智能变电站合并单元(MU)产生延时基本基础学习知识原理及其检测技术探讨.doc

/* 智能变电站合并单元（MU）产生延时基本原理及检测技术探讨 一、传统变电站二次信号采集原理 传统变电站的二次模拟量采集方式是，通过电缆将电磁式互感器的二次电压、电流直接连接至保护、测控等设备，这些设备通过内部模拟量采集电路直接同步采样转换为数字量，从而实现测量、保护等功能。由于是对各相模拟量在内部进行直接、同步采样，且是对全部通道进行等间隔采样，故可确保各通道相位差恒定，相差极小，不影响各种测控功能的精度。 二、智能变电站二次信号采集方法及延时原理 智能变电站的二次量接入由以前的模拟量接入改为经光纤的数字量接入。智能变电站的二次电压、电流采集方式主要有以下几种： 1.电子互感器+MU方式 电子式互感器的采集器一般安装在户外，采集器内置采样电路直接将一次电压电流量转换为数字量，经光纤送入合并单元（MU）。多相采集器的多路数字量信号送达MU，由MU将多路数字信号同步并合并组合成一组数字信号送到测控、保护设备。由于需要CPU进行模数转换和数字处理和传输，必然产生延时。此种方式的信号总传输延时时间为： 传输延时 = 采集器采样时间+ 采集器的数字信号输出延时+ MU接收延时 + MU处理延时+ MU报文输出延时 2.传统电磁式互感器+MU方式 传统的电磁式互感器的二次模拟量经电缆接入MU，MU多路同步采样后经光纤送至测控、保护设备。此种方式的总传输延时时间为： 传输延时 = MU采样延时+ MU处理延时+ MU报文输出延时 3.级联方式 此种方式中，电磁式电压互感器的二次电压经电压MU转换成数字量送至下一级MU（如线路MU），后者对电磁式电流互感器的二次电流进行采样，并与电压MU过来的电压数字量进行同步，组合成一组数字量送入测控、保护设备。这种方式的总传输延时时间为： 传输延时 = 上一级MU延时+ 同步处理延时+ 报文输出延时 三、智能变电站二次信号同步方法 1、相位误差产生的基本原理 由于在信号传输各环节均存在延时，而且由于不同信号所经历的传输环节可能不同，因而各不同信号到达最终的测控、保护装置时延时可能会不相同，该不同表现的即是产生各相之间错误的相位差（见下图）。 2、相位误差解决方法 各MU厂家一般计算MU内部的固有延时（即采集信号的延时，内部处理延时，报文组织延时等）后，通过同步法或插值法处理，在其报文传输时加上一定可设置延时时间。该延时时间即用于补足至与其它信号相同的延时时间，以弥补相位误差，具体如下： 假如n路信号传输至同一终端设备处时所需要的延时时间分别为t1、t2、t3、…、tn，其中ts最大，则其它信号将在其最后一级MU处增加一调节延时t’，使得： t1 + t1’ = ts； t2 + t2’ = ts； t3 + t3’ = ts； …… tn + tn’ = ts 该调节延时的调整，均是由安装调试单位根据现场实测的各信号实际延时，采用人工手段加上一定延时，最终通过试验手段确保各相信号的相位同步，相位差为零。 这种调整方法显然存在不足。如果测试手段不充分，小则可能产生较小的通道间相位差，大则可能产生大于一个周波的相位差。2013年即出现过某变电站的电压MU级联至电流MU时，由于软件原因导致电压滞后电流达20ms的情况，导致产生差流致使保护误动作。 三、MU延时的测试方法 1、用电子互感器测试仪测试MU延时 目前国内的电子互感器测试仪对MU的延时的测试方式是：采用升流器或升压器对MU施加电流或电压，电子互感器测试仪测试该电流或电压模拟量，同时接收MU输出的数字报文，计算二者的角差和比差，即可得到MU的延时。 由于是采用外部施加的稳态电流或电压进行测试，电子互感器测试仪不能直接控制电压和电流，该方法不能形成一个闭环测试环境。并且一次只能测试一路信号，测量效率低，需要同时对电压和电流和报文进行同步。 由于采取稳态信号测试，当模拟量信号和数字量信号存在整周波延时时，在电子互感器测试仪看起来是波形重叠的，会出现识别为相位差为零的情况。因此对于延时为整周波的情况此种方法可能无法测试出。 2、用可同时输出模拟量和数字量的混合输出型继保测试仪测试MU延时 可以同时输出模拟量和数字量的继电保护测试仪，既能输出模拟量电流电压，也能输出和接收光纤传输的数字量，因此完整地集成了MU测试功能。