淺談數字化變電站繼電保護適應性

摘要：數字化變電站是指由智能化一次設備（電子式互感器、智能斷路器等）和網絡化二次設備分層構建的、能夠實現變電站內電氣設備信息共享和互操作的現代化變電站.數字化變電站建立的基礎為IEC61850通信規范，其對變電站的二次的影響最為深遠.作為二次系統的重要組成部分，繼電保護因為直接關系到電力系統的安全穩定運行而被廣泛關注，作為繼電保護四個基本要求中最重要的方面，可靠性的保證與提高一直是繼電保護人員最為關心的。

關鍵詞：數字化變電站;繼電保護;適應性分析

引言

隨著數字化變電站的應用，其繼電保護適應性越來越得到重視，這也是整個系統可靠性的關鍵。本文通過我局的110kV小董變電站數字化技改工程來介紹了數字化變電站的繼電保護適應性分析，以及其保護動態模擬測試方案。針對這些問題進行分析，并提出相關的解決方案，確保其正常使用。

1數字化變電站的繼電保護

1.1保護裝置可靠性

在變電站系統中，其繼電保護裝置是極為重要的一部分。由于繼電保護可靠性要求較高，對于繼電保護的元件可靠性要求也在改變，其可靠性將會影響整個變電站繼電保護的適應性。根據有關統計，得到其元件可靠性見表1。

從表中可看出，整個系統中的各個部分的可靠性情況令人滿意，其中互感器及傳輸介質可靠性高達99.99%，可以相信，由于系統中元件可靠性接近完美，系統將又投入使用的可能。

1.2數字化保護裝置結構

傳統微機保護裝置的數字電路一般是以微處理器為中心，對于信息都是采用的模擬信號，在系統中還需模擬量輸入變換模塊，其在轉換時會產生誤差，將對保護裝置可靠性造成影響。

而與之不同的是，由于數字化變電站的信息采用的數字信號，所以將傳統系統中的模擬量輸入變換模塊換為了光收發模塊。而光收發模塊將采集的光信號轉變為電信號，其相對于傳統的模擬信號有著天然的優勢，主要是在數據傳輸和處理中有著極大的優勢。由于新系統的優勢，微處理器對數據的處理更加直接及高效，這樣就減少了信息在轉化及處理過程中的誤差，提高系統可靠性。

2繼電保護對電子式互感器和通信網絡的適應性分析

2.1繼電保護對電子式互感器適應性

我局數字化改造使用的為有源型電子式電流互感器，通過工程實際發現差異主要表現在兩個方面：首先是測量延時差異，由于不同類型的電流互感器的測量標準不同，在實際使用過程中也會造成測量數據的時間誤差，這就是測量延時差異。為了解決延時差異問題，保證不同設備能夠配合使用，就需要在工作前對不同設備進行嚴格測量，在實際工作中將延時補償考慮到數據處理過程中，可對該問題進行解決。

其次是量程差異，由于不同互感器的量程不同，就會在工作中出現某設備處于安全量程中而其他設備的測量數據超過量程的情況。由于測量數據超過量程時，測量的數據極不準確，為避免這種情況就需要對設備的型號進行統一，盡量選擇同一型號的設備能夠最大可能的避免該問題。

2.2繼電保護對過程層網絡適應性

通過我局工程的推進發現與傳統變電站影響因素差異較大。其影響因素除上面已談到的互感器的適應性以外，還有過程網絡影響因素。由于這些影響因素，繼電保護動作就會不及時，為解決這個問題，就必須對造成延時的因素進行改善。

2.2.1網絡延時

針對網絡延時問題，需要針對過程層網絡進行結構改善，提高網絡內對設施的利用率，提高信息傳遞效率;其次進行設備升級，提高信息傳遞速率。針對過程層網絡進行優化改善，努力減少網絡延時的現象。

2.2.2保護裝置采樣延時

由于測量裝置對于采樣數據有延時現象，針對該問題更多地是進行軟件優化。對測量裝置采樣算法進行改進，同步采樣頻率與發送數據的頻率，減少頻率不一致造成的數據采樣延時問題。

2.3數字化變電站繼電保護及電子式互感器采樣同步問題

傳統變電站利用電磁式互感器進行電氣量測量，保護裝置通過裝置內的A/D對數據進行相應處理，數據延時很小，可以忽略。數字化變電站電子式互感器及網絡設備的應用，導致數據采樣傳輸延時增大。同時，各廠家電子式互感器、合并單元及網絡接口等環節處理技術的差異，導致傳送數據的時序特性的差異，采樣延時不同。對于過程層組網方式，以太網傳輸延時的不確定性也是影響時序特性的重要因素。為消除數據不同步問題，可以考慮以下解決方案：

2.3.1站內統一鐘法

由于延時問題較多發生的原因是各個設備對計時的不統一造成的延時，針對該問題，最有效的解決方案就是統一計時方法，這樣就能解決不同型號設備的協同工作，以及系統內設備的統一工作。

2.3.2樹立同步標準

針對系統內數據延時，可以將保護裝置作為同步標準，電子互感器等其他設備已保護裝置為同步標準，利用軟件改進進行系統內統一，解決數據同步問題。

3數字化變電站繼電保護動態模擬測試方案

隨著數字化變電站內設備可靠性達到要求，對于繼電保護適應性問題就更多的取決于系統內設備的同步工作。在上面已經討論了影響系統內數據同步問題的因素，為更大的發揮各個設備的協調性，就需對繼電保護進行動態模擬測試，保證模擬測試的針對性，以發揮模擬測試的作用。數字化保護動態模擬測試應既可用于測試評估數字化保護在特定電網環境中的應用性能，也可用于考核數字化保護在數字化變電站系統中的整體功能及性能指標是否滿足設計目標及應用要求，數字化保護測試方法至少應涵蓋如下內容：

①根據具體要求模擬特定電網系統中的數字化變電站系統;

②模擬典型數字化變電站系統及典型組網方式;

③模擬各種電氣故障，測試數字化保護在系統出現故障時的性能;

④模擬測試電子式互感器及通信網絡可能出現的異常情況，測試數字化保護的運行性能。

數字化保護測試的主要指標同樣由保護動作的可靠性、選擇性、靈敏性及快速性反應，而變電站內多間隔多類型的電子式互感器的同時應用，也對保護的適應性提出了新的要求。同時，數字化保護為適應電子式互感器及過程層網絡的各種極端情況，保證保護裝置的可靠性，較之傳統保護增加了諸多閉鎖機制，因此，數字化保護測試要有針對性地測試相應閉鎖機制的合理性，實現在能夠保證保護裝置可靠工作的前提下，盡量延長保護的有效性工作時間。

結語

隨著信息化技術的不斷革新，數字化變電站的投入使用有了可能。由于系統內采用了數字化傳輸及處理技術，相比于傳統變電站其可靠性大大提高。在了解數字化變電站繼電保護機構發生的革新后，才能根據實際情況進行適應性分析以及動態測試分析，只有這樣其適應性分析才有可供參考的價值。當前，由于在技術上的突破，其繼電保護適應性得到改善，在實際應用中也發揮出一定的效益，這就給數字化變電站的實際應用打下基礎。但是在技術改善的同時，當前還存在著一些問題，相信隨著技術的不斷革新，問題能夠得到解決，數字化變電站能夠發揮更大的作用，在不久的未來，將發揮巨大的經濟及社會效益。

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