浅析新型智能变电站继电保护跳闸实现方式

2016-04-19林明楷

河南建材 2016年2期

关键词：点对点延时报文

林明楷

福州万山电力咨询有限公司（350001）

浅析新型智能变电站继电保护跳闸实现方式

林明楷

福州万山电力咨询有限公司（350001）

通过全面分析保护点对点跳闸方式以及保护网跳闸方式的抗电磁干扰性能、稳定网络风暴能力和所配套的交换机在高负载处理性能，讨论了这两种方式的可靠性。对某国网试点的智能变电站的试验结果表明：在实际应用中，保护网跳闸更能满足继电保护的速度性要求。

智能变电站；继电保护器；点对点跳闸保护模式；保护网跳闸保护模式

目前，保护点对点跳闸和保护网跳闸这两种保护方式是主要的智能变电站保护跳闸方式。国家电网公司在智能变电站保护方面取得了初步进展，第一批、第二批智能变电站已经陆续投入生产。在不同的试运行中，使用了不同的保护方式。如电压达到建在浙江兰溪电压达到的500 KV的变电站采用的就是保护网跳闸方式。延安750 KV变电站则采用了点对点跳闸方式。

应当以何种方式实现智能变电站的继电保护存在不同观点。为了在实际工程应用中提供有力的理论和数据支持,帮助建设者选择最合适的方式。本文参照了国家电网公司提供的智能变电站第一、二批试点工程的测试实验结果以及国内已经投入运行的数字化变电站和智能变电站的运行情况，对两种继电保护方式进行了全面客观的分析，为现阶段选择最合适的继电保护方式，提出了合理化建议[1]。

1 保护跳闸方式的原理

点对点跳闸保护就是指所设置的保护装置通过独立的光纤与需要保护的智能终端建立连接，光纤作为传递信号的媒介，将保护跳闸的信号及时传递给保护装置，其余信号则通过交换机以网络传输的方式进行。保护网跳闸方式是指所设置的保护装置与需要保护的智能终端都与交换机相连，保护信号通过网络传输的方式传递给保护装置。

原理的不同决定了这两种保护方式的不同。由于保护点对点跳闸方式是通过光纤传递保护信号，所以这种保护方式比保护网跳闸方式增加了光缆。保护网跳闸模式不需要光缆，但是保护装置和智能终端都要与交换机直接相连，增加了中间环节（即交换机环节）。

2 两种跳闸方式比较

2.1 保护点对点跳闸方式的特点

保护点对点跳闸保护方式，通过光纤直连因此不需要网络传输保护信号，不需要交换机，省去了交换延迟的时间。但是在安装光纤的过程中需要接入多个光纤端口，熔点多，使用过程中容易发生事故，影响保护效率，增加人工维护的成本。另外，保护点对点跳闸方式散热较保护网跳闸方式多。这是因为保护装置的光口散热，并且中央处理器的散热也较保护网跳闸方式高。这样必然会加速装置的老化，从而增加了装置的不稳定性。由于保护点对点跳闸方式需要外加光纤，使得现场操作难度加大，增加了工程量，并在诸多环节上存在隐患,不利于事故原因的正确分析。最后设备维护量大，一个使用周期成本高。

2.2 保护网跳闸方式的特点

保护网跳闸方式不需要光纤传输保护信号，所以在安装过程中，施工较为简便，光纤接口远远小于保护点对点跳闸方式，因此减少了事故发生的概率，并有利于找到正确的事故原因。当然保护网跳闸方式也有其弊端，这表现在保护网跳闸方式需要交换机处理信号，使得网络跳闸存在延迟。

在国家规定的智能变电站管理规范中，智能变电站应尽量实现变电站管理的数字化、信息化。因此采用网络传输的方式更加符合我国建设智能变电站的理念和发展规划，符合未来的变电站保护技术潮流。本文将着重分析保护网跳闸方式的可靠性及其伴随的延迟问题。

3 保护网跳闸模式的可靠性分析

由于保护网跳闸方式是以交换机传输保护信号，任何能够影响交换机稳定性的因素都会影响保护网跳闸方式的可靠性。交换机出现故障的最大概率就是交换机丢包。造成交换机丢包的原因有很多，其中最常见的是电磁波的干扰、网络波动造成的交换机不稳定性和交换机自身处理数据能力的不完善。为了增加交换机的稳定性，就应当从这三个方面入手。

为了提高交换机的电磁波稳定性，所选用的交换机应经过严格测试和调试。必须经过KEMA认证，通过电磁干扰检测、静态震动测试，保证交换机质量可靠，使变电站在恶劣的环境下不仅能够运行，还要能够稳定运行，确保智能变电站绝对的安全与稳定。

网络波动的原因有很多，分析起来较为复杂。首先，网络波动可能是因为某个装置出现故障，导致报文的错发、多发。遇到这种情况，即使使用保护点对点跳闸方式也不能正常运行。其次，当不法装置接入网络时，交换机会发出未知播放地址的报文，这是交换机对自身的一种保护。最后，网络有时会出现大量异常信息，这时将交换机的端口速率进行适当调节可以维持交换机的稳定性。

交换机工作繁忙时，必须具备处理高负载数据的能力。改进交换机的处理模式，可有效降低交换机的延迟。目前，大部分交换机采用的都是存储/转发模式，这一模式能够保证交换机在高负载的情况下，也不会有明显的延时。现在选用的网络一般为采用双网结构，也就是说当其中一个网络不能正常运行的情况下，保护机制都能正常启动。

综上所述，保护网跳闸方式可以有效地执行继电保护功能，安全可靠。

4 保护网跳闸方式的延时性分析

为了计算保护网跳闸方式的延时，首先要了解报文的的传输过程。当发送方将数据上传到传输站时，报文的传输就开始计时了。当接收方从传输站取出上传的数据时，传输过程完毕，报文传输计时结束。在这个过程中,出现的延时有报文发送延时和网络传输延时[2]。

4.1 报文发送延时分析

报文发送延时的产生主要是因为装置的通信处理器需要一定的时间反应并处理报文。根据国家试点测试，装置的每个端口要正确处理报文的时间约为25微秒，并且叠加。也就是说，当第一个数据处理端口的延时为25微秒时，在经过第二个处理后，就得再经过一个25微秒。

4.2 网络传输延时

造成网络延时的因素也有很多，主要有交换机存储延时和交换机交换延时。由于目前交换机采用的是存储交换模式，所以交换机在存储并转发数据时，会发生延时。

在交换机发生交换的过程中，交换机的交换延时通常为固定值。这个值与交换机芯有关。现在工业上一般的交换延时不会超过10微秒，这为交换机的高效运转提供了可靠保证，有力支持了智能变电站的安全高效运行。另外，光缆传输也会造成延时，这个值相对来说比较好计算，粗略等于光缆长度除以三分之二的光速。例如，当光缆长度为1 000米时，光缆传输造成的延时约为5微秒。

在实际使用过程中，交换机在机帧的排队过程中也会产生延时。以太网交换机为了解决这个问题，采用了队列结合的方式来存储转发报文。这种方式虽然巧妙地消除共享模式中的以太网中所需要解决的帧冲突现象，但是能够及时处理重要数据帧。人们引入了数据帧优先机制，也就是说在筛选重要的数据帧时，必然要占用一部分时间，造成延时。