智能变电站采样数据同步原理及测试方法

农艳奎 梁威威

摘 要：文章着重介绍了智能变电站中合并单元的采样数据同步的原理以及在变电站现场调试的基本方法，并就目前存在的一些问题进行了分析，提出了相应的改进措施。

关键词：智能变电站；采样数据同步；测试方法

1 同步问题的由来

电力互感器是电力系统中为电能计量、继电保护及测控等装置提供电流、电压信号的重要设备。在智能变电站中，继电保护等自动化设备的数据采集模块前移至合并单元，互感器一次设备电气量需要经前端模块采集再由合并单元处理，由于各间隔互感器的采集处理环节相互独立，没有统一协调，且一、二次电气量的传变附加了延时环节，导致各间隔互感器的二次数据不具有同时性，无法直接用于保护装置计算。

所以智能变电站分散数据采样的数据同步是一个共性问题，所有跨间隔数据都存在这个问题，必须找到一个有效的方法解决数据采样同步问题。

2 同步问题解决方案

针对合并单元推广应用过程中遇到的数据同步问题，目前解决数据同步问题的方法主要有两种：插值重采样同步、基于外部时钟同步方式同步。

第一种解决方法的思路是放弃合并单元的协调采样，不依赖外部时钟，而严格要求其等間隔脉冲采样以及精确的传变延时，继电保护设备根据传变延时补偿和插值计算在同一时刻进行重采样，保证了各电子式互感器采样值的同步性。插值重采样算法目前比较成熟，其误差主要来自算法的影响。

第二种解决方法的思路是放弃对处理环节延时精确性的限制，采用统一时钟协调各互感器的采样脉冲，全部互感器在同一时刻采集数据并对数据标定，带有同一标号的各互感器二次数据，同样实现了数据同步性。该方式需要铺设独立的对时链路，容易受外部干扰和衰耗的影响。

3 现场测试方法

目前，智能变电站现场调试的主要方法是通过二次模拟采样输出设备在合并单元输入多组模拟采样，然后在保护测控等装置检查采样的幅值、相角与所加采样是否相同。

3.1 单间隔电压与电流数据同步的现场测试

对于单个间隔，如：单个线路、分段间隔，变压器某一侧等，可以通过实验设备在合并单元的二次输入端同时输入电压与电流采样，然后在保护或测控等装置上查看显示的幅值、相角与所加采样是否相同，如果角度不同，则说明数据采样没有同步，如果同步的话，必然没有相角的偏差。需要注意的是，此时的电压和电流必须由同一个实验仪器输出，这样的话电压与电流之间的角度才具有相互之间的参考基准。

3.2 多间隔采样数据同步的现场测试

对于多个间隔，如：母差保护、主变保护等，首先要检查每个间隔的电压电流采样是否同步，即由一台实验仪器输出电压和电流，在装置上检查幅值、相角与所加采样是否相同；其次再检查各个间隔之间的电压电流采样是否同步，即由一台实验仪器同时输出电压和电流，对多个间隔同时加交流采样，然后在母差保护装置或主变保护装置上查看显示的幅值、相角与所加采样是否相同。若多个间隔的合并单元不在同一地点安装，则需要使用较长的试验线或者电缆来加模拟采样，一定要保证多组采样是同时由一台试验仪器输出的。另外，对于变压器保护和母差保护等多间隔的保护，相位角度都需要有一个参考基准，如变压器保护是以高压侧A相电压为基准，母差保护是以Ⅰ母A相电压为基准，所以，在进行实验时，还需要多加上一组基准采样，便于比较。

4 存在问题及解决办法

按照上诉方法进行现场测试，如果装置显示的采样相角与在合并单元所输入的采样角度不相同，则一定是不同步的，但是，如果角度显示相同是否就一定同步呢？答案显然是否定的。

如果两个采样在时间延时上正好相差一个周波，如图1所示，其采样的相位显示上是看不出异常的，但实际情况确实是不同步。两侧采样正好相差360度，与相差0度在现场是区分不出来的。这样的话，如果这样的情况，仅仅凭借着现场调试设备是很难被发现的。在实际运行过程中，如果有很大的穿越性的短路电流，变压器的差动保护非常容易在第一个周波内误动作。如此一来，就需要我们能够找到一个方法来解决这个问题，避免保护误动作。

图1 采样延时相差1个周波的波形

设备厂家在对合并单元进行文件配置时，会对采样标注时标，用来保证采样的同步性，如此一来，现场调试人员就可以依据时标进行检查。但是，如果现场调试人员对时标一一进行检查的话，工作量是非常大的，工作内容也特别的繁琐，错误也不太容易被发现，而且由于不同厂家的配置软件不同，配置方法不同，现场调试人员要学会查看各个不同厂家的配置文件，难度也很大。所以，检查时标的方法可操作性并不是很强，我们需要一个通过实验来校验的方法，这样比较可靠。

目前，新建的智能变电站都配有故障录波器，我们也可以利用录波器的录波功能对采样的同步性进行检查，因为录波文件上直接就可以看到波形，所以看起来还是比较直观的，但是，因为一个周波只有20毫秒，想要捕捉到第一个周波的波形就需要多人配合，快速捕捉到第一个周波的波形。通过第一个周波内的两个采样波形就可以比较得出是否同步。

我们不难发现，存在多间隔采样的保护都是差动保护，如变压器差动保护，母线差动保护。当电流不平衡时就会产生差流，如果差流大于定值，保护就会动作，一般情况下，差动保护就非常灵敏的。我们就可以根据差动保护这一特点来校验同步问题。下面拿变压器保护为例：

在变压器做差动平衡时，将差压功能压板投入，电流大小大于差动定值，如果两侧采样同步的话，差动电流应该为零，差动保护不应该动作。如果两侧采样相差一个或整数个周波，差动保护就一定会在第一个周期内动作，因为一个周波时间为20毫秒，而差动保护最快动作时间一定小于20毫秒。这样我们就通过试验的方法校验的同步性，简单而且可靠。校验母差保护的校验方法同变压器差动保护。

5 结束语

现在，智能变电站已经大范围的推广开来，各种新设备新技术也不断出现，但是很多测试技术还仅限于实验室，在变电站的安装调试现场并没有相关的测试设备，这就需要我们利用我们已有的常规设备进行检测，我们要根据各个设备的特点来设计相关的试验。

参考文献

[1]冯军.智能变电站原理及测试技术[M].北京：中国电力出版社，2011.