数字化保护装置采样方式的探讨

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【摘 要】结合数字化变电站工程应用现状，分析比较了数字化保护装置与传统保护装置在采样数据获取机制上的不同，对数字化保护装置的两种采样方式进行了分析和探讨。

【关键字】数字化保护装置；直接采样；网络采样；同步

1　前言

数字化变电站在物理上可以分为智能化一次设备和网络化二次设备，在逻辑上分为过程层、间隔层和站控层[1]　。与常规变电站相比，数字化变电站的过程层发生了很大改变：由电磁式互感器，一次设备，一、二次设备之间的电缆连接，改变为电子式互感器、智能化一次设备、合并单元和光纤连接等。过程层电流、电压采样值的数字化传输是数字化变电站区别于常规变电站的重要特征之一。

2　采样原理对比

常规变电站采用电磁式互感器，输出的模拟量采样值经电缆直接接入二次设备，采样值传输延时固定且很小，由保护装置完成多路模拟量的同步采样。传统保护装置的中央处理器（CPU）与模/数转换器（A/D）设计在同一装置中，很多还安装在同一块电路板中。CPU的输入/输出口可以直接控制A/D，启动模/数转换并将其转换结果直接读到CPU内存中来。由于A/D的输入端输入的是模拟量信号，而且此信号持续存在，因此CPU在任何时候启动A/D都有输入信号存在可供采集。在采样数据的过程中，CPU是主动的，定时对模拟量输入进行采样。

数字化变电站中，电子式互感器代替了传统的电磁式互感器，交流采样由合并单元（MU）完成，然后通过通信口传送至数字化保护装置。数字化保护装置中只包含中央处理器，不包含模/数转换器[2]。保护的数据采样和转换由外部的电子式互感器和合并单元来完成，模数转换的启动命令由MU控制，采样频率也由MU控制[3]，保护装置只是被动的接收MU发来的采样数据。目前，在已经应用的数字化保护装置的中，MU的数据是经通信口直接传送给保护装置CPU的[4]。通信通道上每送来一帧数据，CPU就接收一帧，随即进行保护原理与逻辑功能的计算。CPU是被动的，控制的方向是从MU向CPU，采样数据的传送过程是由数据源驱动的。

3　数字化保护装置的采样方式

数字化保护装置从合并单元接收采样值数据，按连接方式可以分为两种：（1）直接采样，保护装置与合并单元之间采用直接点对点连接方式，（2）网络采样，保护装置与合并单元之间经过SV网络交换机连接。如下图所示，左图表示直接采样方式，右图表示网络采样方式，红色横线表示SV网，注意右图中还增加了对时网。

通过分析可以看出直接采样回路简单，可靠性高，不依赖外部时钟，而网络采样要依赖于外部同步对时系统。目前保护正常工作依赖的公共设备只有直流电源，如果保护正常工作还要依赖于外部时钟，那外部时钟的可靠性就不能低于直流电源，而目前时钟设备的可靠性达不到直流电源的水平。即使达到了直流电源的水平，从整体上来说，保护系统的可靠性也降低了，因为它依赖的外部条件增多了。

5　结束语

数字化保护装置要能正常工作，一个先决条件是采样值传送延时稳定可知或采样数据本身已同步。目前所有的网络采样方案，由于交换机本身采样延时不稳定、无法测，都依赖于外部时钟系统做采样数据同步。若要保护不依赖于外部对时系统，目前最好的办法只有采用直接采样方式，因为直接采样方式不依赖于交换机，采样值传输延时稳定，采样同步可由保护完成，不依赖于外部时钟，可靠性高。

参考文献：

[1]李瑞生，李燕斌，周逢权数字化变电站功能架构及设汁原则[J].电力系统保护与控制，2010（21）．

[2]IEC61850-9-1　Communication　Networks　and　Systems　In　substations．Part9-1：Specific　communication　service　mapping

（SCSM　）一sampled　values　over　serial　unidirectional multidrop　point　to　point　link[S]．First　edition　IEC．2003―05．

[3]贾巍，曹津平．数字化变电站合并单元同步性问题的研究[J]．襄樊学院学报，2009（11）．

[4]邢立功，黄毅，叶罕罕.数字化变电站中保护装置与电子式互感器的接口方式[J].电力系统自动化，2008（16）