智能变电站扩建间隔合并单元同步测试方法研究

罗志平，张立志

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410014)

智能变电站扩建间隔合并单元同步测试方法研究

罗志平，张立志

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410014)

介绍了智能变电站合并单元数据同步方式，分析了不同数据同步方式下合并单元同步性测试存在的问题，提出了一种在智能变电站新间隔扩建中合并单元测试数据同步性的方法，该方法利用合并单元检修机制、电压切换功能隔离测试设备与运行设备，解决了智能变电站母线不停电进行间隔合并单元同步测试的问题。

智能变电站；合并单元；采样数据同步；同步测试；电压切换

随着智能电网的发展，电子式互感器的应用逐渐增多。但由于目前电子式互感器技术尚不成熟，在运行中其故障率远高于传统互感器，因此国内智能变电站主要采用常规电流互感器加合并单元的方式。合并单元将模拟量转换为数字量，并按照IEC61850－9－2/FT3的格式向二次系统装置传送电流电压值。做为智能变电站间隔层和站控层设备的数据来源，合并单元作用十分重要，合并单元的性能指标在相关的电力行业标准中已有明确规定，其性能的优劣直接影响到保护、测控、计量等。

考虑到保护的可靠性，220 kV及以上的保护不依赖外部时钟，保护装置通过插值计算实现采样值的同步〔1〕，因此合并单元必须计算出采样值从合并单元输入至其输出之间的延时，并以 “额定延时”通过采样值的一个数据通道传输给保护装置。保护装置通过额定延时将采样值还原到其一次的发生的真实时刻，以实现间隔采样值的同步〔2〕。合并单元数据上传采用组网方式时，需要能够接收外部时钟同步信号来实现多个合并单元之间的同步采样，同步方式宜采用IEC61588对时方式〔3〕。根据技术规范要求，国内智能变电站保护与合并单元连接采用点对点方式，由保护装置实现采样值同步；测控装置与合并单元连接采用组网方式，由合并单元根据外部时钟实现采样同步。

文中对500 kV，220 kV智能变电站合并单元数据同步方式进行了介绍，根据不同的数据同步方式分析合并单元同步性现场测试存在的问题，提出对变电站新扩建间隔合并单元进行数据同步性测试的方法，并对现场执行的安全措施进行了研究。该方法利用合并单元检修机制、电压切换功能对测试设备与运行设备的信息流进行隔离，实现了智能变电站母线不停电情况下进行间隔合并单元的数据同步测试。

1 采样数据同步方式

1.1 间隔合并单元采样数据的同步

智能变电站间隔技术实施方案如图1所示，母线TV合并单元电压量通过间隔合并单元传输至保护装置。因此，间隔合并单元传输给保护装置的电压、电流量必须为同一时刻的采样，其同步性能对方向元件和距离元件有直接的影响。母线TV合并单元自带延时信息发送给间隔合并单元，间隔合并单元依据延时通过插值重采样对电压采样进行调整，实现本间隔电流与接收到的电压数据同步。

图1 220 kV线路间隔实施方案

1.2 多间隔点对点采样数据的同步

间隔合并单元自带延时信息发送给间隔层保护装置后，母线保护装置 (见图2)依据该延时信息对采样时标进行调整，然后通过插值重采样实现多间隔之间的数据同步〔4〕。对于线路差动保护，常采用调整采样时刻法或调整采样序号的方法实现两侧数据的同步〔5－7〕。对于保护装置而言，这种分布式采样同步方式引入了合并单元、保护装置多个环节的误差，其同步效果对差动类保护、方向元件和距离元件的精度有直接的影响。因此，现场需要对多间隔之间的同步性能进行系统的测试。

图2 母线保护实施方案

1.3 组网方式采样数据的同步

合并单元传输采样值采取组网方式时，当采样数据经过交换机传输后，由于交换机的数据存储转发环节增加了传输延时，并且该延时受到报文大小和网路工况的影响，造成传输延时存在不确定性。由于采样脉冲由合并单元控制，此时可以采用外时钟同步法，将所有间隔合并单元的采样脉冲拉至同步，保证所有间隔在同一时刻进行采样。

2 数据同步测试问题

对于接收合并单元电流、电压采样数据的保护装置来说，电压、电流数据的不同步，会影响保护方向元件和距离元件的正确判断；对于接收跨间隔合并单元采样数据的保护装置，如母线、变压器保护等，不同步的电流采样数据用于保护计算将没有意义，并且会出现一定的计算差流，严重时将影响保护的可靠运行〔8〕；组网方式接收采样数据的装置，如500 kV线路测控装置等，根据不同步的数据计算出的线路功率值是不准确的。因此，智能变电站调试必须要对合并单元的传输延时、数字量角度误差和失步再同步性能进行测试〔9〕。

