數字化變電站SMV同步方式對繼電保護的影響

貴州貴陽供電局 殷 慧

1 數字化變電站與繼電保護概述

1.1 傳統電網和繼電保護

傳統的電網自愈能力與供電的可靠性比較差，對于客戶服務較為簡單，且信息單向；系統內信息共享程度較低，無法構成一個實時、有機、統一的整體因此整個電網智能化的程度低。

1.2 智能電網和繼電保護

智能電網也被稱為知識型電網或是現代電網，其實現了信息、數字等前沿技術的有機融合，主要發展目標為建設節能、環保、高效、可靠以及穩定的現代化電網。當前，數字化變電站的繼電保護方案主要是根據具體的設備、技術水平所確定，數字化變電站的二次設備應是三層結構，一是智能終端設備，二是間隔層設備，三是站控層設備，其網絡也可劃分為以下三類，一是數據采樣(SMV)，二是控制(GOOSE)，三是信息管理(MMS)[1]。

2 SMV及其發展分析

Sampled Measured Val ue采樣測量值，也稱為SV(Sampl edVal ue),是一種用于實時傳輸數字采樣信息的通信服務。從發展歷史來說，SMV的發展先后經歷：IEC60044-8，IEC61850-9-1，IEC61850-9-2，目前主要采用IEC61850-9-2，IEC60044-8。

2.1 IEC60044-8

IEC60044-8是國際電工委員會為電子式互感器專門制定的一個標準，點對點光纖串行數據接口，目前主要采用IEC69870-5-1的FT3格式，故常稱之為FT3格式，其主要特點如下所示：（1）傳輸延時確定；（2）可以采用再采樣技術實現同步采樣；（3）硬件和軟件實現簡單；（4）固定12通道。

為了滿足變電站更加靈活的需求，國網公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護技術規范》對60044-8所定義的通用幀格式從12通道擴展到22通道，一般稱之為擴展FT3格式。

2.2 IEC61850-9-2

IEC61850-9-2：是國際電工委員會標準《IEC61850-9-2：特定通信服務映射(SCSM)》中所定義的一種采樣值傳輸方式，其主要特點如下所示：（1）傳輸延時不確定；（2）無法準確采用再采樣技術；（3）硬件軟件比較通用，但對交換機要求極高；（4）硬件和軟件實現都將困難；（5）不同間隔間數據到達時間不確定，不利于母差、變壓器等保護的數據處理[2]。

為了滿足變電站更加可靠的需求，合并單元不再依賴時鐘源進行同步，國網公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護技術規范》定義了點對點9-2的方式，具體技術要求如下：

（1）合并單元應輸出電子式互感器整體的采樣響應延時，額定延時時間不大于2ms。

（2）采樣值發送間隔離散值應小于10μs。

（3）通道延時需要在采樣數據集中作為一路通道發送。

3 數字化變電站SMV采樣同步方法

3.1 插值法

對于插值法，要求合并單元提供采樣的傳輸延時，保護測控設備通過減去延時還原站內實際采樣時刻，然后通過插值算法通過非同步樣本點來計算同步樣本點（適用于點對點方式9-2和44-8），具體如圖1所示。

圖1 插值法

3.2 時鐘同步法

對于利用公共時鐘脈沖的同步方法，各合并單元必須有時鐘輸入，并具備依照時鐘輸入信號給定的時間狀態取得同步樣本（適用于組網方式9-2），具體如圖2所示。

圖2 時鐘同步法

4 不同采集問題對繼電保護的影響

4.1 對PCS931的影響

4.1.1 SV數據無效對對保護的影響

（1）保護電壓數據無效：顯示無效采樣值，處理同保護TV斷線，即閉鎖與電壓相關的保護（如距離保護），退出方向元件（如零序過流自動退出方向），自動投入TV斷線過流等。

（2）保護電流數據無效：閉鎖保護（差動、距離、零序過流、TV斷線過流、過負荷）。

（3）啟動電流數據無效：啟動板24V正電源開放的條件切換到保護電流通道計算的結果，即在此情況下啟動板根據保護電流通道的數據自主判斷啟動，這樣可以有效避免保護板由于程序問題而導致的誤動作。當啟動電流通道數據無效或啟動電流檢修警時，不影響保護板的程序，保護板的程序保持不變[3]。

（4）啟動電壓數據無效：沒有影響，僅用于與保護電壓互校，互校不一致閉鎖全部保護。

（5）同期電壓數據無效：當重合閘檢定方式與同期電壓無關時（如不檢重合），不報同期電壓數據無效。當同期電壓數據無效時，閉鎖與同期電壓相關的重合檢定方式（如檢同期），即處理方式同同期TV斷線。

4.1.2 SV數據失步（僅對組網有影響）對保護的影響

（1）電壓或電流任一失步：電壓MU和電流MU任一失步，處理同保護PT斷線，即閉鎖與電壓相關的保護（如距離保護），退出方向元件（如零序過流自動退出方向），自動投入PT斷線過流。

（2）同期電壓失步：當重合閘檢定方式與同期電壓無關時（如不檢重合），不報同期電壓數據失步。當同期電壓數據失步時，閉鎖與同期電壓相關的重合檢定方式（如檢同期），即處理方式同同期TV斷線。

4.2 對PCS978的影響

4.2.1 SV數據無效對對保護的影響

（1）任意側相電流數據無效：僅閉鎖差動保護及本側過流保護，如果整定用自產零序情況下閉鎖該側相對應零序過流保護段。

（2）任意側零序電流數據無效：僅閉鎖該側整定為外接零序的零序過流保護段。

（3）任意側間隙電流數據無效：僅該側閉鎖間隙零序過流保護。

（4）任意側電壓數據無效：閉鎖該側零序過壓保護，該側所有與電壓相關的判據自動不滿足條件，復壓元件可以通過其他側起動，方向過流自動退出。

4.2.2 SV數據失步對保護的影響

（1）任一側相電流數據失步：閉鎖差動保護，如果本側采用和電流作為后備保護電流時同時閉鎖后備保護。

（2）任意側外接零序電流數據失步：對保護行為無影響。

（3）任意側間隙電流數據失步：對保護行為無影響。

（4）后備保護中的電流和電壓相對失步時：方向元件不滿足條件。

5 結論

隨著數字化變電站的逐漸推廣應用，影響繼電保護系統可靠性的因素更加復雜，上文重點分析了采樣環節對繼電保護的影響，通過合理選擇SMV采樣同步方法，盡量避免采樣故障帶來的一次設備長時間失去保護的風險，從而提高了保護運行的可靠性，實現數字化變電站的進一步發展與建設。

[1]劉旭升.討論數字化變電站及其對繼電保護的影響[J].城市建設理論研究:電子版,2013.

[2]何瑞文,謝瓊香,蔡澤祥.數字化電氣信息采集對繼電保護可靠性的影響[J].廣東工業大學學報,2013,30(2):68-73.

[3]李仲青,周澤昕,黃毅,等.數字化變電站繼電保護適應性研究[J].電網技術,2011(05):210-215.