淺談采樣不同步對智能變電站主變差動(dòng)保護(hù)的影響

黃曉舟 趙婧

摘 要：本文主要討論了主變壓器各側(cè)合并單元與主變保護(hù)裝置的采樣通信出現(xiàn)不同步的問題時(shí)所可能出現(xiàn)的后果。為今后智能變電站主變保護(hù)的進(jìn)一步發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：采樣；不同步；差動(dòng)保護(hù)

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

隨著科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，智能變電站已成為未來電網(wǎng)建設(shè)的重頭戲。而智能變電站采用了三層兩網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少了二次電纜的使用量，取而代之的是能夠很大信息帶寬的光纜。于是，一個(gè)采樣同步的問題就呼之欲出了。在傳統(tǒng)綜自變電站中，二次電纜能夠?qū)⒛M量直接給保護(hù)裝置進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。而在智能變電站的結(jié)構(gòu)中，模擬量在合并單元（MU）進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再將數(shù)字量通過光纜傳輸給保護(hù)裝置。另一方面，主變保護(hù)裝置需要同時(shí)采集各側(cè)的采樣值進(jìn)行保護(hù)運(yùn)算。因此，采樣同步問題對于主變保護(hù)的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。本文也將著手于此問題展開討論。

1 MU與保護(hù)裝置的采樣同步

如上文所述，在智能變電站的結(jié)構(gòu)中，CT、PT的二次值需要首先經(jīng)過MU的A/D轉(zhuǎn)換，再通過過程層網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字量從過程層的MU傳輸至間隔層的保護(hù)裝置。目前智能變電站保護(hù)信息傳輸方式主要包括直采直跳、直采網(wǎng)跳、網(wǎng)采網(wǎng)跳三種。而根據(jù)國家電網(wǎng)公司的有關(guān)規(guī)定，為了保證采樣值的相對對應(yīng)性，對于SV網(wǎng)的信息傳輸采用直采的方式。

2 主變差動(dòng)保護(hù)

主變保護(hù)的主保護(hù)分為電量的主保護(hù)和非電量的主保護(hù)，其中非電量的主保護(hù)一般指的是瓦斯保護(hù)，而電量的主保護(hù)則指的是本文要討論的差動(dòng)保護(hù)。

2.1 主變差動(dòng)保護(hù)的基本原理

差動(dòng)保護(hù)，顧名思義，就是說當(dāng)變壓器各側(cè)的電流相比較存在的差電流值超過保護(hù)裝置的定值時(shí)，保護(hù)裝置就需要?jiǎng)幼饔谔l。簡單地來說，也就是基爾霍夫定律，把變壓器看作是一個(gè)大的結(jié)點(diǎn)，在正常運(yùn)行情況下，同一時(shí)刻，流進(jìn)和流出的電流要相等。若變壓器區(qū)內(nèi)出現(xiàn)故障，流進(jìn)和流出的電流就會(huì)出現(xiàn)不等的情況，此時(shí)形成的差電流若大于裝置定值，保護(hù)裝置就需要瞬時(shí)動(dòng)作，跳開各側(cè)的開關(guān)保護(hù)主變壓器。

2.2 差動(dòng)計(jì)算的相角補(bǔ)償

當(dāng)然，在進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算中，不可忽視的一點(diǎn)就是由于變壓器各側(cè)的電壓等級不同、電流互感器變比不同、接線方式不同，各側(cè)的電流是不能夠直接進(jìn)行比較的。因此，在進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算時(shí)就需要先進(jìn)行轉(zhuǎn)換。下面以一個(gè)簡單的110kV/10kV的兩繞組主變壓器為例，進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算。

由于主變接線方式是Y/△-11型接線方式。因此，在對兩側(cè)的電流進(jìn)行差動(dòng)計(jì)算的時(shí)候必然存在相位差補(bǔ)償?shù)膯栴}。而對于這個(gè)問題的解決方法，各保護(hù)廠家的裝置軟件有著不同的算法。在這里，就以南瑞繼保的RCS-978系列的變壓器保護(hù)為例進(jìn)行轉(zhuǎn)角計(jì)算。在RCS-978系列中，轉(zhuǎn)角算法采取的是△→Y的算法。應(yīng)用到本例中，可以得出以下公式：

Y側(cè)：

△側(cè)：

經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，△側(cè)A相電流較轉(zhuǎn)換之前電流角度滯后了30°。換言之，在忽略高壓側(cè)零序電流的情況下，我們考慮兩側(cè)電流平衡的狀態(tài)下A相的電流。假設(shè)，△側(cè)轉(zhuǎn)換前A相的電流=|sin（2πf×t）|；而在經(jīng)過△→Y轉(zhuǎn)換后，△側(cè)A相的電流=|sin（2πf×t-30°）|。那么在電流平衡的狀態(tài)下，Y側(cè)A相的電流

=

3 采樣不同步對差動(dòng)計(jì)算的影響

通過前面的討論，我們得出了在平衡狀態(tài)下，Y側(cè)和△側(cè)的平衡電流的大小和方向?？梢钥闯?，在兩側(cè)采樣同步的情況下，當(dāng)變壓器兩側(cè)電流處于平衡狀態(tài)，即區(qū)內(nèi)不出現(xiàn)故障的情況下，Y側(cè)和△側(cè)的電流在經(jīng)過相角補(bǔ)償后，相角相同，大小相差一個(gè)變壓器變比的倍數(shù)。那么，顯而易見的，當(dāng)兩側(cè)的采樣出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象時(shí)。變壓器兩側(cè)的電流即使在經(jīng)過相角補(bǔ)償之后，相角依然存在一個(gè)相角差。同時(shí)，二者的電流大小也會(huì)出現(xiàn)差異。下面就來進(jìn)行詳細(xì)分析。

我們都知道，在國網(wǎng)系統(tǒng)中，電流頻率為50Hz。也就是說一個(gè)周波的電流需要的時(shí)間為20ms。若我們假設(shè)Y側(cè)超前△側(cè)2ms，我們對t=0時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算比較。

轉(zhuǎn)換前△側(cè)A相電流=0

轉(zhuǎn)換后△側(cè)A相電流=|sin（-30°） |=0.5A

Y側(cè)A相電流=（5 sin（2×π× 50×0.002-30°）/11=（5sin6°）/11=0.05A

由此可以看出，當(dāng)Y側(cè)超前△側(cè)2ms時(shí)，兩側(cè)電流在在相角上小差36°，通過余弦定理可以得出

可以看出，此時(shí)，變壓器兩側(cè)的差流達(dá)到了0.46A，這無疑是會(huì)導(dǎo)致主變差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的。同樣地按照上述方法，計(jì)算出在此種情況下同一時(shí)刻B、C兩相的差流，也可以很容易地發(fā)現(xiàn)其差流會(huì)引起差動(dòng)動(dòng)作跳開主變各側(cè)開關(guān)。

結(jié)語

從本文的討論可以看出，當(dāng)變壓器各側(cè)MU與保護(hù)裝置的采樣出現(xiàn)不同步現(xiàn)象時(shí)，可能會(huì)造成極其嚴(yán)重的后果。因此研究出一套能夠妥善應(yīng)對采樣不同步的保護(hù)程序?qū)τ谥悄茏冸娬镜陌踩€(wěn)定運(yùn)行是刻不容緩的。同時(shí)，還需要加強(qiáng)對于MU的對時(shí)信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，無疑對于整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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