淺談采樣不同步對智能變電站主變差動保護的影響

黃曉舟 趙婧

摘 要：本文主要討論了主變壓器各側合并單元與主變保護裝置的采樣通信出現不同步的問題時所可能出現的后果。為今后智能變電站主變保護的進一步發展提供參考。

關鍵詞：采樣；不同步；差動保護

中圖分類號：TM63 文獻標識碼：A

隨著科技發展和社會進步，智能變電站已成為未來電網建設的重頭戲。而智能變電站采用了三層兩網的網絡結構，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，一個采樣同步的問題就呼之欲出了。在傳統綜自變電站中，二次電纜能夠將模擬量直接給保護裝置進行A/D轉換。而在智能變電站的結構中，模擬量在合并單元（MU）進行A/D轉換，再將數字量通過光纜傳輸給保護裝置。另一方面，主變保護裝置需要同時采集各側的采樣值進行保護運算。因此，采樣同步問題對于主變保護的正常運行有著至關重要的作用。本文也將著手于此問題展開討論。

1 MU與保護裝置的采樣同步

如上文所述，在智能變電站的結構中，CT、PT的二次值需要首先經過MU的A/D轉換，再通過過程層網絡將數字量從過程層的MU傳輸至間隔層的保護裝置。目前智能變電站保護信息傳輸方式主要包括直采直跳、直采網跳、網采網跳三種。而根據國家電網公司的有關規定，為了保證采樣值的相對對應性，對于SV網的信息傳輸采用直采的方式。

2 主變差動保護

主變保護的主保護分為電量的主保護和非電量的主保護，其中非電量的主保護一般指的是瓦斯保護，而電量的主保護則指的是本文要討論的差動保護。

2.1 主變差動保護的基本原理

差動保護，顧名思義，就是說當變壓器各側的電流相比較存在的差電流值超過保護裝置的定值時，保護裝置就需要動作于跳閘。簡單地來說，也就是基爾霍夫定律，把變壓器看作是一個大的結點，在正常運行情況下，同一時刻，流進和流出的電流要相等。若變壓器區內出現故障，流進和流出的電流就會出現不等的情況，此時形成的差電流若大于裝置定值，保護裝置就需要瞬時動作，跳開各側的開關保護主變壓器。

2.2 差動計算的相角補償

當然，在進行差動計算中，不可忽視的一點就是由于變壓器各側的電壓等級不同、電流互感器變比不同、接線方式不同，各側的電流是不能夠直接進行比較的。因此，在進行差動計算時就需要先進行轉換。下面以一個簡單的110kV/10kV的兩繞組主變壓器為例，進行差動計算。

由于主變接線方式是Y/△-11型接線方式。因此，在對兩側的電流進行差動計算的時候必然存在相位差補償的問題。而對于這個問題的解決方法，各保護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系列的變壓器保護為例進行轉角計算。在RCS-978系列中，轉角算法采取的是△→Y的算法。應用到本例中，可以得出以下公式：

Y側：

△側：

經過轉換后，△側A相電流較轉換之前電流角度滯后了30°。換言之，在忽略高壓側零序電流的情況下，我們考慮兩側電流平衡的狀態下A相的電流。假設，△側轉換前A相的電流=|sin（2πf×t）|；而在經過△→Y轉換后，△側A相的電流=|sin（2πf×t-30°）|。那么在電流平衡的狀態下，Y側A相的電流

=

3 采樣不同步對差動計算的影響

通過前面的討論，我們得出了在平衡狀態下，Y側和△側的平衡電流的大小和方向。可以看出，在兩側采樣同步的情況下，當變壓器兩側電流處于平衡狀態，即區內不出現故障的情況下，Y側和△側的電流在經過相角補償后，相角相同，大小相差一個變壓器變比的倍數。那么，顯而易見的，當兩側的采樣出現不同步的現象時。變壓器兩側的電流即使在經過相角補償之后，相角依然存在一個相角差。同時，二者的電流大小也會出現差異。下面就來進行詳細分析。

我們都知道，在國網系統中，電流頻率為50Hz。也就是說一個周波的電流需要的時間為20ms。若我們假設Y側超前△側2ms，我們對t=0時刻進行計算比較。

轉換前△側A相電流=0

轉換后△側A相電流=|sin（-30°） |=0.5A

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

由此可以看出，當Y側超前△側2ms時，兩側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，變壓器兩側的差流達到了0.46A，這無疑是會導致主變差動保護誤動的。同樣地按照上述方法，計算出在此種情況下同一時刻B、C兩相的差流，也可以很容易地發現其差流會引起差動動作跳開主變各側開關。

結語

從本文的討論可以看出，當變壓器各側MU與保護裝置的采樣出現不同步現象時，可能會造成極其嚴重的后果。因此研究出一套能夠妥善應對采樣不同步的保護程序對于智能變電站的安全穩定運行是刻不容緩的。同時，還需要加強對于MU的對時信號進行實時監控，及時發現異常，無疑對于整個電網的安全穩定運行有著至關重要的作用。

參考文獻

[1]林彬，趙亮，喬忠智.智能變電站時間同步系統研究[J].數字技術與應用，2012（10）：15.

[2]國家電網公司.智能變電站技術導則[S].2009.

[3]RCS-978系列變壓器成套保護裝置220kV版說明書，南京南瑞繼保電氣有限公司[Z].