智能变电站合并单元与智能终端及故障录波网络分析仪介绍及调试

合并单元介绍
• 合并单元宜具备光纤通道光强监视功能， 实时监视光纤通道接 收到的光信号强度， 并根据检测到的光强度信息，提前报警。
• 根据工程需要，合并单元可提供接收常规互感器或模拟小信号互 感器输出的模拟信号的接口。
• 合并单元与电子式互感器之间通讯速度应满足最高采样率要求。 合并单元与电子式互感器之间的通讯协议应开放、 标准，宜采 用 IEC 60044-7/8 的 FT3 格式。
合并单元的延时与同步介绍
延时产生的后果：
•影响距离保护的动作边界值
•对于母差保护延时问题显得更为重要，如果两个线路合并单 元之间的延时过大就可能导致母差保护出现误动或拒动
•测控和计量
合并单元设定延时的目的
为了消除不同合并单元延时不一致的问题，通常采 用同步的方法来解决，即所有合并单元接收到电磁 式互感器输入的电流电压后，都等待一定的时间后 再同时将电流电压输出给保护测控装置，保护测控 装置解析数据报文中的时标，在进行时间或相角补 偿。
合并单元介绍
• 对于接入了两段及以上母线电压的母线电压合并单元， 母线电 压并列功能宜由合并单元完成，合并单元通过 GOOSE 网络获 取断路器、 刀闸位置信息， 实现电压并列功能。
• 合并单元应能提供输出 IEC 61850 — 9 协议的接口及输出 IEC 60044 — 7/8 的 FT3 协议的接口，能同时满足保护、 测控、 录波、 计量设备使用。 对于采样值组网传输的方式， 合并单 元应提供相应的以太网口；对于采样值点对点传输的方式，合 并单元应提供足够的输出接口分别对应保护、 测控、 录 波、 计量等不同的二次设备。 输出接口应模块化并可根据需 要增加输出模块。
智能变电站合并单元介绍
A/D
端子箱
交
保开
流
护入
输 入
转 换
逻 辑
开 出
(CPU)
组组
组
件件
件
人机对话模件
微机保护测控装置
智能变电站合并单元介绍
一次设备智能化
保
SMV 光纤
护
逻 GOOSE
辑 光纤
开
(CPU) A/D
ECT
入
开
交
MU
人机对话模件
出 组
流
IED
件
输转 入换
数字化保护测控
智能终端
组组 件件
合并单元延时及等间隔性（抖动）测试
• 合并单元的单装置延时测试只针对TMU的模式， 对于ETMU的模式需要和电子式互感器一起进行 测试。
• 可以使用NT781模拟量输入合并单元测试仪进行 测试。
合并单元延时及等间隔性（抖动）测试
对于TMU方式的试验接线图如下图所示：
对时精度及守时功能测试
目前合并单元一般采用B码对时，如果合并单元和外部时 钟已经对时稳定了，那么可以通过测试仪器比如DM5000 来解析报文中的时标（DM5000本身也和这个外部时钟对 时稳定），来确定合并单元是否与外部时钟已经对时稳定。 如果合并单元没有对上时，而凯默已经对上时，则凯默测 量合并单元的延时将是一个相差很大的延时，如果合并单 元对上时，则测量的延时和合并单元设定延时相差会小于 1us。下图是某线路合并单元的延时测量（该合并单元设 定的延时是2000us）。
• 电压切换：在间隔合并单元实现母线电压的切换
合并单元的延时与同步介绍
• 智能变电站的电流电压采集是分布式采集由各个合 并单元采集电流电压，再上送到间隔层，分布式最 大的问题就是同步问题，而产生同步最根本的原因 就是延时问题，
合并单元的延时与同步介绍
• 合并单元的延时是由于硬件和软件共同导致的，对于
• 合并单元应支持可配置的采样频率， 采样频率应满足保护、 测 控、 录波、 计量及故障测距等采样信号的要求。
• 合并单元应提供调试接口， 可以根据现场要求对所发送通道的 顺序、 相序、 极性、 比例系数等进行配置。
合并单元介绍
• 电压并列功能：智能变电站没有专门的电压并列 柜，并列功能在母线PT合并单元实现。由于A/D 前移，且并列的隔刀位置也是通过采集GOOSE光 信号，因此原理上不存在二次反送电问题
智能变电站合并单元介绍
ETMU 模式
FT3
智能变电站合并单元介绍
TMU 模式
