數字化變電站繼電保護適應性研究

李小倩

成都理工大學

數字化變電站繼電保護適應性研究

李小倩

成都理工大學

隨著網絡通信科技的快速發展，不斷推動著數變電站繼電保護技術的深入應用，其中存在的問題也隨著應用加深日益凸顯。在數字化變電站中，采用電子式互感器與過程層網絡化工程，具有安全性強、測量精度高、響應范圍高等優點，其成熟化的技術應用能夠有效。本文以數字化變電站的繼電保護適應性為研究對象，結合已有理論成果和實踐應用，分析了繼電保護對電子式互感器的適應性，以為解決繼電保護長期存在的技術難題，提供可供參考的意見和建議。

數字化變電站；繼電保護；過程層網絡；適應性技術

隨著經濟水平和科學技術的飛速發展，國家智能電網建設大大背景下，數字化變電站得到了普及推廣，顯示出電網在新時期的自動化運行和管理水平，其應用技術的完善變革在實踐中表現出積極作用和巨大價值。與傳統變電站裝置相比，數字化變電站中繼電保護裝置的微處理器主要由數字電路構成，其中有大量接口可選擇，功能非常齊全。繼電保護裝置利用電子互感器對變電站中的信息進行數據采集，并進行處理，然后再通過內部光前進行信號傳送和輸出。因此電子式互感器對于繼電保護技術的快速發展具有重要的意義。

1.過程層組網方案

星型拓撲結構的過程層組網絡在數字化變電站中應用較多，這種結構的以太網安全性能較高，但其結構的特點對交換機的穩定性提出了更高的要求。一旦出現故障問題，就會影響到部分甚至全網的正常運行。這就涉及到雙網冗余配置的應用，實現物理上完全獨立的雙網。雙網過程層網絡中均采用雙套的IED設備，來完成有效的保護、合并及智能操作，以提高星型拓撲結構過程層通信網絡的穩定性。同時采用成熟的技術手段實時監控網絡，及時發現網絡異常狀況，以及時有效的對站內相關設備進行保護。

在數字化變電站過程層和間隔層中傳送的數據中，有很多都具有很強的實效性，比如變電站事件報文等，這些數據在出現系統故障或者無操作時，常常突然大量產生，造成網絡通道堵塞。因此，需要在過程層網絡中對信息流進行優先級分類，并加強虛擬局域網劃分、組播注冊協議等技術的應用，以保證實效性高的信息能及時輸送到達，并提高網絡性能的穩定性。

2.繼電保護適應性分析

2.1 保護動作的實時性

電子互感器的工作原理可以分為有源式和無源式，受生產廠家在制造工藝及技術運用上的差異影響，不同的電子式互感器在處理延時等方面，具有很多差異。眾多研究證實，在相同環境下，電子式交互器的處理延時，網絡延時，以及采樣值造成的保護裝置延時，這些共同導致了數字化保護動作出口延時增大，與傳統保護裝置動作時間相比，保護動作的時間增加。

針對以上影響，可以通過一些技術方法來加以改善保護出口的動作時間：提高對電子式互感器的技術要求，降低延時；對保護算法做優化調整，提高數據處理效率；優化系統組網方式，減少網絡延時。

2.2 互感器數據異常的應對

電子式互感器的可判故障和互感器硬件受干擾，都可能導致輸送過來的數據出現異常。一般情況下，繼電保護是通過判別采數據的品質位來判斷數據是否有效。但在互感器硬件受到干擾的情況下，此時采樣數據仍然有效，繼電保護無法通過正常方式進行處理，就有可能造成誤動作產生。因此，需要優化保護裝置在電子式互感器數據異常時的判別水平，結合實踐經驗來提高保護裝置的有效性，保障正確動作產生。

除此之外，還可以通過以下手段加強繼電保護在電子式互感器數據異常時的應對水平：對電子式互感器進行入網監測，對其提出更高的穩定要求；電子互感器中，測量的元件和數據與保護的元件和數據相互獨立，可以通過測量數據和保護數據的對比，完成對采樣數據的監控，提高繼電保護動作的準確性；通過兩路獨立系統完成數據的采集和輸送，并發送保護裝置，由保護裝置分別利用數據進行啟動及運算，在兩路數據不一致時，不導致誤動作出口的發生。

2.3 采樣同步處理的要求

受過程層組網結構、電子式互感器制造技術以及網絡設備應用的影響，數據采樣傳輸延時增大，采樣延時存在差異。采集數據的同步處理受到這些不利因素的影響，解決起來更有難度。間隔層與過程層要實現數據同步，就需要克服傳輸延時的影響，分析出數據的準確采樣時間。

可以通過以下幾種方式來實現采樣數據的同步處理：數字化變電站內統一使用外部時鐘源，如同步衛星時鐘、高精度電子鐘等，通過可靠的外部時鐘源來當做數據采集的同步源；電子式互感器和保護裝置通過插值算法，進行數據同步處理；在各保護裝置配置對應的合并單元，將其作為電子式互感器采樣的同步源，以保證該保護裝置內采樣數據的同步性。

3.動態模擬測試方案

數字化變電站繼電保護的可靠性、實時性、準確性是數字化繼電保護的主要評判標準。在數字化變電站內，由于特有的組網方式、多種電子式互感器和大量網絡相關設備的應用，對繼電保護適應性提出了更高的要求，且其適應性能力不再僅僅由硬件設備而決定，網絡和配置之間的協同工作能力也非常重要。因此，電子化變電站的網絡系統的集中性能測試，顯得至關重要。動態模擬測試數宇化變電站繼電保護的內容，包括繼電保護在網絡環境下的應用水平，數字化變電站規劃目標和整體功能的符合程度等等。具體的測試內容包括：模擬各種實際應用中的高發故障，測試數字化繼電保護對故障的辨別處理能力；模擬特定的數字化變電站組網方式和系統，判斷其穩定性水平；模擬電子式互感器及網絡通信常見的異常，通過在此情況下的繼電保護動作來評估數字化保護的應用性能。

4.結語

隨著科學的進步和經濟的發展，關于數字化變電站建設的理論研究及實踐應用逐漸增多，過程層網絡的組網結構、網絡通信的安全可靠、電子式互感器數據的實時和同步，這些問題將會隨著技術的發展逐漸被一一克服。因此對數字化變電站繼電保護適應性進行研究，對于促進繼電保護技術的發展，完善我國電力系統建設，具有重大的現實意義和應用價值。

[1]汪經華.數字化變電站繼電保護適應性分析[J].大科技,2016（21）:241-241

[2]莫曉榕.數字化變電站繼電保護適應性研究[J].中國科技博覽,2015（16）:58-58

李小倩（1992-），女，四川西昌人，成都理工大學電氣工程及電力系統自動化專業2013級學生。