智能化變電站保護及過程層組網試驗研究

周家旭，張延鵬

(東北電力科學研究院有限公司，遼寧 沈陽 110006)

通過實驗室過程層組網試驗，對智能化變電站過程層網絡三網合一技術可行性進行驗證，同時對保護及交換機互操作性進行試驗研究。試驗的一次系統模型為500 kV一個半斷路器接線形式，二次系統組網為SMV、GOOSE、1588同步對時三網合一形式。本次試驗側重于過程層網絡性能試驗，由3個不同交換機廠家進行二次組網。試驗模型如圖1所示。

1 試驗內容

1.1 GMRP組播協議穩定性試驗

a. 模擬區內、外故障

區內故障時保護可靠動作;區外故障時保護可靠不動作。圖2為區內故障時的錄波圖。

b. 交換機動態刷新組播列表檢查

將交換機leave all timer設置為10 s，leave timer時間設置為3 s。GMRP組播正常運行。通過交換機管理后臺檢查，各裝置 (保護、故障錄播、智能單元)可以動態的join in組播列表。隨著連接斷開，交換機可以斷開未發送的join in的裝置。

c. GMRP長時間拷機試驗

在上述組網方式下，進行12 h拷機試驗。GMRP組播協議穩定運行，未發生丟失數據包現象。

1.2 IEEE1588網絡對時試驗

a. 交換機同步誤差試驗

合并單元經三級交換機與時鐘相連，通過示波器檢查合并單元的同步性，監視1 min，同步誤差小于100 ns。IEEE1588同步對時，經過交換機帶來的同步誤差小于100 ns(見圖3)。

b. 時鐘切換試驗

①主鐘優先級為0，從鐘優先級為100。將主鐘優先級調至120后，合并單元自動進行時鐘切換。

②模擬系統A相故障時保護可靠動作。時鐘切換之后不影響系統性能。切換。合并單元恢復同步過程中不失步。

圖3 經三級交換機級聯主鐘與合并單元之間的同步誤差

④模擬系統A相故障時保護可靠動作。

在時鐘切換過程中如果主鐘、從鐘偏差過大，主鐘切換至從鐘時合并單元會短時失步。考慮雙網運行系統仍然有保護存在。從鐘切換至主鐘時合并單元不會短時失步，并且時鐘切換后不影響保護性能。

c. 時鐘階躍試驗

在時鐘設置中模擬時鐘階躍10 s，合并單元在短時失步后恢復同步;在時鐘設置中模擬時鐘階躍24 h，合并單元在短時失步后恢復同步。

1.3 大背景流量下網絡性能研究

a. 大背景流量長時間拷機試驗

在上述組網方式下，利用FLUKE網絡設備加入70 Mbps背景流量，進行12 h拷機試驗，GMRP組播協議穩定運行，未發生丟失數據包現象。

b. 大背景流量下時鐘試驗

在上述組網方式下，利用FLUKE網絡設備加入70 Mbps背景流量，進行主鐘、從鐘切換試驗，試驗結果同上述未加背景流量條件下的試驗結果;利用FLUKE網絡設備加入70 Mbps背景流量，斷開、恢復時鐘連接，試驗結果同上述未加背景流量條件下的試驗結果;利用FLUKE網絡設備加入70 Mbps背景流量，進行時鐘階躍10 s、階躍24 h試驗，試驗結果同上述未加背景流量條件下的試驗結果。

c. 大背景流量下系統同步特性

在上述組網方式下，利用FLUKE網絡設備加入70 Mbps背景流量，時鐘經三級交換機與合并單元級聯條件下，合并單元與主鐘之間同步誤差為100 ns。

1.4 互操作性試驗

a. 不同保護廠家之間的互操作性試驗

由不同廠家的保護、合并單元、智能單元進行二次組網，并進行以下試驗。

區內故障可靠動作，區外故障可靠不動作;

合并單元斷開連接，保護報“通道異常”或“狀態字異常”，保護可靠閉鎖;

系統時鐘連接斷開合并單元失步，保護報“合并單元失步”或“狀態字異常”，可靠閉鎖;

采集器斷開連接，合并單元將報文“品質因素”至無效，保護裝置報“TA斷線報警”或“狀態字異常”，并閉鎖保護;

模擬TA斷線，保護可靠報“TA斷線”。

b.不同交換機廠家之間的互操作性試驗

3個不同廠家的交換機配置如表1所示。

表1 不同廠家交換機配置

由3個不同廠家交換機共同組網，試驗中發現系統有丟包現象。主要原因為不同交換機廠家的技術體系不兼容。故不同廠家之間的互操作性不滿足要求，工程實踐中不宜采用多個廠家交換機互聯。

2 結論

a. 試驗室環境、上述組網方式下，三網合一技術可行，合并單元、交換機、保護裝置可以滿足三網合一運行要求。

b. 在12 h拷機試驗中同一廠家的交換機組網下，GMRP組播協議可以穩定運行、動態的刷新組播列表。同時在GMRP組播協議下，系統區內故障保護可靠動作，區外故障可靠不動作。

c. IEEE1588網絡對時協議用于過程層網絡，經過三級交換機帶來的同步誤差小于100 ns，可以滿足網絡對時要求，不影響網絡的可靠性。

d. 在大背景流量 (700 Mbps)下，GMRP協議和IEEE1588協議在各廠家交換機網絡下穩定運行。

e. 三網合一條件下，不同廠家的保護、合并單元、智能單元之間可以進行互操作，但不同廠家的交換機不宜進行互操作。

[1]高 翔.數字化變電站應用技術[M].北京:中國電力出版社，2009.