采集电磁式互感器的二次电流电压，将模拟量转换 为数字量后，以IEC61850-9-2的帧结构将电流、电 压信号合并处理传输给间隔层设备
智能变电站合并单元介绍
TMU 模式
合并单元介绍
功能要求 •按间隔配置的合并单元应提供足够的输入接口， 接收来自 本间隔电流互感器的电流信号； 若间隔设置有电压互感器， 还应接入间隔的电压信号； 若本间隔的二次设备需要母线电 压， 还应接入来自母线电压合并单元的母线电压信号。 • 母线电压应配置单独的母线电压合并单元。 合并单元应提 供足够的输入接口， 接收来自母线电压互感器的电压信号。 对于单母线接线， 一台母线电压合并单元对应一段母线； 对于双母线接线， 一台母线电压合并单元宜同时接收两段母 线电压； 对于双母线单分段接线， 一台母线电压合并单元 宜同时接收三段母线电压；对于双母线双分段接线，宜按分 段划分为两个双母线来配置母线电压合并单元
合并单元等间隔离散性（抖动）介绍
同步波形
合并单元等间隔离散性（抖动）介绍
抖动波形
合并单元等间隔离散性（抖动）介绍
• 《智能变电站继电保护技术规范》要求合并单元采样值发送
间 隔 离 散 值 应 小 于 10μs ， 对 ETMU 模 式 的 额 定 延 时 要 求 是 ≤2ms，对TMU模式的要求目前没有明确，但一般参照ETMU
合并单元的延时与同步介绍
延时产生的后果：
电流电压之间的夹角可能就会出现误差。合并单元的采 样 是 一 个 周 波 是 80 点 ， 一 秒 钟 50 个 周 波 ， 因 此 一 个 点 是 1/4000 秒 即 250us ， 因 此 1us 相 差 的 电 角 度 为 4.5/250=0.018° ， 折 算 从 分 就 是 0.018x60=1.08′≈1′ ， 即 1us误差就是1′左右
ETMU模式 的采样延时如下图所示：
合并单元的延时与同步介绍
•对于TMU模式的延时主要是由合并单元自身延时导致，即
不考虑EVT和ECT的延时。因为合并单元前端采用电磁式互 感器，输入的模拟量采样值经电缆直接并行送入合并，采样 值传输延时固定且数值很小。但当电流电压经合并单元转换 为SMV-9-2输出时就会产生延时，而且不同厂家的合并单元 产生的延时不会完全相同，特别对电压其延时更不好确定， 因为电压到保护测控经过了PT合并单元和线路合并单元两及 延时。
精度测试
• 交流采样测量装置是将工频电量量值电流、电压、频 率经数据采集、转换、计算的各电量量值（电流、电 压、有功功率、无功功率、频率、相位角和功率因数 等）转变为数字量传送至本地或远端的装置。
• 为了保证交流采样测量装置量值采集的准确、可靠， 需要进行精度校验
• TMU模式下的合并单元实际是将AD转换前置，因此 有必要进行精度测试
智能变电站合并单元介绍
ETMU 模式
•为了将电子式互感器应用于变电站自动化系统，待 解决的关键问题之一就是互感器与变电站二次设备 之间的接口问题，而合并单元是数字接口的主要组 成部分。
•合并单元是将现场电子式互感器输出的电流、电压 信号合并并处理，然后按规定的帧格式传送给变电 站的二次设备，是整个自动化系统的关键设备
模式≤2ms。 • 电子式电流互感器和电压互感器的技术规范中对不同精度的 角度误差做了要求，对P级别如5P和10P级别的互感器要求相 角差不大于±1°也就是±60分，而前面介绍了1分的延时大概就 是1us，因此保护用的电流电压的绝对延时一般要求t±60us； 对精度为 0.2S级别的互感器要求相角差不大于 ±10′也就是 ±10us，因此对设备标定的延时测试即对合并单元绝对延时的 测量结果要求：计量用的电流电压的绝对延时一般要求 t±10us，保护用的电流电压的绝对延时一般要求t±60us。
合并单元的延时与同步介绍
同步：
合并单元的延时与同步介绍
• 单个常规变电站的电流电压本身就是个同 步系统，电流电压通过一次母线进入变电 站再通过互感器及二次电缆进入各个装置 ，其传播速度接近光速，且中间没有其他 环节，因此对于线路保护、母差保护、变 压器保护而言其电流电压之间保持同步
