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摘要：在高速发展的电力及轨道交通行业，供电设备的绝缘监测越来越重要。本文就绝缘在线监测系统中要求的高精度采样同步及通信，提出几种方案对比，得出如下结论，基于IEC61850 GOOSE的对时及通信协议等方案，可以很好的解决绝缘在线监测系统中高精度采样同步及通信问题。
关键词：，IEEE1588，绝缘在线监测，IEC61850，GOOSE
中图分类号：TB51 文献标识码：A
引 言
在高速发展的电力及轨道交通行业，高速增长的容性供电设备数量必须进行定期检测，定期检测不可避免带来区域停电及设备损伤，而绝缘在线监测孕育而生。绝缘检测是通过检测流过容性设备绝缘层的泄露电流的幅值和相位来判断绝缘情况，由于泄露电流的幅值及相位极小，需要对其高精度同步采样。本文提出几种方案对比，得出如下结论，基于IEC61850 GOOSE的对时及通信协议等方案，可以很好的解决绝缘在线监测系统中高精度采样同步及通信问题。
1 需求分析
1.1 介质损耗角范围
高压设备绝缘正常的情况下，介质损耗因数角的大小在 ，则要求采样时间差在这个范围以下。假设没有频偏下，工频 ，一个周波360度，可以得到介质损耗角在 范围内时，并完全是由采样时差造成时，对应的采样时间差为：
2.1 集中采样（相对）
将电压信号及泄露电流信号引至同一个采样单元上，设计多通道独立同步采样。在芯片选型时需注意，部分芯片采用分时复用，即一个AD转换模块，带多路采样通道，导致采样时差由AD转换效率决定，像LPC1768控制芯片内建8通道1个独立ADC单元，只可保证1路采样硬件级同步，或是AD7656采样芯片内建的6个独立采样单元，可提供6路同步。
方案的优点：
系统设计思路简单，硬件系统容易实现；
选型正确的前提下，几乎不存在采样时差问题，系统采样精度较高；
方案的缺点：
典型牵引变电站一般需监测18个点的设备，需将母线PT的二次电压引至每个采样单元，三相六根电线需每相用屏蔽线引出，接线复杂；
旧站改造时，PT提供的负载一般为20VA，提供的负载可能不足；
由于母線PT的二次线被长距离多点引出，增加PT二次被短路的风险；
所以该方案在实际应用中有较大的局限性。
2.2分布采样
在母线PT上取电压信号，就地模数转换，减少了集中采样时引线多且长而导致的缺点。根据本文需求分析得出，所有监测点的采样数据与PT的数据应该同步，即有两种实现方式：
1） 每个采样单元需实现微妙级采样同步；
2） 每个采样单元的采样值带有微秒级精确时标；
2.2.1 方式1的方案
绝缘监测网络相对简单，接入系统的监测单元相对稳定，网络负载相对稳定。在独立成网时，如果时标在应用层的软件方式生成，考虑软件代码的效率及中断设置的匹配性，监测系统内的对时精度可以做到 ；如果使用支持IEEE1588协议的芯片，如DP83640，使时标在数据链路层的硬件芯片上生成，对时精度可以优于 。同时，由于IEEE1588是基于TCP/IP框架，如果使用网络交换机，在网络负载较大时，最长帧可能产生 的延迟；若使用集线器，也同样能满足监测系统的点数要求，其广播方式转发数据方式，不存在交换机存储转发的延时问题，所带来的延时抖动也在 级别，可有效的满足系统时延要求，相比于之前的两种方案，站内接线可减至最少。
3 总结展望
在需求分析中可以得出，由于计算方式的特殊性，绝缘在线监测系统的对时要求远高于变电站事件顺序（SOC）、故障滤波记录等变电站功能应用，甚至达到IEC61850定义的5级报文中最高 对时精度，高于计量和测量用的采样值报文的同步要求。
根据在本系统的需求，采样值的同步是计算准确的前提，且绝缘监测的频率较低，最高在2s/次。在网络传输中，对时的报文的传输延时要求要高于采样值报文。应用IEC61850定义的GOOSE报文，借鉴IEEE1588（IEC61588）思想，用GOOSE报文来传输对时信息，使用内部计数器或多位数RTC时钟芯片产生时间戳及计时，可以让对时报文在数据链路层间传输，使网络的延时影响降到最低，可使对时系统的精度在 之间。而使用可编程门阵列（FPGA）实现GOOSE报文协议，并使之应用于延时计算，可进一步降低软件执行时的时延，对时精度将可优于100ns。
综上所述，本文在讨论对时解决方案基于变电站绝缘在线监测的特殊应用，但同时上述方案在许多要求高精度同步控制的分部系统的对时中，有巨大的应用前景。
参考文献
[1] 汪祺航等.IEEE1588时钟同步技术在数字化变电站中的应用 [J].电力系统保护与控制，2010（10）.137-141.
