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一种智能变电站时间同步状态监测方案

2018-03-30 10:25:23
来源: 万选通资讯
分类: 技术应用
导读

随着智能电网的建设,电力系统对时间同步网络的要求越来越高,而市面上各种时间同步设备和被授时设备质量参差不齐。因此,急需建设一套同步网在线监测系统,对时间同步系统和被授时设备时间同步精度进行有效监控。本文研究一种适合于智能变电站时间同步系统的监测新方案,从而增强监测管理及故障预防能力,提升时间同步系统运维管理水平,提高智能变电站时间同步系统可靠性。

杨乐1,张道农2,熊汉1,胡传军1

1.武汉中元华电科技股份有限公司;2.华北电力设计院有限公司

摘 要:随着智能电网的建设,电力系统对时间同步网络的要求越来越高,而市面上各种时间同步设备和被授时设备质量参差不齐。因此,急需建设一套同步网在线监测系统,对时间同步系统和被授时设备时间同步精度进行有效监控。本文研究一种适合于智能变电站时间同步系统的监测新方案,从而增强监测管理及故障预防能力,提升时间同步系统运维管理水平,提高智能变电站时间同步系统可靠性。

1 引言

伴随着智能电网的高速建设,电力系统对时间同步网络的要求越来越高,而市面上的各种时间同步设备和被授时设备质量却参差不齐,具体包括:

(1)报文格式不统一

(2)接口类型不规范

(3)同步时间长

(4)同步信号准确度差

(5)自守时能力差

(6)网络负载能力不足等问题屡有发生

一旦时间同步设备在运行中出现故障,被授时设备运行将受到影响。严重时将导致整个电网时间混乱,给电力系统带来损失,极大降低智能变电站的可靠性。因此,急需建设一套同步网在线监测系统,对时间同步系统和被授时设备的时间同步精度进行有效监控。随时掌控系统的同步性能劣化情况,及时告知运维人员进行故障排查,确保电网在统一准确时间基准下运行,对电网特别是智能电网的安全运行具有十分重要的意义。

目前,电力系统的时间同步状态监测存在的主要问题是国内目前还未见有标准化的监测模型对时间同步装置进行综合监测、分析和告警,仅有改造性的规范对少数状态进行上送,未能实现智能变电站时间同步系统状态监测、状态评估和故障预防。因此,有必要进一步研究适合于智能变电站时间同步系统的监测新方案。本文研究一种适合于智能变电站时间同步系统的监测新方案。一是,实现智能变电站时间同步系统可靠性影响因素的监测建模。二是,时间同步系统可靠性影响因素的有效监测。最终为智能变电站时间同步系统安全、可靠运行提供有力技术支撑,进一步保障变电站二次系统及电网的正常运行。

本文首先介绍时间同步状态监测方案的主要组成部分站内监测与广域监测;其次研究了新增状态点监测方法及新增主站告警上送方法;最后对该方案进行了展望与总结。

2 站内监测

2.1 站内设备监测

2.1.1 站内时钟精度监测

时钟设备在进行站内授时的同时,将自身的IRIG-B码及状态信息上传到站端时间同步监测装置。站端时间同步监测装置完成待测信号的站内-钟差计算,并将站内所有时间同步设备的站内钟差监测结果信息通过数据网传回给综合监测网管。站端时间同步监测框图1所示。

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2.1.2 站内时钟状态监测

时钟设备在进行站内授时的同时,将自身的状态信息上传到站端时间同步监测装置,由该装置完成站内设备状态信息收集功能,并将站内所有时间同步设备的状态监测结果信息通过数据网传回给综合监测网管。

2.2 站内业务装置监测

站端TMU装置替代站端监控后台的时间同步监测管理功能:

站端TMU装置在站控层接入,站端TMU增加时间同步管理功能不会增加成本和影响性能。

以录波装置为例,新标准中要求录波装置可支持NTP/MMS(IEC 61850)/104规约,则站端TMU装置可接收基于NTP的同步精度监测报文和基于104/61850规约的状态上送报文,完成对录波装置的同步精度监测和同步状态监测。

2.2.1 业务装置精度监测

本方案主要包括监控系统主机实现对测控装置、故障录波装置、PMU、保护装置、安控装置、MU及智能终端的时间同步管理。

管理端(监控后台/TMU)采用轮询方式进行监测,全站轮询周期可调(建议为1min)。当管理端轮询到某装置一次监测值越限时,应以1s/次的周期连续监测5次,并对5次的结果去掉极值后平均,平均值越限则认为被监测对象时间同步异常。当管理端发现被监测设备时间同步异常时,管理端应生成告警信息。

(1)站控层-间隔层业务装置精度监测:

对时钟装置、测控装置、故障录波装置、PMU、智能终端的时钟同步状态进行监测管理。采用乒乓原理进行监测,该方式对于智能站和常规站普适。协议简单成熟,且不改变原有功能模块,对重要装置可靠性影响小,满足新老站实施需要。