合并单元的延时与同步介绍
提纲Βιβλιοθήκη Baidu
• 合并单元介绍及调试 • 智能终端介绍及调试 • 检修问题 • 故障录波网络分析仪
一、合并单元的介绍及调试
•智能变电站合并单元介绍 •合并单元的延时与同步介绍 •合并单元等间隔离散性（抖动）介绍 •合并单元延时及等间隔性（抖动）测试 •对时精度及守时功能测试 •精度测试 •SV报文检查
智能变电站合并单元介绍
对时精度及守时功能测试
测量的延时和合并单元设定的延时非常一致，误差小于1us。
对时精度及守时功能测试
守时功能测试： 守时功能测试相对简单，将合并单元与外部对时系 统断开后，继续使用DM5000（仍然保持B码对时） 测量合并单元的延时，采样的同步误差应至少能在 10 分钟内不大于4uS 同步精度要求。
• 合并单元应能接收 12 路电子式互感器的采样信号， 经同步和 合并之后对外提供采样值数据。
合并单元介绍
• 合并单元应能够接收 IEC61588 或 B 码同步对时信号。 合并单 元应能够实现采集器间的采样同步功能，采样的同步误差应不 大于 ± 1 μ s 。 在外部同步信号消失后，至少能在 10 分钟内 继续满足 4uS 同步精度要求。 合并单元与电子式互感器之间没 有硬同步信号时， 合并单元应具备前端采样、 处理和采样传输 时延的补偿功能。
• 合并单元最初是属于电子式互感器的附属品 • 目前智能变电站，合并单元更多的是A/D转换及电
压并列、切换功能
智能变电站合并单元介绍
智能变电站的互感器采用两种方式： •电子式互感器 二次输出为数字量，弱信号 二次输出规约 基于 IEC60044-8 的 FT3
•电磁式互感器（主要形式） 二次输出为模拟量电流为1A/5A，电压为 57V/100V
合智能并变单电元站的时延钟时同与步同系统步：介绍
合并单元等间隔离散性（抖动）介绍
调试人员不能将延时和同步混淆，延时反应的是信息的时差 性，同步是解决数据延时的手段。延时长短将决定保护装置 反应故障的快慢，同步性能将决定二次系统电流电压数据的 质量。
合并单元等间隔离散性（抖动）介绍
合并单元间隔离散性：对一个波形采样，采样点为n， 输出设定延时为t，每个点对应的输出时标为Ti，则 等间隔离散性是指任意连续两个输出时标之差应 ±10us，即Ti+1-Ti ≤±10us。
• 智能变电站的二次电流电压没有直接到达保护装置 ，而是在前端先进行A/D转换后再通过光纤传送到 各个装置，特别是电压经过了两级合并单元，因此 在传输过程中就会产生延时，导致不同步
合并单元的延时与同步介绍
智能变电站的同步方法包括： • 软件：插值法、报文延时、报文时标 • 硬件：GPS、北斗外部对时，硬件时标
2019/7/16
精度测试
合并单元的精度测试相比传统的精度测试要 复杂主要是因为： 1，目前没有成熟直观的产品进行合并单元的 精度测试 2、电压的切换问题 3、电压的输入文问题 4、所有母线电压都要进行精度测试，测试的 内容增加
2019/7/16
精度测试
2019/7/16
SV报文检查
• SV通道与互感器二次绕组级别匹配问题 系统集成商对此没有认识，可能配错通道，导
• 输出协议采用 IEC 61850-9-2 时，合并单元的数字量输出宜采 用 24 位有符号数值。 输出协议采用 IEC61850-9-1 或 IEC 60044-8 时，合并单元的数字量输出宜采用二次值方式。
• 合并单元应能保证在电源中断、 电压异常、 采集单元异常、 通 信中断、 通信异常、 装置内部异常等情况下不误输出； 应能够 接收电子式互感器的异常信号； 应具有完善的自诊断功能。 合 并单元应能够输出上述各种异常信号和自检信息。
保护装置的辅助插件进行了前移
二次在线监测
智能变电站合并单元介绍
两种不同的方式导致合并单元功能的不同：
•电子式互感器+合并单元（Electronic Transformers &Merging Unit 简称ETMU 模式)
•电磁式互感器+合并单元 (Transformers &Merging Unit 简称TMU 模式）