网采网跳数字化变电站母差保护采样失步解决方案唐顺国

网采网跳数字化变电站母差保护采样失步解决方案唐顺国

唐顺国

（贵州电网公司兴义供电局贵州兴义562400）

摘要：本文介绍了网采网跳模式数字化变电站组网方式，对数字化变电站母差保护电压电流采样数据失步原因进行了分析，提出了合理的解决方案，为数字化变电站建设积累了经验。

关键词：数字化变电站；母差保护；失步；方案

Net-Sampling-Net-Trippingdigitalsubstationbusprotectionsamplingoutofstepsolution

TangShunGuo

(GuizhouPowerGridCorpXingyiPowerSupplyBureau,GuizhouXingyi562400)

Abstract:thispaperintroducesthenetworkingmodeofdigitalsubstationofNet-Sampling-Net-Trippingmode,analyzesthereasonsofdigitalbusprotectionvoltagecurrentsamplingdataoutofstep,andputsforwardreasonablesolution,accumulatesexperiencefortheconstructionofdigitalsubstation.

Keywords:Digitalsubstation;Busprotection;Outofstep;Program

1前言

1.1网采网跳数字化变电站组网方式

数字化变电站是建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。数字化变电站的结构按照功能分为过程层、间隔层、站控层。间隔层和站控层通过MMS交换事件和状态数据，间隔层内部以及间隔层与过程层之间通过GOOSE信号交换控制和状态数据，过程层和间隔层之间交换采样值数据SV。因此，数字化变电站具有三层两网的结构。在数字化变电站建设初期，未形成统一的数字化变电站技术规范，较多的采用网采网跳模式进行组网。即GOOSE和SV合并组成独立的A、B双网，且GOOSE和SV采用共口方式传输，网络数据流量非常大，SV采样值需进行GPS时标同步处理。

1.2母差保护在数字化变电站中的运用

母差保护作为变电站母线的主保护，在母线故障时能快速动作切除故障母线上所有支路进行故障隔离，对保证电网安全运行具有重要作用。而网采网跳组网方式的数字化变电站，接入母差保护的各支路GOOSE和SV采用共口方式传输，流量较大的SV采样数据包对母差保护的数据处理能力提出巨大考验。同时，由于组网方式下SV传输经过过程层网络交换机，其传输延时不固定，母差保护需要比较同一时刻各支路SV采样值才能计算出差流。因此，母差保护需对各支路SV采样数据进行同步处理。在实际运用过程中，由于SV采样数据流量过大及采样同步异常等原因，母差保护常出现采样数据失步的情况，从而闭锁母差保护运行，给电网的安全稳定运行带来巨大风险。

图1网采网跳数字化变电站结构

2网采方式数字化变电站母差保护采样失步告警分析

2.1母差保护采样配置

册亨变110kV母线采用BP-2C-D型数字化母差保护装置。装置投运后常报出“板3数据总线数据失步”告警信号，可以复归。

根据告警信号，可以确定是由于各支路电压电流采样数据同步异常引起的。根据现场装置实际接入情况，列出装置的采样配置表如下：

由于母差保护需要同时接收9个间隔采样值SV，数据流量约为40M/S，需要将9个间隔采样值组合均分接入母差保护装置的4、7、9、11号采样板，才能满足母差保护数据处理能力要求。

2.2母差保护采样数据失步原因分析

2.2.1母差保护告警原理

该站采样方式为网采，从间隔合并单元及母线合并单元发出的SV报文均应严格按0-3999排序，该序号称为SV报文的采样序号。

母差保护装置各SV采样板通过尾纤接收到SV报文后（由间隔或母线合并单元发出，并经网络交换机中转），将报文暂存于数据缓存区。由于每块采样板均接收多个合并单元的SV报文，而各间隔SV报文可能会因合并单元自身特性或网络传输延时导致采样序号出现不一致的情况，因此装置会根据各采样板最小的SV报文采样序号进行数据同步处理，并通过数据总线将各板的最小采样序号发送至汇总板，汇总板检查各SV板的采样序号是否一致，若任意两块采样板的最小采样序号相差大于等于9，则判断数据失步，装置报数据总线数据失步。

