置异常或装置闭锁等告警信号，而与此合并单元相关的其他保护装置（包括故障录波器和网络分析仪）采样均正常。保护装置故障通常由采样插件故障引起，处理时宜采用整体更换采样插件方式。

（2）合并单元故障时，与合并单元相关的其他保护装置（包括故障录波器和网络分析仪）会发出采样中断告警，合并单元也会同时发出装置异常或装置闭锁等告警信号。此时应将装置改为检修状态，停用与本合并单元相连的所有保护并做好安全隔离。然后重点检查合并单元电源插件和输出插件。

（3）保护装置与合并单元之间的通信链路故障时，除保护装置报采样中断外无其他告警信号。此时应逐级检查通信链路，包括合并单元发信光口、连接光缆、转接设备和保护装置收信光口。若是合并单元发信光口损坏，则按上述第2种故障类型处理。若为其他通信设备故障，更换相应设备后即可恢复正常。

2.2采样无效

2.2.1 原因分析

合并单元发出的SV报文来自多个采样通道，每路采样通道均带有品质位Q（正常时Q值为0*00 00 00 00）。当合并单元硬件故障或某相电子互感器未连接时，SV报文置无效（此时Q值为0*00 00 00 01）。保护装置接收到无效SV报文时，会报“采样无效”告警信号，同时闭锁与此合并单元相关的所有保护。

2.2.2 处理方法

首先退出所有保护，并打上“检修”压板，做好安全隔离。查看网络分析仪，确认该SV报文是否为无效，以便排除保护装置误判或误发告警信号。在判定SV报文确为无效后，应停用与此合并单元相关的其他所有保护，并对合并单元作进一步检查。若合并单元硬件故障，一般会有“装置异常”或“**插件故障”等告警信号，此时只需更换相应插件即可。若是由电子互感器与合并单元通信异常引起，则需先停用一次设备，然后再重点检查互感器与合并单元之间的连接线。

2.3 采样失步

2.3.1 原因分析

合并单元发出的SV报文带有同步标示位“SmpSynch”[4]。当合并单元外部对时输入或外部同步信号失去，但合并单元内部时钟守时精度能够满足同步要求时，“SmpSynch”值为“1”（即TRUE）；当守时精度不满足同步要求时，“Smp Synch”值为“0”（即FORTH）。保护装置接收到“SmpSynch”值为“0”的SV报文时，一般会报“采样失步”告警信号。目前保护装置采用直接采样方式，收到SV报文即时处理，不判样本计数值，故对保护功能没有影响，保护装置可正常运行。

2.3.2 处理方法

首先查看合并单元外部对时输入信号是否正常。若系统为IEC 61588对时，且只有本合并单元对时异常，则可判断为合并单元自身对时功能异常；若系统为pps或B码对时，则可通过更换GPS设备备用输出端口判别。当判定为外部对时输入异常时，检查GPS设备即可。当判定为合并单元自身故障时，应停用与此合并单元相关的其他所有保护，重点检查合并单元受时元件。

2.4 双CPU采样不一致

2.4.1 原因分析

电子互感器由2路独立采样系统进行数据采集，每路都采用双A/D系统接入合并单元，合并单元发送的SV报文含有2路数字采样值。为满足“当1路SV采样数据异常时，保护不误动跳闸”的要求，保护装置一般采用双CPU设计，当2个CPU均动作时保护才跳闸。双A/D采样原理见图4。当保护装置2个CPU接收的2路采样值不一致且差值超过设定值时，保护装置报“双CPU采样不一致”告警信号，而保护功能是否闭锁则因设备厂家处理方式不同而不同。

2.4.2 处理方法

此现象一般由互感器的某路A/D电路故障引起。互感器内某路A/D元件异常时，转换器会输出2路不同的采样值，故首先要停用一次设备。因互感器内传感器、A/D元件和转换器一般为一体化设备，因此只能整体更换。

2.5 零漂越限

2.5.1 原因分析

此现象一般由电子电流互感器采集器本身引起。当A/D采样或积分回路有缺陷时，均有可能产生较大的零漂。在达到一定值后，保护/测控装置会报“零漂越限”告警信号。此时，保护会退出与直流分量相关的判据，但不闭锁保护功能。此告警在设备空载情况下更容易出现。

2.5.2 处理方法

由于是由互感器采集器故障引起，故首先要停用一次设备，然后再作进一步分析处理。一般需要对采集器进行软件升级或硬件更换。

3 结论

从上述分析可知，智能变电站交流采样出现告警信号的原因及处理方法已较为清晰。而如何进一步提高交流采样信号的可靠性和正确性，减少各种异常告警的出现，确保变电设备和电网的可靠运行，则是应着重关注的问题。

（1）统一采集器和合并单元间数据传输规范。目前只有合并单元按9-2标准输出SV报文，采集器和合并单元之间的数据传输均为制造商私有协议，当两者为不同制造商设备时，就无法进行简单的互联互通。

（2）统一各类采样异常的处理原则。目前合并单元制造商对采样无效、采样失步的判定依据不一致，保护设备制造商对采样中断等异常判断原则和是否闭锁保护功能也不统一。因此，急需统一对各类异常问题的处理原则，包括异常的判断原则、报文名称、是否闭锁保护功能等。

（3）统一采集器、合并单元和保护/测控等智能设备间的设备接口方式，规范硬件接口标准，只有这样才能真正实现即插即用。

（4）规范互感器二次变比设置。与传统互感器二次侧按一定变比输出二次值不同，合并单元输出的采样数据均为一次值。建议简化装置参数设置和整定计算，取消二次变比。

[1]Q/GDW 383-2009智能变电站技术导则[S].北京：中国电力出版社，2010.

[2]IEC 61850 Communication networks and systems in substasions[S].2003.

[3]Q/GDW 441-2010智能变电站继电保护技术规范[S].北京：中国电力出版社，2010.

[4]Q/GDW 396-2009 IEC 61850工程继电保护应用模型[S].北京：中国电力出版社，2010.

（本文编辑：龚皓）

The Analysis of Abnormal State and Research on Processing Method of AC Sampling in Intelligent Substations

JIANG Wei-jian，QIAN Xiao，GUO Lei，ZOU Hai-bao
（Jiaxing Electric Power Bureau，Jiaxing Zhejiang 314033，China）

This paper describes the mode of digital AC sampling in intelligent substations used nowadays. Through the analysis on various abnormal situations of AC sampling based on the engineering practice，this paper puts forward corresponding processing methods.

intelligent substation；AC sampling；abnormal；processing method

TM733

：B

：1007-1881（2012）10-0016-03

2012-04-01

江伟建（1978-），男，浙江嘉兴人，工程师，从事继电保护技术管理工作。