淺談智能變電站繼電保護跳閘實現方式

王丹

摘要：文章首先對智能變電站繼電保護跳閘方式原理進行介紹，然后分析了智能變電站繼電保護兩種跳閘方式，最后在兩種跳閘方式分析比較的基礎上對智能變電站繼電保護網跳閘可靠性以及延時進行了相應研究，希望可以給相關人士提供一定的借鑒。

關鍵詞：智能變電站；繼電保護；跳閘方式；報文發送延時；網絡傳輸延時 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM734 文章編號：1009-2374（2015）36-0118-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.36.058

1 智能變電站繼電保護跳閘方式原理

1.1 智能變電站保護點對點跳閘方式

這種保護跳閘方式主要是為了保護裝置到智能終端間通過獨立光纖進行有效連接，并且有效保護跳閘信號能夠通過這一直達光纖進行傳輸，別的信號能夠接到過程層交換機運用網絡進行傳送。

1.2 智能變電站保護網跳閘方式

這種保護跳閘方式主要是保護裝置和智能終端都接入到過程層的交換機之中，對跳閘等一切GOOSE信號進行保護，使這些信號都能夠運用網絡繼續傳輸。

1.3 兩種保護跳閘方式的主要區別

就接線形式而言，智能變電站保護點對點跳閘方式較之保護網跳閘方式多出了跳閘光纖；就跳閘模式而言，智能變電站保護點對點跳閘方式所得出的跳閘報文主要是運用直達光纜來進行傳輸，不存在任何中間環節，但是智能變電站保護網跳閘方式所得出的跳閘報文往往需要運用交換機來進行傳輸。

2 智能變電站繼電保護跳閘方式比較

2.1 智能變電站保護點對點跳閘

（1）不需要網絡方式進行傳輸，不需要經由交換機，不會產生交換延時問題；（2）熔點多、光口多，容易發生各種故障；（3）CPU以及裝置光口的發熱量都加大，而且設備老化速度加快，使得設備故障發生率大大提高；（4）硬件多，使得工程現場施工量大大增加；（5）難以進行故障分析；（6）機械設備維護有較大工作量，設備全壽命周期所需造價加大。

2.2 智能變電站保護網跳閘

（1）光纖熔接點數量較少，使得故障的接點也相對較少；（2）光纖的敷設數量較少；（3）便于開展故障分析工作；（4）網絡跳閘交換機會有一定的延時現象

存在。

在智能變電站技術規范中相關要求表明，信息共享標準化、通信平臺網絡化以及全站信息數字化等是智能變電站的基本要求。通過網絡化傳輸方式與智能變電站建設的目的與未來技術發展方向更加符合。所以，本文會對智能變電站繼電保護網跳閘的可靠性與延時等問題進行重點分析。

3 智能變電站繼電保護網跳閘可靠性分析

一般而言，交換機丟包是對智能變電站繼電保護網跳閘可靠性造成影響的主要因素。導致交換機丟包的可能性主要有三種，分別是電磁干擾、網絡風暴以及交換機處理能力弱。下面分別就這三個方面進行簡要分析：

3.1 抗電磁干擾能力

智能變電站繼電保護網中過程層交換機都需要通過KEMA（所謂的KEMA就是指在全球范圍中進行電力行業產品測試、咨詢以及認證的一家權威機構）的相關認證，根據國家電工委員會IEC相關標準要求，運用電磁輻射、抗電磁干擾以及靜態振動等測試，使得智能變電站在惡劣環境下的穩定運行得以有效保證。

3.2 抑制電網風暴能力

一般而言，產生電網風暴的原因主要包括：（1）若某一裝置出現異常，就會導致多發報文，從而致使交換機難以防護，但是在這一情況下，智能變電站繼電保護點對點跳閘方式也不能運行；（2）若網絡中有非法裝置接入，就會發出類似“未知單播地址”的報文，在這一情況下，交換機中存在的“未知單播地址抑制”功能就能夠發揮較好的防御作用；（3）若在網絡之中出現許多異常的廣播，這時交換機之中的“端口速率限制”功能就能夠發揮有效的防御作用。

