基于通讯模式的变电站设备时间质量监测方案

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摘 要 针对常规变电站保护设备常规时间质量监测方法需要保护设备多方面配合的方案，导致无法推广应用的问题。提出基于通讯模式方式的保护时间偏差监测方案，并给出了网络延时动态测试的方法，对保护通讯计算时间偏差进行补偿。新方案具有可实施性强，监测覆盖面广、时间监测密度大、监测效果精度较高的特点，并在实际运行中得到验证具有良好的效果。

关键词 时间质量监测；脉冲触发；通讯计算偏差；动态网络延时；时间偏差补偿

中图分类号：TM769 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0156-02

时间同步是变电站保护设备运行的基础，时间信息对变电站实时数据采集、控制、事故追忆和事故分析具有重要意义。目前常规变电站时间同步多采用时间信息单向下发（广播）方式，被授时设备并不对接收的时间质量效果做回馈，对于站内智能设备是否正确接收时间信息站内综自系统无法主动监测，特别对装置内部板卡的时间信息更是缺乏监测手段。对于保护设备内部时间精度是否满足需要（毫秒级别），由于缺乏必要手段值班人员现场很难通过现场人工识别。

不同时期变电站由于存在设备硬件老化、线缆接触不良、时间处理软件缺陷、存在多时间源、对时网络延时、管理等原因，导致变电站内不同保护设备时间不统一的现象时有发生，给变电站运行及故障分析带来诸多，特别是在无人（少人）值守情况下该问题的发现更为困难，给故障分析定位带来的不便更加突出。

本方案对保护设备时间监测设备（TMU）对设备的时间信息采集方式进行了优化创新，通过已有网络利用通讯软报文方式实现对保护设备的时间信息采集，通过动态测算网络延时，保证设备偏差监测精度满足故障定位需要，避免对保护设备过分改动，并在变电站得到了充分的验证，具有大规模推广的可能。

1 常规方案

常规保护设备时间质量监测手段是时间监测设备（TMU）通过输出可编程脉冲，利用脉冲触发保护装置遥信节点，产生对应的SOE时间信息，时间监测设备（TMU）通过通讯网络采集保护设备的SOE时间，通过分析设备SOE时间信息来判别该装置的时间质量及偏差程度。常规时间监测原理如图1所示。

这种做法的优点是时间监测精度较高，但是该方式存在以下几点不足。

1）时间监测面不够细致甚至太粗，方案不具备实用价值。由于受不同保护装置性能限制，一般采用时脉冲触发保护设备遥信点SOE信息。这是因为触发脉冲太过频繁容易影响保护性能，并导致监控系统太多无效信息，影响正常信息监测，同时这种方式对于保护设备时间跳变或者多时间源等异常难以快速监测。

2）对保护设备要求太高。需要被监测保护设备能提生SOE遥信节点，在现场多数低压保护由于很少有备用开入量，很难满足该要求。

3）现场工程量较大，成本较高。方案由于需要为监测保护设备提供脉冲触发回路，需要在现场布设大量的脉冲信号线。特别对于已建成变电站改造难道会更大。

常规方案的缺陷导致在实际使用效果有限 ，在新建或已建成变电站推广应用过程不足需克服来自保护厂家各种不便，从而导致该方案无法大规模推广应用。

2 优化方案

本方案通过对现有变电站网络结构及通讯模式的充分调研分析，对常规时间监测设备（TMU）对保护设备的时间信息采集方式进行了优化创新，避免对保护设备遥信节点配置过分依赖及减少施工节省投资，保证方案具有推广价值。

TMU监测系统架构如下图所示。

目前IEC60870-5-103规约已经在常规变电站大规模推广使用，TMU设备利用变电站已有监控系统通讯网络即可方便实现对保护设备的时间信息通讯软报文方式的实时采集，即通过IEC60870-5-103规约定时总召模式和常规问询设备变位信息方式获得保护设备时间质量信息。

TMU软件优化分析通讯过程通过定时测算动态测算网络延时，进而对采集到保护设备时间偏差进行动态补偿，保证设备偏差监测精度（500ms以内）满足绝大部分故障分析需要。TMU对于脉冲触发保护产生SOE信息不再作为主要获得保护设备时间信息手段，仅作为一种补充手段对重要设备时间质量监测及获得网络延时标准判断方式之一。

3 监测原理

IEC60870-5-103规约中有两类时间信息表示方式：4个八位位组的二进制时间（CP32time2a）和7个八位位组的二进制时间（CP56time2a），这两种时间信息的精度均为毫秒级。

总召唤响应应用服务数据单元（ASDU1）均包含时间信息，满足提取保护设备时间信息需要。通过对IEC60870-5-103规约总召唤及遥信变位信息上送流程分析，经过对通讯延时的科学修正后的保护设备时间信息能满足站内保护事件定位分析的需要。总召唤及遥信变位信息上送流程见下图所示。

3.1 时间信息获取

1）TMU设备定时（默认10分钟）发出总召命令以收到设备第一帧总召遥信响应时间为T1，则通过提取报文内保护上送时间信息并根据网络延时对时间进行修正后对比，超出时间定值偏差定值则告警输出。

2）TMU设备通过召唤一/二级数据命令获取保护设备实时变为信息，通过提取报文中时间信息，和TMU获取报文时时间信息对比，超出时间定值偏差定值则告警输出。

对于通讯方式获得保护设备时间信息的方式，影响监测精度的主要原因为程序及通讯延时，产生延迟原因见下图说明，可以看出影响保护设备时间偏差的主要包含程序处理时间T1、T3，网络传输延时T2，由于程序处理延时相对固定，对时间监测影响最为主要的是网络延时T2的测算。因此要保证监测信息的精度重点是对通讯延时时间的修正。

3.2 网络延时偏差修正

1）对于重要设备通过可编程脉冲触发遥信产生SOE方式精确判断装置时间偏差及网络延时数据。

2）多数设备通过定时统计方式计算网络延时，具体方式为设定发送报文时间为t1，则得到响应报文时间为t2，则网络延时?t=（t2-t1）/2（含程序处理延时）。

4 试验验证

该方案在山西某110kV变电站实际运行，通过测试各种不同背景流量及保护状态实验效果对比分析，试验方法为每种状态下各试验三次，所得数据如表1所示。

通过实验数据可以看出在不同网络流量及保护状态下，通过报文计算得出的时间偏差数据精度满足

5 结论

本文提出基于常规变电站利用已有网络采取通讯模式获取保护设备时间信息，并通过对程序动态测算网络延时对时间信息补充，最后达到对设备时间质量监测的目的。这种实现方法具有一定的创新性，该方案具有现场实施方便、时间监测面广、时间监测密度大、监测效果精度较高的特点，使得该变电站设备时间监测方案具有极强可行性，并在变电站实际使用验证过程效果良好，具有一定的推广应用价值。

参考文献

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