數字化變電站的繼電保護適應性分析

摘 要：根據國家電網仿真中心動態模擬實驗室對數字化變電站二次設備系統級、網絡化動態模擬實驗的分析研究成果表明，對數字化變電站過程層的組網方案、繼電保護裝置的動作快速性問題、電子式互感器采樣同步方案、變電站間電流差動保護的數據同步問題作為研究基礎，以此來找出解決問題的方法，然后對數字化變電站系統級網絡測試的動模式實驗方案進行了改革。

關鍵詞：數字化變電站；過程層通信網絡；電子式互感器；繼電保護；動態模擬

1 繼電保護對電子式互感器及通信網絡適應性研究分析

目前來看電子互感器根據其工作原理分為兩種主要形式，即有源式和無源式，這成為了數字化變電站工程中應用形式的主要方法體現，根據電子式互感器的工作原理可以將其劃分為基于Rogowski線圈原理和基于光學原理。另外對電子式互感器工作中數據采集傳感器的準確性和實時性的判斷，雖然IEC/60044-8標準中有一定的規定，但是不同廠家之間的原理制造工藝技術上會有所不同，這就使不同廠家之間制造的電子式互感器在處理延時和量程指標方面，有很多的不同。

1.1 測量延時不同的分析

如圖1所示，表明了錄波器在一個時間內記錄的2個廠家電子式電流互感器測量的電流相量，經過一定的計算之后，保護接受的2個電流互感器測量結果延時之間差了0.5ms。但是要想達到減少和預防這類誤差對繼電保護帶來的嚴重損害的目的，就要求在進行工程應用之前對電子式互感器的測量延時，要采取一定的措施，檢測其是否合格，另外還可根據其延時差異，增添設定的延時補償系統在其保護裝置中，這樣可使其對不同的互感器之間的固有延時差異，能夠進行一定的補償工作來滿足繼電保護工作的需求。

1.2 量程之間差異的分析

電子式互感器測量輸出的范圍有一定標準，如果測量值大于這個范圍，則會造成其互感器+輸出量程的上下限值出現不同程度變動，如圖2所示，電流波形會呈現出“平頂”的情況。這時與之相對應的配合應用和不同廠家生產的電子式互感器，如果在測量范圍上有不同情況出現，就會使其測量值比互感器量程要大，從而造成同一測量值輸出的測量結果不一致，還會出現嚴重的差異化結果，能夠不同程度的影響到保護裝置的功能，更嚴重的會給電流差動保護帶來不準確的動作。此外，根據動態模擬實驗的觀察分析，可得出參試電子式電流互感器量程的最大差異在7%左右，如果線路保護定時提供電流采用的是2類互感器利用3/2接線方式，則會有區外事故短路電流大于兩互感器的量程的現象出現，這最終造成線路保護發生誤動。因此在工程應用中要注意，如果其提供的電流差動保護的電子式電流互感器有配合要求，選用的應是同一個廠家的同型設備。

2 電子式互感器和過程層網對保護動作實時性影響分析

2.1 數字化保護動作出口延時加大的主要原因和解決方式

出現數字化保護動作出口延時加大現象，主要是因為電子式互感處理器的延時、網絡延時、保護裝置使用的是采樣延時的方法來進行設計時間裕度的，而圖3、圖4所示為常規保護和數字化保護動作時間的影響因素。

根據以上因素，采取了對以下方式來縮短保護出口的工作時間：

（1）對電子式互感器的技術進行改進與革新，以此來減少電子式互感器整體的延時處理。

（2）對其保護的算法要進行定期的改變，及時引進高科技技術來進行計算，使采樣頻率向互感器發送采樣數據頻率的整除倍數轉變，從而大大縮短了數據處理過程重新插值采樣所用的時間。

（3）在數字化變電站的計劃中，要對過程層網絡的機構設計理念進行創新與改善，從而使過程層網絡通信技術的實時性得到不同程度加強。

2.2 繼電保護應對電子式互感器數據異常的方案研究

（1）首先電子式互感器的網絡檢測要增加力度，還要對電子式互感器穩定性設置一定的要求，以此來加強其工作的穩定性。（2）電子式互感器中的測量傳感元件、數據采集系統是互相獨立存在的，而合并單元發送的每個數據，在同一時間內帶有用于保護和測量的采樣值兩方面內容，因此可以使計算能夠經過帶入一些測量數據和保護數據之間的對比，進而保護其進行接收采樣數據監控的過程，在這其中如果發生突變的僅為一個數據，相應保護也不會啟動。（3）依據于電子式互感器中傳感元件的工作方式，其主要是以2路獨立數據采集機構完成采集之后，2路采集機構的輸出才會在相同的合并單元內接入，這樣能夠保證傳送到保護裝置的過程較為順利，接著是保護裝置把2組數據以不同的形式分別用于啟動和動作判斷的計算中，從而保證僅有一組數據發生變化時，不會給動作出口帶來影響，避免誤動現象的出現。（4）按照基爾霍夫電流定律可得出，相同節點流入、流出電流矢量之和為零，對于過程層采樣值組網的狀態，讓保護裝置充分使用過程層數據的分享來對其它電流進行采集，并運用相關的計算方法對其進行準確、可靠的計算，以此來保證保護算法對電子式電流互感器采集電流的監控，若發現其不相同就不能啟動保護。

2.3 數字化變電站繼電保護和電子式互感器的采樣同步問題

由于數字化變電站采樣數據同步處理對整個系統起著至關重要的作用，所以對數字化變電站采樣數據的處理設計一下幾種：

（1）變電站內所有時鐘應相同。保持一致的原因是因為變電站內設備整體的外部時鐘源可作為電子式互感器數據的同步源，而其外部時鐘源，同時又有同步衛星時鐘信號包含在內，比如有GPS、北斗、伽利略衛星等主要時鐘信號，此外可采用銣鐘、銫鐘這些高科技且高精度的電子鐘和基于同步數字化體系光纖網絡時間，來進行同步，這是提高外部鐘源的準確性的首要措施。

（2）電子式互感器的計算方式的有效處理，對其可采用合并單元格插值的方式，來完成計算，此外對其同步處理可采取采樣數據方式。對保護裝置可采用插值的計算方式，同步處理所接受的對應數據。

（3）對應電子式互感器采集數據的同步源可用保護裝置，這對相同的保護裝置中，其有關聯的電子式互感器的采樣數據同步問題可有效解決。

3 變電站間電流差動保護同步配合方案

目前對于數字化變電站線路電流差動保護，其數據同步處理的方式，主要有以下兩種：

（1）數字化變電站線路電流差動保護的計算方式不需要接受外部同步信號，這樣可以讓數字化變電站電流差動保護與傳統保護進行有效對比，從而使其能夠經過采樣時刻調整法、時鐘校正法、插值法來對兩側的數據進行同步處理。

（2）數字變電站線路電流差動保護計算方法，需要接受外部同步信號，這在采樣值通過過程層網路傳輸的變電站中普遍采用。

4 結束語

根據以上對數字化變電站的繼電保護適應性的分析，并結合動態模擬實驗成果，對數字化變電站的應用提出了一定的解決措施。

參考文獻

[1]高翔.數字化變電站的繼電保護適應性分析[J].電網技術，2011，06.

[2]張裴超.數字化變電站系統結構[J].電網技術，2010，04.