继保仪向MU直接输出电压和电流，同时接受MU输出的报文进行解析，测量出二者的延时即相位差。 此种方法可形成闭环的测试环境，继保仪可以直接控制电压和电流的稳态输出和暂态输出，故可真正测试出MU的延时时间。 当模拟量信号和数字量信号存在整周波延时时，由于继保仪可以施加暂态信号，可以在波形识别时明确观察到波形起始沿，故可以准确计算真实时间延时，整周波延时的情况可以完整测试出。 以武汉豪迈公司生产的继保之星-7000继保仪为例，能够输出6路电压和6路电流，可以一次性将MU报文的所有通道的延时与比差测出，效率高。不需要借用升流器和升压器，一台设备可完成工作，极大提高了测试效率。 该继保仪具有多达8路光纤端口，可以将一个MU输出的多路光信号同时接入，一次性将多路光信号的时间延时准确测出，既提高了测试效率，也可测试出多通道数字信号的相位离散性偏差。 此种测试方式如下（见下图）： 测试仪内部同步控制输出电压和电流，同时接收MU输出的报文并记录报文时间，测试仪以实际输出的电压和电流波形为参考，通过与报文波形进行计算得出MU的比差角差。由于以实际模拟量做参考，MU接收或不接收秒脉冲或B码同步均能测试。 测试仪测试先输出3秒0值，再输出相应的电压或电流，用测试仪输出的阶跃波形，与MU输出的波形对比计算，即可测出其真实的延时时间。 四、实际测试效果 按照这种方法我们在湖北枣阳220KV变电站和黄石富池220KV变电站进行了测试，取得了满意的效果，可以完整测试出MU的真实延时。 以下为枣阳变电站的测试报告： 1.主要参数设置 试验项目 9-2 IED及描述/LNNAME ML1101A(110KV通麦线MUPCS-221G-I(SMV(MU))) 目的MAC/DSNAME 01-0C-CD-04-00-07 SVID/LDNAME ML1101AMU/LLN0.smvcb0 2.电流电压参数设置 数据项 描述 基波幅值 基波相位 UA (保护电压A相9-2)(保护电压A相1) 57.735 0.000 UB (保护电压B相9-2)(保护电压B相1) 57.735 -120.000 UC (保护电压C相9-2)(保护电压C相1) 57.735 120.000 IA (保护电流A相9-2)(保护电流A相1) 1.000 0.000 IB (保护电流B相9-2)(保护电流B相1) 1.000 -120.000 IC (保护电流C相9-2)(保护电流C相1) 1.000 120.000 Ua 57.735 0.000 Ub 57.735 -120.000 Uc 57.735 120.000 Ia 5.000 0.000 Ib 5.000 -120.000 Ic 5.000 120.000 3.试验结果(角差1-计算报文延时，角差2-不计算报文延时) 数据项 比差(%) 角差1 时差1 角差2 时差2 报文延时 极性 AD1-UA 0.095 0.01(0) 0μs -26.99(-1619) 1499μs 1500 μs 正极性 AD1-UB 0.128 -0.02(-1) 1μs -27.01(-1621) 1501μs 1500 μs 正极性 AD1-UC 0.141 -0.02(-1) 1μs -27.01(-1621) 1501μs 1500 μs 正极性 AD1-IA 0.117 -0.02(-1) 1μs -27.01(-1621) 1501μs 1500 μs 正极性 AD1-IB -0.054 -0.04(-2) 2μs -27.03(-1622) 1502μs 1500 μs 正极性 AD1-IC -0.005 -0.02(-1) 1μs -27.01(-1621) 1501μs 1500 μs 正极性 AD1-Ua AD1-Ub AD1-Uc AD1-Ia AD1-Ib AD1-Ic AD2-UA AD2-UB AD2-UC AD2-IA AD2-IB AD2-IC AD2-Ua AD2-Ub AD2-Uc AD2-Ia AD2-Ib AD2-Ic 4.波形特性图(A表示合并器A相输入，A表示测试仪A相输出) 波形图UA-UA,IA-IA 波形图UB-UB,IB-IB 波形图UC-UC,IC-IC 波形图中前者波形为施加信号阶跃波形，后面为输出数字信号阶跃波形，由两种波形对照中可以看出MU的延时时间小于20ms的延时。