浅谈智能变电站继电保护跳闸实现方式

学术论文 2016-04-07 11:42:03
  1 智能变电站继电保护跳闸方式原理 
  1.1 智能变电站保护点对点跳闸方式 
  这种保护跳闸方式主要是为了保护装置到智能终端间通过独立光纤进行有效连接,并且有效保护跳闸信号能够通过这一直达光纤进行传输,别的信号能够接到过程层交换机运用网络进行传送。 
  1.2 智能变电站保护网跳闸方式 
  这种保护跳闸方式主要是保护装置和智能终端都接入到过程层的交换机之中,对跳闸等一切GOOSE信号进行保护,使这些信号都能够运用网络继续传输。 
  1.3 两种保护跳闸方式的主要区别 
  就接线形式而言,智能变电站保护点对点跳闸方式较之保护网跳闸方式多出了跳闸光纤;就跳闸模式而言,智能变电站保护点对点跳闸方式所得出的跳闸报文主要是运用直达光缆来进行传输,不存在任何中间环节,但是智能变电站保护网跳闸方式所得出的跳闸报文往往需要运用交换机来进行传输。 
  2 智能变电站继电保护跳闸方式比较 
  2.1 智能变电站保护点对点跳闸 
  (1)不需要网络方式进行传输,不需要经由交换机,不会产生交换延时问题;(2)熔点多、光口多,容易发生各种故障;(3)CPU以及装置光口的发热量都加大,而且设备老化速度加快,使得设备故障发生率大大提高;(4)硬件多,使得工程现场施工量大大增加;(5)难以进行故障分析;(6)机械设备维护有较大工作量,设备全寿命周期所需造价加大。 
  2.2 智能变电站保护网跳闸 
  (1)光纤熔接点数量较少,使得故障的接点也相对较少;(2)光纤的敷设数量较少;(3)便于开展故障分析工作;(4)网络跳闸交换机会有一定的延时现象 
  存在。 
  在智能变电站技术规范中相关要求表明,信息共享标准化、通信平台网络化以及全站信息数字化等是智能变电站的基本要求。通过网络化传输方式与智能变电站建设的目的与未来技术发展方向更加符合。所以,本文会对智能变电站继电保护网跳闸的可靠性与延时等问题进行重点分析。 
  3 智能变电站继电保护网跳闸可靠性分析 
  一般而言,交换机丢包是对智能变电站继电保护网跳闸可靠性造成影响的主要因素。导致交换机丢包的可能性主要有三种,分别是电磁干扰、网络风暴以及交换机处理能力弱。下面分别就这三个方面进行简要分析: 
  3.1 抗电磁干扰能力 
  智能变电站继电保护网中过程层交换机都需要通过KEMA(所谓的KEMA就是指在全球范围中进行电力行业产品测试、咨询以及认证的一家权威机构)的相关认证,根据国家电工委员会IEC相关标准要求,运用电磁辐射、抗电磁干扰以及静态振动等测试,使得智能变电站在恶劣环境下的稳定运行得以有效保证。 
  3.2 抑制电网风暴能力 
  一般而言,产生电网风暴的原因主要包括:(1)若某一装置出现异常,就会导致多发报文,从而致使交换机难以防护,但是在这一情况下,智能变电站继电保护点对点跳闸方式也不能运行;(2)若网络中有非法装置接入,就会发出类似“未知单播地址”的报文,在这一情况下,交换机中存在的“未知单播地址抑制”功能就能够发挥较好的防御作用;(3)若在网络之中出现许多异常的广播,这时交换机之中的“端口速率限制”功能就能够发挥有效的防御作用。 
  3.3 交换机高负载处理能力 
  据相关调查研究数据显示,当前过程层工业交换机主要运用存储或者转发机制,而且运用完全双工的方式进行连接,所以在增加数据流量的同时,是不会出现明显的延时增加现象的。下表1为网络传输延时测试。从这一表格数据中我们可知,在高负载情况下,变电站自动化系统过程层交换机存储转发所出现的延时情况都低于300μs,大大低于继电器动作所产生的抖动延时,能够使得继电保护速动性要求得以切实满足。 