母差保护装置内部采样接入情况：

SV报文的采样序号较其它SV报文的采样序号相对滞后，从而会影响母差装置失步判据。

2）0x10B1、0x10B3、0x10B5、0x10B7、0x10B9的额定延时均为511us，理论上报文接收时刻应该相同，但实际最大接收时刻为437ms221us、最小接收时刻为437ms112us，相差109us，超过规范要求的10us以内，说明经过网络中转后输出的SV报文存在明显的抖动。

比较同一时刻的报文，根据数据总线数据失步告警原理分析：由于0x10BB和0x10C5报文延时较大，导致板4和板7接收的SV报文序号为1737，而板9接收的SV报文序号为1746，板11接收的SV报文序号为1746和1742（最小1742），即各板最小序号为1737，最大序号为1746，序号相差9，已落在母差装置数据总线数据失步告警的门槛值上；同时因为SV报文存在抖动，进而出现了数据总线数据失步告警动作、返回的情况。

依据母差保护装置采样数据抓包分析及母差装置告警原理综合分析得出结论：因装置接收的SV报文中存在额定延时超过2ms的SV报文，导致同一时刻各SV报文的序号差过大，且SV报文在网络传输过程中存在明显抖动，使得各板采样序号偏差数恰好落在了母差装置的数据失步门槛附近，从而出现“数据总线数据失步”告警动作、返回的现象。

3母差保护采样失步告警解决方案

根据分析结论，合并单元发送SV报文额定延时及报文之间的延时抖动不满足数字化变电站采样值报文输出规范要求。由于该数字化站建设较早，投运时相关技术规范并未形成。若采取更换合并单元，提高采样数据质量的技改方案解决母差失步告警问题，需要对用户进行停电，同时涉及到线路保护、主变保护、测控装置等，调试工作量巨大，因此建议在后期进行处理。再次，由于网采网跳数字化变电站网络结构较为复杂，若采取对网络结构优化实施的措施，需要对光纤物理链路进行调整，还需要对过程层交换机VLan进行重新划分，技术实施难度大，工作中有造成全站网络瘫痪的可能，风险巨大。因此，从母差保护装置内部对各间隔采样配置进行优化调整，是方便易行、风险较低的解决方案。

母差保护失步告警解决方案具体实施过程如下：

将原接入4号板的L2间隔尾纤接入9号板；将原接入11号板的电压及L1间隔尾纤接入7号板；将母差保护应用软件的采样配置部分进行相应更改；更改母差保护装置MU配置。

按该方案更改后母差保护各采样板件采样情况如下：

从表中可知，板号9及板号7的SV报文最小采样序号均为1737，可有效解决装置报数据总线失步的问题。且该方案无需调整站内网络结构，只需更换母线保护装置本身的尾纤接入，并相应调整装置软件采样间隔配置即可。

4结束语

数字化变电站建设早期，相关技术还未完全成熟，技术规范还未完全成型，设备制造厂家对数字化变电站技术未严格规范，同时由于网采网跳组网方式数字化变电站本身的网络缺陷，给保护装置性能稳定留下隐患。本文阐明了网采方式数字化变电站母差保护采样数据失步带来的影响，提出了采样失步处理方案，为在数字化变电站设计和施工过程中，解决类似问题提供了一种可行的方案，同时也为数字化变电站建设积累了经验。

参考文献

[1]一种面向数字化变电站的母线保护方案王攀峰，周晓龙，杨恢宏-《电力系统保护与控制》，2009年12期

[2]智能变电站母差保护数据接收优化冯彦钊，王晨，龚石林，张兆云，陈卫，曾臻-《云南电力技术》，2015年01期

[3]一起母差保护差动电流异常的处理http://xueshu.baidu.com/s?wd=author%3A%28%E5%8F%B6%E5%A4%8F%E6%9E%97%29&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8&sc_f_para=sc_hilight%3Dperson唐磊-《企业技术开发》，2011年9月第23期

作者简介：

唐顺国（1980），男，贵州兴义人，工学学士，从事继电保护管理工作。