智能變電站合并單元延時的檢測方法

王 策，鄭 楊

（國網浙江省電力公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

智能變電站智能設備中的MU（合并單元）是承擔智能變電站信息化、數字化、自動化、互動化任務的關鍵設備之一，是實現數字量采樣值傳輸的重要環節。數字量采樣值傳輸方式可采用組網模式或點對點模式，由于保護裝置應不依賴于外部對時系統實現其保護功能[1-2]，所以要求保護裝置采樣值采用點對點接入方式，采樣同步應由保護裝置實現，保護裝置應自動補償電子式互感器的采樣響應延遲。

采用點對點傳輸采樣值時，MU應輸出采樣值的響應延遲，如何檢測MU的采樣延時關系到繼電保護的正常運行。分析了目前普遍使用的延時檢測技術，提出了同時輸出模擬量和數字量的混合輸出測試合并單元延時的方法。

1 智能變電站二次信號采集方法及延時

常規變電站采用電磁式互感器，輸出模擬量二次信號經電纜直接接入間隔層設備，由保護裝置完成多路模擬量采樣。智能變電站的二次量接入由以前的模擬量接入改為經光纖的數字量接入。智能變電站的二次電壓、電流采集方式主要有以下幾種。

1.1 電子互感器+MU方式

采用電子式互感器，輸出的數字量采樣信號經過合并單元數據同步之后供保護裝置使用。合并單元到保護裝置的傳輸方式可采用組網傳輸模式或點對點傳輸模式，當采用組網傳輸模式時，合并單元輸出的數字量采樣值信號經以太網交換機共享至過程層總線，傳輸延時不穩定[3]。

電子式互感器的采集器內置采樣電路，直接將一次電壓電流量轉換為數字量，經光纖送入MU。多相采集器的多路數字量信號送達MU，由MU將多路數字信號同步并合并組合成1組數字信號送到測控、保護設備，如圖1所示。

圖1 電子互感器+MU方式

此種方式的信號總傳輸延時時間為：

傳輸延時=采集器采樣時間+采集器的數字信號輸出延時+MU接收延時+MU處理延時+MU報文輸出延時。

1.2 傳統電磁式互感器+MU方式

采用傳統的電磁式互感器，輸出的二次模擬量經電纜接入MU，MU多路同步采樣后經光纖送至測控、保護設備，如圖2所示。

圖2 傳統電磁式互感器+MU方式

此種方式的總傳輸延時時間為：

傳輸延時=MU采樣延時+MU處理延時+MU報文輸出延時

1.3 級聯方式

電磁式電壓互感器的二次電壓經電壓MU轉換成數字量送至下一級MU（如線路MU），后者對電磁式電流互感器的二次電流進行采樣，并與電壓MU過來的電壓數字量進行同步，組合成1組數字量送入測控、保護設備，如圖3所示。

圖3 級聯方式

這種方式的總傳輸延時時間為：

傳輸延時=上一級MU延時+同步處理延時+報文輸出延時。

2 智能變電站二次信號同步方法

2.1 相位誤差產生的基本原理

由于在信號傳輸各環節均存在延時[4]，而且由于不同信號所經歷的傳輸環節可能不同，因而各不同信號到達最終的測控、保護裝置時延時可能會不相同（如圖4所示），這直接導致了信號之間出現相位差。

2.2 相位誤差解決方法

圖4 信號傳輸環節延時

各MU廠家一般計算MU內部的固有延時，如采集信號的延時、內部處理延時、報文組織延時等后，通過同步法或插值法處理，在其報文傳輸時加上一定可設置延時時間。該延時時間即用于補足至與其他信號相同的延時時間，以彌補相位誤差。

假如n路信號傳輸至同一終端設備處時所需要的延時時間分別為t1，t2，t3，…，tn，其中ts最大，則其他信號將在其最后1級MU處增加調節延時′，使得：延時的調整均是在安裝調試時，根據現場實測的各信號實際延時，人工加上一定延時，最終通過試驗手段確保信號的相位同步，相位差為零。

這種調整方法顯然存在不足。如果測試手段不充分，可能產生較小的通道間相位差，這種誤差甚至大于一個周波。如某變電站的電壓MU級聯至電流MU時，由于軟件原因電壓滯后電流達20 ms，導致產生差流，保護誤動作。