  除此之外,现在过程层网络大多应用双网结构,因此在任何一个网络环境出现问题的情况下,都不会致使保护拒动的产生,所以,智能变电站机电保护网跳闸方式能够使得继电保护的可靠性得到有效保证。 
  4 智能变电站继电保护网跳闸延时分析 
  4.1 保护网跳闸延时理论分析 
  据相关规定中表示,一个报文完整的输送时间从发送方将数据中的内容放到其传输栈顶的时候开始计时,直至接受方从传输栈里将数据取走时为止。 
  4.1.1 报文发送延时。所谓的报文发送延时主要指的是装置通信处理器报文延时处理,运用国家电网企业试点依托工程动模测试,使得装置之中各个端口的处理时间需要延长25μs,也就是第1个端口需要延时25μs处理,而第2个端口就需要延时50μs处理,并且以此类推。 
  4.1.2 网络传输延时。(1)交换机存储转发延时。由于现代交换机都根据存储转发的原理,所以,单个交换机的存储转发延时就相当于帧长与传输速度相除,比如说100Mb/s光口,在以太网之中帧长的最大值为1522b,加之同步帧头为8b,在进行交换机存储转发时会产生122μs的延时,如果是千兆端口存储,就需要12μs的转发延时;(2)交换机交换延时。一般而言交换机交换延时都是一个固定值,这一值由优先级与交换机芯片处理MAC地址表等功能的速度所决定的,通常而言,工业以太网交换机产生的交换延时往往小于10μs;(3)光缆传输延时。光缆长度与光缆光速之间的比值就是光缆传输延时,比如说1km光缆,其传输延时大概是5μs;(4)交换机帧排队延时。帧冲突往往出现在广播式以太网之中,而以太网交换机通过队列结合储存转发机制使得共享式以太网之中的帧冲突问题得以消除,为了使得重要数据帧的排队延时得以减轻,可以引进数据帧优先级制度;(5)网络传输总延时。在总延时中主要包括帧排队延时、线路传输延时、交换机延时以及发送延时。 
  4.2 保护网跳闸延时测试数据 
  由于不断有一些试点工程中出现智能变电站继电保护点对点跳闸延时长于保护网跳闸延时的现象,而且相关设计、施工和运行维护单位都对智能变电站继电保护点对点跳闸方案接线运行维护不方便、工作量过大进行反应,因此需要对智能变电站继电保护方式两种方案延时予以测试。 
  人们往往认为保护网跳闸因为加大了交换机延时,致使其延时较点对点跳闸延时大。但是在实际测试之中,却得出了与之完全相反的结果,保护网跳闸延时通常较之点对点跳闸延时小。针对这一问题,进行了一系列的研究,发现主要原因包括:(1)多光口信息传输都是通过共同的CPU予以处理,CPU要对各个端口逐一进行处理,这就延长了光口报文处理时间,而通过网络化传输,设备不用点对点跳闸接口,而且各个厂家都把组网端口放置最先处理位置,所以网跳速度较之点对点跳闸速度快;(2)就点对点跳闸光口而言,因为CPU的顺序处理,使得排在后面的光口所用的延时越长,但是交换机所需要延时较短,因此保护网跳闸较之点对点跳闸延时少;(3)因为数据端口的不断增多,装置中的数据循环处理时间也会相对单一端口处理时间有所延长。 
  5 结语 
  综上所述,智能变电站继电保护跳闸实现方式对于变电站稳定、安全运行具有非常重要的作用。因此,一定要对智能变电站继电保护跳闸方式予以足够的重视,从而有效推动变电站的进一步发展。 
  参考文献 
  [1] 韩本帅,王倩,孙中尉,等.智能变电站继电保护跳闸实现方式研究[J].中国电力,2012,(8). 
  [2] 钟连宏,梁异先.智能变电站技术与应用[M].北京:中国电力出版社,2010. 
  [3] 王倩,韩本帅,孙中尉,等.特殊情况下智能变电站保护跳闸实现方式研究[J].电工技术,2014,(8). 
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