在500 kV间隔扩建时，3/2接线由不完整串扩建为完整串，新增电流合并单元、线路 (主变)电压合并单元各1台。图3给出了500 kV线路间隔各合并单元链接回路图，500 kV母线电压合并单元级联至线路电压合并单元，线路电压合并单元将母线单相电压与线路间隔三相电压采样数据同步后，由单独的链路上传至保护、组网交换机，与电流合并单元无级联关系。因此，合并单元同步测试包括线路电压合并单元母线电压与线路电压数据同步测试、电流合并单元同步测试 (线路保护、母线保护)以及线路测控装置采样失步再同步测试。由于母线电压合并单元为运行设备，与新扩建线路电压合并单元数据同步测试要做好相应的安全措施，避免影响到其他运行的断路器保护。

图3 500 kV线路测控技术实施方案

220 kV，110 kV扩建单个间隔合并单元调试，需要测试电流和电压间的数据同步性，验证合并单元数据传输延时处理的正确性。试验时母线TV合并单元与间隔合并单元级联，现场给母线TV合并单元、间隔合并单元加相同相位的电压和电流量，测试间隔合并单元输出的电流电压的数据同步。由于母线TV合并单元为公用单元，在母线不停电时，给母线TV合并单元加电压量会影响到其它间隔电压数据的采样。尤其是，如果退出110 kV母线TV合并单元通入模拟量，将会造成110 kV线路所有间隔失去距离、零序主保护，保护无方向性。因此，对于220 kV，110 kV间隔合并单元，如何在不影响运行间隔保护的基础上实现电压电流同步性的测试，是间隔扩建合并单元调试工作的难点。

3 数据同步测试方法

智能变电站由于将二次电流、电压的采集和数模转换前置到了合并单元，然后再从合并单元通过SV报文方式上传给间隔层的保护及测控装置。检修设备与运行设备是通过信息隔离的方式进行。智能变电站二次设备设置有检修压板，当合并单元装置投入 “检修压板”后，其发送的SV报文中采样值数据的品质q的Test位置True。SV接收端装置将接收的SV报文中的Test位与装置自身的检修压板状态进行比较，只有两者一致时才将该信号用于保护逻辑，否则应不参加保护逻辑的计算。表1给出了母线TV合并单元、间隔合并单元和保护装置三者的检修压板不同状态下，保护装置接收SV报文数据的有效性。

表1 合并单元与保护装置检修压板配合

表1可以看出，投入合并单元检修压板，可以将合并单元的采样值置无效。因此，可以采取投入合并单元检修压板的方式，隔离合并单元与各间隔保护装置之间的信息流。

3.1 500 kV扩建间隔合并单元数据同步测试

3/2接线由不完整串扩建为完整串，施工过程中间断路器停电。基于智能变电站的合并单元检修机制，提出表2所示的500 kV扩建间隔合并单元测试的安全措施。

表2 500 kV扩建间隔合并单元调试的安全措施

500 kV母线TV合并单元电压采样数据上传至断路器保护、测控装置，用做断路器手动合闸的同期判据。表2所列安全措施中投入母线TV合并单元检修压板，断路器保护装置的母线电压采样数据无效，对采用单重方式的断路器保护功能无影响。

线路间隔的合并单元同步测试、电压合并单元同步测试、线路测控装置数据同步测试的试验接线如图4所示。

图4 500 kV新增间隔合并单元数据同步测试接线

线路间隔的合并单元同步测试:中、边TA合并单元加同相位电流模拟量，观察保护装置的同步角度误差应不大于3°；施加穿越性负荷电流，施加的电流不大于差动启动值使差流平衡模拟正常运行，然后同时突增电流远大于启动电流模拟区外穿越性故障，检查线路差动保护动作情况是否正确。

电压合并单元同步测试:采用继电保护测试仪给母线TV合并单元、线路电压合并单元同时加模拟量，电压间角度按0°，90°，270°变化角度，通过读取线路保护装置采样检查角度误差不大于3°。

线路测控装置失步再同步测试:中、边TA合并单元加同相位电流模拟量，将电流合并单元的外部对时信号断开，过30 min再将外部对时信号接上，检查线路测控装置采样电流值是否为中、边TA合并单元和电流值。

3.2 220 kV扩建间隔合并单元数据同步测试

220 kV母线TV合并单元投入检修压板，其他运行间隔的电压采样无效，线路间隔闭锁距离、零序保护，主变间隔闭锁后备保护，各间隔保护的差动主保护未退出运行。因此，可以采取投入母线TV合并单元检修压板的方式，隔离TV合并单元与各间隔保护装置之间的信息流。220 kV母线TV合并单元采用双重化设计，两套合并单元相对独立，扩建间隔合并单元电流、电压数据同步测试采取逐套退出TV合并单元方式。表3列出了220 kV扩建间隔合并单元测试的安全措施。

