智能变电站合并单元现场测试技术研究

王新宇，吴　谦，周立龙（国网四川省电力公司检修公司，四川 成都 610000）



智能变电站合并单元现场测试技术研究

王新宇，吴谦，周立龙（国网四川省电力公司检修公司，四川 成都 610000）

合并单元是智能变电站数字化信息传输的保障与基础，它承担着一次设备参量与间隔层装置的精确信息传输功能。现如今，电力行业的标准规范仅仅给出了合并单元应该具有的性能指标与要求，并没有对合并单元的性能指标的具体测试方法进行说明。本文在综合探讨合并单元性能指标的基础之上，提出了合并单元同步性能现场测试必要性以及合并单元主要的功能模块，并重点探讨了与电子互感器及其数据接口测试技术。

只能变电站；合并单元；现场测试技术

1　引言

智能变电站是智能电网的重要组成部分，是实现能源转换和控制的重要平台。随着智能变电站进入全面建设和深入应用阶段，迫切需要对智能变电站设备测试模式和方法进行深入地总结，并不断探索出高效、准确、便捷的测试新方法，以满足智能变电站大规模建设和安全运行的要求。合并单元是智能变电站中计量、监测、保护、控制系统的组成部分。同步采集多路电压、电流互感器二次值是合并单元的主要功能，同时还要按照一定格式对采样值进行打包处理，然后输出给二次计量、测量、保护设备，数字化电信号采集系统由互感器+合并单元完成。

2　合并单元现场测试指标

合并单元的形式需要在试验当中对其工作电源、工作环境以及绝缘性等内容开展专项的测试，不需要在工程现场反复进行，仅仅需要设备供应商给出相应的型式试验报告就可以，但是对于合并单元的同步性与精准度两个方面的性能指标仍然需要在现场开展复检，进而获取到合并单元格性能指标的第一手资料。因为合并单元的精准度测试应该通过专业的机构进行，所以对该方面进行研究，对于合并单元同步性能指标的现场试验给出解决方案，能够很好的引导工程现场的测试。

3　合并单元同步性能现场测试必要性

合并单元作为一种智能变电站的过程层设施，重点是针对于数字化输出的电子式互感器来定义的。但是现如今也广泛的应用在传统互感器的变电站，它的主要功能是同步收集三相电流与电压信息，并且依照相应的格式汇总并输出到二次保护控制设备。在电力系统的应用当中，每一路模拟量采样值在同一时刻是跨间隔的保护与测量算法精准度的前提条件。合并单元装置时间的同步性是多间隔合并单元取样同步的基础，它能够影响到变电站二次设备是否可以精准、可靠的运行，同时如果当合并单元的外授时信号短时间丢失之后，合并单元应该具有一定的守时功能，以此确保合并单元在在外授时信号抖动或是短时间中断的时候工作的可靠程度，因此，合并单元的时间同步准确度与守时精确度一定要在施工现场开展测试，以保证合并单元工作的精准性。

4　合并单元主要的功能模块

合并单元可分为3大模块：基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）技术的数据还原模块，基于数字信号处理技术的数据处理模块，基于IEC61850-9标准的数据输出模块，时间同步模块。另外，考虑到电子互感器的使用情况，在一段时间内合并单元还应具备与传统TV、TA接口的模数转换模块。

4.1时间同步模块

合并单元同步模块主要包括以下3个功能：准确可靠地识别信号；给A/D转换器发送高精度的同步信号；异常情况处理。在智能变电站中，二次保护、测量设备都要求各路信号采样值是同一时刻的数据用来计算。所以当多个合并单元提供的电流、电压给一个二次保护设备需要时，必须解决不同合并单元之间的同步问题；特别对于跨间隔的应用如差动保护，合并单元的时间同步非常重要。实际上，对于计量、保护的电流、电压同步采样的精度，各有明确要求。

4.2数据处理模块

合并单元同步信号以后，送入数据处理模块中将数据正确排序，完成一系列复杂协议的处理。数据将首先被打上时标，之后会按照一定的形式在储存器中组织存放，最后根据标准的要求对其进行预处理。

4.3数据输出模块

在实现输出时，该模块将各路采样值数据进行组帧并发送给保护、测控设备。IEC60044-8是基于FT3格式的曼彻斯特编码发送，IEC61850-9是基于以太网的通信标准，前者传输速率为2.5Mbps，后者速度可达100Mbps实现数据传输。因为以太网良好的稳定性且速度快。大多合并单元选择基于IEC61850的以太网络通信技术。