3 MU延時的測試方法

3.1 用電子互感器測試儀測試MU延時

電子互感器測試儀對MU的延時的測試方式是：采用升流器或升壓器對MU施加電流或電壓，電子互感器測試儀測試該電流或電壓模擬量，同時接收MU輸出的數字報文，計算二者的角差和比差，即可得到MU的延時[5]，如圖5所示。

圖5 電子互感器測試儀測試MU延時

當采用外部施加穩態電流或電壓進行測試時，電子互感器測試儀不能直接控制電壓和電流，該方法不能形成閉環測試環境。并且1次只能測試1路信號，測量效率低，需要同時對電壓和電流和報文進行同步。

由于采取穩態信號測試，當模擬量信號和數字量信號存在整周波延時時，在電子互感器測試儀看起來是波形重疊的，會出現識別為相位差為零的情況，因此對于延時為整周波的情況此種方法可能無法測出相位差。

3.2 同時輸出模擬量和數字量測試MU延時

繼電保護測試儀（簡稱繼保儀）可以同時輸出模擬量和數字量，既能輸出模擬量電流電壓，也能輸出和接收光纖傳輸的數字量，完整地集成了MU測試功能。

繼保儀向MU直接輸出電壓和電流，同時接受MU輸出的報文進行解析，測量出二者的延時即為相位差。此種方法可形成閉環的測試環境，繼保儀可以直接控制電壓和電流的穩態輸出和暫態輸出，故可真正測試出MU的延時時間。

當模擬量信號和數字量信號存在整周波延時時，由于繼保儀可以施加暫態信號，可以在波形識別時明確觀察到波形起始沿，故可以準確計算真實時間延時，整周波延時可以完整測試出。

繼保儀能夠輸出6路電壓和6路電流，可以一次性將MU報文的所有通道的延時與比差測出，效率高。不需要借用升流器和升壓器，1臺設備可完成工作，極大提高了測試效率。

繼保儀具有多路光纖端口，可以將1個MU輸出的多路光信號同時接入，一次性將多路光信號的時間延時準確測出，既提高了測試效率，也可測試出多通道數字信號的相位離散性偏差。測試方式如圖6所示。

圖6 同時輸出模擬量和數字量測試MU延時

繼保儀內部同步控制輸出電壓和電流，同時接收MU輸出的報文并記錄報文時間，繼保儀以實際輸出的電壓和電流波形為參考，通過與報文波形進行計算得出MU的比差角差。由于以實際模擬量作參考，MU接收或不接收秒脈沖或B碼同步均能測試。

繼保儀測試先輸出3 s 0值，再輸出相應的電壓或電流，用測試儀輸出的階躍波形，與MU輸出的波形對比計算，即可測出其真實的延時時間。

4 現場試驗

按照3.2節中方法，在某220kV變電站進行MU延時測試。變電站中MU使用的是IEC 61850-9-2傳輸協議，數據為點對點傳輸。

表1中為測試所獲得的數據，其中角差1計算報文延時，角差2不計算報文延時。

表1 某220kV變電站MU延時檢測結果

圖7為測試獲得的合并單元B相輸入的電壓電流波形圖，B′表示繼保儀的信號輸出。

圖7 測得的B相電壓電流波形相位差

5 結語

準確檢測MU的延時對于智能變電站的正常運行至關重要，提出的同時輸出模擬量和數字量測試MU延時的檢測技術，使用繼電保護測試儀能在實際現場中方便實現，其多路輸出極大提高了測試效率，重要的是能準確計算真實時間延時，在MU延時檢測中能發揮重要的作用。

[1]Q/GDW 441智能變電站繼電保護技術規范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[2]Q/GDW 393110（66）kV～220kV 智能變電站設計規范[S].北京：中國電力出版社，2010.

[3]黃燦，肖馳夫，方毅，等.智能變電站中采樣值傳輸延時的處理[J].電網技術，2011，35（1）∶5-10.

[4]陽靖，周有慶，劉琨.電子式互感器相位補償方法研究[J].電力自動化設備，2007，27（3）∶45-48.

[5]劉紅利.數字化變電站繼電保護調試方案研究[J].北京：華北電力大學，2012.