表3 220 kV扩建间隔合并单元调试的安全措施

新增间隔合并单元数据同步测试的试验接线如图5所示，采用继电保护测试仪给母线TV合并单元、新增间隔合并单元同时加模拟量，电压、电流间的角度按0°，90°，270°变化角度，通过读取线路保护装置采样检查角度误差不大于3°。

图5 220 kV扩建间隔合并单元数据同步测试接线

220 kV母线保护的新增间隔合并单元测试结合母线停电接入时进行〔10〕，继电保护测试出来的延时应与母线、线路保护SV报文中的额定延时误差不超过20 μs。对于220 kV线路差动保护两侧数据的同步测试，文献 〔11〕提供了一种基于同步时钟的同步整组测试方法。

3.3 110 kV扩建间隔数据同步测试

220 kV智能变电站的110 kV线路保护、间隔合并单元为单套配置，而110 kV母线TV合并单元配置2套，目的是配合主变保护的双重化配置。一般是将第一套母线TV合并单元级联至110 kV线路间隔合并，如果采取与220 kV扩建间隔合并单元相同的测试方法——投入合并单元检修压板，将会造成110 kV所有间隔线路保护失去距离、零序主保护。因此，为避免110 kV线路保护无主保护运行，必须保证母线TV合并单元正常运行。

110 kV间隔合并单元能够通过GOOSE接收母线刀闸的位置，然后根据位置进行电压切换后输出，切换后的母线电压数据再与电流数据进行同步处理。利用此功能，可以将Ⅰ，Ⅱ母电压采样数据在间隔合并单元隔离。因此，110 kV新增间隔合并单元电压、电流数据同步测试可以采取如下方法:将110 kV线路、主变间隔全部置Ⅰ母运行，腾空Ⅱ母；110 kV新增间隔合并单元Ⅱ母刀闸位置置 “1”。安全措施见表4:

表4 110 kV扩建间隔合并单元调试的安全措施

新增间隔合并单元数据同步测试的试验接线如图6所示，采用继电保护测试仪给110 kV母线TV合并单元的II母电压输入回路、新增间隔合并单元同时加模拟量，电压、电流间的角度按 0°，90°，270°变化角度，通过读取线路保护装置采样检查角度误差不大于3°。由于母线TV合并单元母联合位无开入，Ⅰ，Ⅱ母电压处于解列状态，110 kV运行间隔在Ⅰ母，保护电压为Ⅰ母数据。因此，给母线TV合并单元的II母输入回路加模拟量不会影响到运行线路保护电压采样，为避免母线保护长期发电压开放告警信号，试验时电压模拟量可以加三相平衡正常电压。

图6 110 kV扩建间隔合并单元数据同步测试接线

4 结语

智能变电站中合并单元数据同步主要涉及:同一间隔三相电流、电压采样之间，变压器差动保护、母线保护的跨间隔，500 kV线路保护中、边TA之间数据采样同步以及线路纵差保护线路两端数据采样同步。文中对合并单元同步方式进行了简介，针对智能变电站扩建间隔的合并单元同步测试重点，提出了利用合并单元检修机制、电压切换功能实现数据同步测试方案，该方案有效地隔离了测试设备与运行设备，很好地解决了智能变电站不停电进行间隔合并单元同步测试的问题。该方案能安全可靠地测试500 kV，220 kV以及110 kV电压等级间隔合并单元，可用于智能变电站扩建、间隔合并单元升级的同步功能测试。

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Study on merging unit synchronization testing method in the expansion project of smart substation

LUO Zhiping，ZHANG Lizhi

(State Grid Hunan Electric Power Corporation Maintenance Company，Changsha 410014，China)

This paper introduces the smart substation merge unit data synchronously，analyzes the different data synchronization mode merge unit synchronization test problems，puts forward a new interval extension of intelligent substation merge unit test data synchronization method.The method using merge unit maintenance mechanism and the isolation voltage switching function test equipment and operation，work out synchronization test problems of smart substation bus of merge unit with power.

smart substation；merge unit；sampling data synchronization；synchronous test；voltage switching

TM933

B

1008－0198(2016)06－0021－05

10.3969/j.issn.1008－0198.2016.06.006

罗志平(1977)，男，湖南长沙人，工程师，学士，主要从事继电保护专业技术及管理工作。

2016－04－06 改回日期:2016－05－09

张立志(1982)，男，湖南长沙人，工程师，硕士，主要从事继电保护专业技术工作。