3.3 交換機高負載處理能力

據相關調查研究數據顯示，當前過程層工業交換機主要運用存儲或者轉發機制，而且運用完全雙工的方式進行連接，所以在增加數據流量的同時，是不會出現明顯的延時增加現象的。下表1為網絡傳輸延時測試。從這一表格數據中我們可知，在高負載情況下，變電站自動化系統過程層交換機存儲轉發所出現的延時情況都低于300μs，大大低于繼電器動作所產生的抖動延時，能夠使得繼電保護速動性要求得以切實滿足。

除此之外，現在過程層網絡大多應用雙網結構，因此在任何一個網絡環境出現問題的情況下，都不會致使保護拒動的產生，所以，智能變電站機電保護網跳閘方式能夠使得繼電保護的可靠性得到有效保證。

4 智能變電站繼電保護網跳閘延時分析

4.1 保護網跳閘延時理論分析

據相關規定中表示，一個報文完整的輸送時間從發送方將數據中的內容放到其傳輸棧頂的時候開始計時，直至接受方從傳輸棧里將數據取走時為止。

4.1.1 報文發送延時。所謂的報文發送延時主要指的是裝置通信處理器報文延時處理，運用國家電網企業試點依托工程動模測試，使得裝置之中各個端口的處理時間需要延長25μs，也就是第1個端口需要延時25μs處理，而第2個端口就需要延時50μs處理，并且以此

類推。

4.1.2 網絡傳輸延時。（1）交換機存儲轉發延時。由于現代交換機都根據存儲轉發的原理，所以，單個交換機的存儲轉發延時就相當于幀長與傳輸速度相除，比如說100Mb/s光口，在以太網之中幀長的最大值為1522b，加之同步幀頭為8b，在進行交換機存儲轉發時會產生122μs的延時，如果是千兆端口存儲，就需要12μs的轉發延時；（2）交換機交換延時。一般而言交換機交換延時都是一個固定值，這一值由優先級與交換機芯片處理MAC地址表等功能的速度所決定的，通常而言，工業以太網交換機產生的交換延時往往小于10μs；（3）光纜傳輸延時。光纜長度與光纜光速之間的比值就是光纜傳輸延時，比如說1km光纜，其傳輸延時大概是5μs；（4）交換機幀排隊延時。幀沖突往往出現在廣播式以太網之中，而以太網交換機通過隊列結合儲存轉發機制使得共享式以太網之中的幀沖突問題得以消除，為了使得重要數據幀的排隊延時得以減輕，可以引進數據幀優先級制度；（5）網絡傳輸總延時。在總延時中主要包括幀排隊延時、線路傳輸延時、交換機延時以及發送

延時。

4.2 保護網跳閘延時測試數據

由于不斷有一些試點工程中出現智能變電站繼電保護點對點跳閘延時長于保護網跳閘延時的現象，而且相關設計、施工和運行維護單位都對智能變電站繼電保護點對點跳閘方案接線運行維護不方便、工作量過大進行反應，因此需要對智能變電站繼電保護方式兩種方案延時予以測試。

人們往往認為保護網跳閘因為加大了交換機延時，致使其延時較點對點跳閘延時大。但是在實際測試之中，卻得出了與之完全相反的結果，保護網跳閘延時通常較之點對點跳閘延時小。針對這一問題，進行了一系列的研究，發現主要原因包括：（1）多光口信息傳輸都是通過共同的CPU予以處理，CPU要對各個端口逐一進行處理，這就延長了光口報文處理時間，而通過網絡化傳輸，設備不用點對點跳閘接口，而且各個廠家都把組網端口放置最先處理位置，所以網跳速度較之點對點跳閘速度快；（2）就點對點跳閘光口而言，因為CPU的順序處理，使得排在后面的光口所用的延時越長，但是交換機所需要延時較短，因此保護網跳閘較之點對點跳閘延時少；（3）因為數據端口的不斷增多，裝置中的數據循環處理時間也會相對單一端口處理時間有所延長。

5 結語

綜上所述，智能變電站繼電保護跳閘實現方式對于變電站穩定、安全運行具有非常重要的作用。因此，一定要對智能變電站繼電保護跳閘方式予以足夠的重視，從而有效推動變電站的進一步發展。

參考文獻

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[2]鐘連宏，梁異先.智能變電站技術與應用[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3]王倩，韓本帥，孫中尉，等.特殊情況下智能變電站保護跳閘實現方式研究[J].電工技術，2014，（8）.

（責任編輯：黃銀芳）