5　与电子互感器及其数据接口测试技术

5.1与电子互感器接口测试

在工程的实际应用当中，电子互感器跟合并单元大多数是由不同的厂家提供，所以二者之间能否正常连接工作、采集器出现故障的时候合并单元是否可以准确实时的反映十分关键，其测试的内容重点包含连接测试以及在采集器产生故障的时候合并单元的输出测试。连接测试重点体现它能否正常与电子互感器相互连接，连接之后各种类型的信号是否可以正常接收；故障时测试重点体现它能否在采集器发生故障的时候确保它的数据输出能否正常。

连接测试：利用具备标准FT3格式输出的采集器产生故障或者是曼彻斯特编码格式输出的采集器连接合并单元的信号输入端，利用IEC61850报文分析设备检验合并单元是否可以正常进行输出工作，各路品质因素是否正常，借此来判别采集器与合并单元是否能够正常工作。

模拟采集器异常，对合并单元输出进行检查。

把采集器跟合并单元的连接线断开，如果具备一定的条件，可以采取采集器厂家的配置工具把另一个采集器状态字设置无效，利用IEC61850报文分析工具获取到合并单元的输出状况，检验器品质因素是否正常。在正常连接的时候，合并单元输出与输入分析正常，而如果采集器发生一些故障的时候，从它的输出报文能够分析得到，其仍旧可以确保正常的工作，如果当采集器产生全部故障的时候，能够从输出报文分析得到其是不能正常工作的，这样一来该合并单元就需要退出运行。

5.2与测量、控制及保护设备接口功能测试

与测量、控制以及保护设备的接口功能测试重点包含功能测试以及性能测试。前者指的是合并单元输出到测量、控制以及保护设备的报文需要严格遵守IEC61850-9-2，后者指的是采样值精度、传输延时与报文之间时间间隔的离散性等等。

5.2.1采样精度验证

验证在跟电子互感器接口通信的环境之下，合并单元输出的采样值数据能否精准、是否可以满足数字化变电站二次保护控制单元对于采样精准度的规定。尤其是在工程的实际应用当中，电子互感器与合并单元或许是由不同的厂家提供，所以应该在现场进行该项测试。采样精度测试所选取的分析仪为NT702电子互感器稳态校验设备，GPS时钟为许继的DGPS时钟设备以及北京波形BBS-3/TITANM612。另外选取标准升压变压器、标准CT与标准PT、电流回升器。以CT的测试为例子进行简介，把两个基准CT同时连接到二次回路当中，两个基准CT具备一样的特性，把基准CT1输出的值作为参考，与此同时，将基准CT2采集器输出的值传送给合并单元，在测试分析仪当中把两路数据进行对比，进而得到它们的幅值与相位误差。

5.2.2数据延迟时间测试

该项测试可以用来检验合并单元在发送报文传输到测量、控制以及保护装置设施的时候所占据的最长时间。该项测试所选取的同步对时设施是许继的DGPS时钟设备与北京波形BBS-3/TITANM612，测试设备为NT702电子互感器稳态校验设备在数据延时测试当中GPS对时设备同时向合并单元以及测试设备发出时钟信号，而测试设备记下这个时刻，合并单元经过光纤以太网，通过9-2LE帧格式直接把报文传送到测试设备（不经过交换机）。一旦测试设备接收到了合并单元的整秒时刻（GPS时标当中毫秒是0）传送来的采样数据包，然后读出当前的GPS时标当中的时间信息，把两次的时刻相减，就可以得出传送延迟的时间。把多次传送的延迟时间值取平均值，就可以得到采样数据包的传送延迟时间。

5.2.3报文输出时间离散性测试

合并单元采样值传送间隔离散值应该低于10μs，输出离散性测试的目的在于对合并单元的采样值传送间隔值进行统计，以此来验证能否满足智能变电站保护技术规范当中发送离散值低于10μs的规定。为了保证网络分析仪时间的高度精准应该外接GPS。因为报文输出的时间离散性是与同步基准有联系的，因此应该在接入同步与失去同步这两种状况之下对报文输出的离散性开展测试工作。连接好相关设备之后，让其系统正常运行，利用网络分析仪的数据获得测试结果，这个时候合并单元以外部时钟为同步的基准。断开合并单元的GPS脉冲输入，在系统正常运行之后，利用网络分析仪的数据获得测试结果，这个时候合并单元是利用本身内部的晶振来实现同步。

6　结语

综上所述，随着我国社会经济与科学技术的不断发展，智能变电站的建设工作也在全面展开，合并单元的同步性能已经成为将来限制智能变电站的重要课题之一，这同样也是变电站验收的重要环节之一。本文提出了合并单元时间同步精度以及守时精度测试方法，希望能够给现场的运行工作人员提供该方面的测试依据，进而给我国智能变电站建设的发展贡献自己的力量。

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王新宇（1989-），男，本科，主要从事智能变电站保护合并单元工作。

TM63

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2095-2066（2016）16-0069-02

2016-5-19