(2)过程层业务装置精度监测

对于智能变电站的智能终端和支持GOOSE的合并单元,时间同步监测数据和设备状态自检数据都通过GOOSE传输,采用乒乓原理其进行监测。

2.2.2 业务装置状态监测

业务装置状态自检是设备通过自身设计主动获取对时工作状态的手段,它发现故障较为快速和直接。系统/设备应具有以下基本状态自检数据类型,以便实现统一的故障分析逻辑。

3 广域监测研究

通过TMU设备实现广域时间监测,并用变电站内主用主时钟的时间代表本站时间。如图所示,各站端TMU会将主时钟的B码输出转化为PTP(E1)信号后上送到中心站TMU,中心站TMU以点对点方式(E1接口)接收全网PTP(E1)信号,进行广域时间准确度测量并得到测量结果。主站服务器接收各变电站状态监测数据,通过综合网管及精度监测系统完成统计、分析、显示、告警等功能,达到全网时间同步监测的目的。广域时间同步监测框图2所示。

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4 新增状态点监测

状态点监测一方面可以很好的监测时钟/业务装置的运行状态,判断设备/装置、时间同步系统乃其整个变电站运行存在的风险,提前预警;另一方面能为运维人员/维修人员提供诊断依据,方便运维人员/维修人员及时对产生问题进行定位,进而及时采取预防措施。

为使相关技术人员能够及时定位时钟可能产生无法对时问题,本项目以下信息点,如表1所示。

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新增以上状态监测点后,相关技术人员能够进一步了解时钟无法对时的详细原因如下:

(1)深入判断是天线连接或天线问题,或者是时钟自身问题,定位故障个体。

(2)了解时钟模块的运行情况,深入判断是参考源问题、对时算法问题导致。监测到以上信息后,

时钟厂家可以得到更多诊断信息,能够帮助时钟厂家快速对问题定位并解决。

5 新增主站告警上送

告警模块通常具有以下功能:

(1)接收各类告警信息

(2)分析接收信息进行智能判断产生告警

(3)告警展示

(4)告警相关权限设置

时间同步状态监测的告警信息,尤其是(2)类告警往往局限于监测主站范围内,变电站级运维人

员无法及时获取,不能对时间同步系统域的风险提前知晓,并对可能产生的变电站级风险进行预估,存在较大的风险、隐患。

基于以上分析,在本项目时间同步状态监测方案设计中,充分考虑(2)类告警对于变电站级运维人员进行变电站运行维护的有益效果,考虑将某些特定的告警信息上送至电网调度控制系统(D5000)的SCADA功能模块,并为其他高级应用功能提供上送接口,为进一步准入做准备。

6 总结与展望

本文通过新增时钟监控类状态监测点后,相关技术人员进一步了解时钟无法对时的详细原因,时钟厂家可以得到更多诊断信息,能够帮助时钟厂家快速对问题快速定位并解决。本项目在时间同步状态监测方案设计中,充分考虑分析类告警对于变电站级运维人员进行变电站运行维护的有益效果,考虑将某些特定的告警信息上送至电网调度控制系统(D5000)的SCADA功能模块,并为其他高级应用功能提供上送接口,为进一步准入做准备。通过以上改进措施,提高了整个时间同步系统监控强度及风险预防能力,提高了变电站运行的可靠性。

本文的方案满足了电力系统对时钟在线监测方法和设备的迫切需求,能够为当前绝大部分设备监测提供成套解决方案。其提出的站内精度监测、全网状态监测作为变电站关键检测方法和设备的系统性研究,对提高电网变电站基础理论研究水平、保障变电站可靠运行具有重要意义。

参考文献

[1] Billinton R.Composite system reliability evolution[J].Power Apparatus and Systems,IEEE Transactions,1969,88(4):276-281.

[2] 李文沅,周家启,等.电力系统风险评估:模型,方法和应用[M].北京:科学出版社,2006.

[3] 张永健.电网监控与调度自动化.北京:中国电力出版社.2004:211-226.

[4] 赵宏大.电力时间同步系统及其精度监测[J].电力系统通信.2008(04).

作者简介

杨乐(1984- ),工程师,主要研究方向为时间同步算法研究及应用。

张道农(1961- ),教授级高级工程师/设计总工程师,全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会委员、全国时间频率计量委员会委员、中国电工技术学会理事、中国电工技术学会电力系统控制与保护专业委员会委员、全国电力系统管理及其信息交换标准化委员会委员、WAMS及时间同步工作组组长,中国电机工程学会高级会员,主要从事继电保护及安全自动装置的设计与研究以及大型工程项目的项目管理工作。

熊汉(1985- ),工程师,主要研究方向为时间同步系统研究及应用。

胡传军(1984- ),工程师,主要研究方向为时间同步应用。

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