[2] 周斌等.基于IEC61588和GOOSE的交互式采样值传输机制[J].电力系统自动化，2012（20），80-83.
作者简介：唐允宝（硕士），主要研究领域城市轨道交通供电系统设备与工程。
关键词：，IEEE1588，绝缘在线监测，IEC61850，GOOSE
中图分类号：TB51 文献标识码：A
引 言
在高速发展的电力及轨道交通行业，高速增长的容性供电设备数量必须进行定期检测，定期检测不可避免带来区域停电及设备损伤，而绝缘在线监测孕育而生。绝缘检测是通过检测流过容性设备绝缘层的泄露电流的幅值和相位来判断绝缘情况，由于泄露电流的幅值及相位极小，需要对其高精度同步采样。本文提出几种方案对比，得出如下结论，基于IEC61850 GOOSE的对时及通信协议等方案，可以很好的解决绝缘在线监测系统中高精度采样同步及通信问题。
1 需求分析
1.1 介质损耗角范围
高压设备绝缘正常的情况下，介质损耗因数角的大小在 ，则要求采样时间差在这个范围以下。假设没有频偏下，工频 ，一个周波360度，可以得到介质损耗角在 范围内时，并完全是由采样时差造成时，对应的采样时间差为：
2.1 集中采样（相对）
将电压信号及泄露电流信号引至同一个采样单元上，设计多通道独立同步采样。在芯片选型时需注意，部分芯片采用分时复用，即一个AD转换模块，带多路采样通道，导致采样时差由AD转换效率决定，像LPC1768控制芯片内建8通道1个独立ADC单元，只可保证1路采样硬件级同步，或是AD7656采样芯片内建的6个独立采样单元，可提供6路同步。
方案的优点：
系统设计思路简单，硬件系统容易实现；
选型正确的前提下，几乎不存在采样时差问题，系统采样精度较高；
方案的缺点：
典型牵引变电站一般需监测18个点的设备，需将母线PT的二次电压引至每个采样单元，三相六根电线需每相用屏蔽线引出，接线复杂；
旧站改造时，PT提供的负载一般为20VA，提供的负载可能不足；
由于母線PT的二次线被长距离多点引出，增加PT二次被短路的风险；
所以该方案在实际应用中有较大的局限性。
2.2分布采样
在母线PT上取电压信号，就地模数转换，减少了集中采样时引线多且长而导致的缺点。根据本文需求分析得出，所有监测点的采样数据与PT的数据应该同步，即有两种实现方式：
1） 每个采样单元需实现微妙级采样同步；
2） 每个采样单元的采样值带有微秒级精确时标；
2.2.1 方式1的方案
绝缘监测网络相对简单，接入系统的监测单元相对稳定，网络负载相对稳定。在独立成网时，如果时标在应用层的软件方式生成，考虑软件代码的效率及中断设置的匹配性，监测系统内的对时精度可以做到 ；如果使用支持IEEE1588协议的芯片，如DP83640，使时标在数据链路层的硬件芯片上生成，对时精度可以优于 。同时，由于IEEE1588是基于TCP/IP框架，如果使用网络交换机，在网络负载较大时，最长帧可能产生 的延迟；若使用集线器，也同样能满足监测系统的点数要求，其广播方式转发数据方式，不存在交换机存储转发的延时问题，所带来的延时抖动也在 级别，可有效的满足系统时延要求，相比于之前的两种方案，站内接线可减至最少。
3 总结展望
在需求分析中可以得出，由于计算方式的特殊性，绝缘在线监测系统的对时要求远高于变电站事件顺序（SOC）、故障滤波记录等变电站功能应用，甚至达到IEC61850定义的5级报文中最高 对时精度，高于计量和测量用的采样值报文的同步要求。
根据在本系统的需求，采样值的同步是计算准确的前提，且绝缘监测的频率较低，最高在2s/次。在网络传输中，对时的报文的传输延时要求要高于采样值报文。应用IEC61850定义的GOOSE报文，借鉴IEEE1588（IEC61588）思想，用GOOSE报文来传输对时信息，使用内部计数器或多位数RTC时钟芯片产生时间戳及计时，可以让对时报文在数据链路层间传输，使网络的延时影响降到最低，可使对时系统的精度在 之间。而使用可编程门阵列（FPGA）实现GOOSE报文协议，并使之应用于延时计算，可进一步降低软件执行时的时延，对时精度将可优于100ns。
综上所述，本文在讨论对时解决方案基于变电站绝缘在线监测的特殊应用，但同时上述方案在许多要求高精度同步控制的分部系统的对时中，有巨大的应用前景。
参考文献
[1] 汪祺航等.IEEE1588时钟同步技术在数字化变电站中的应用 [J].电力系统保护与控制，2010（10）.137-141.
[2] 周斌等.基于IEC61588和GOOSE的交互式采样值传输机制[J].电力系统自动化，2012（20），80-83.
作者简介：唐允宝（硕士），主要研究领域城市轨道交通供电系统设备与工程。