智能變電站故障對繼電保護的影響

李涼良，杜喆煒，楊 超

（國網浙江安吉縣供電有限公司，浙江 湖州 313300）

1 智能變電站與傳統變電站的區別

智能變電站與傳統變電站相比，結構和技術都發生了翻天覆地的變化。二次變電系統是智能變電站的主要組成部分之一，包括開關、監控裝置、變壓器、合并單元和保護設備等。以往的斷路器、保護裝置及變壓器內部使用的電纜較為復雜，經過改革后由光線代替。過去的電壓、電流采樣值以模擬信號為主，目前已經轉換為數字信號。此外，利用合并單元能夠實時采樣監測裝置和保護裝置的信號，使變電站全面升級，但同時要求智能變電站時間同步系統更加嚴謹和高效。整群抽樣是常規變電站的主要抽樣方法，無論主次電參數傳輸出現何種延遲情況，繼電保護裝置及其他自動化裝置都會在所獲取采樣脈沖對應TA、TV二次參數的基礎上詳細采樣，以保證采樣數據的同時性。利用電子式互感器之后，保護裝置和其他自動化裝置中的數據采集模塊發生了變化，逐漸向合并單元移動。只有前端模塊完成采樣并處理好合并單元，互感器才能獲取主要的變電參數。各個電感器采集和處理參數都是保持獨立的工作狀態，不需要各個部分協調統一。系統處理延時情況時會根據實際問題改變二次變化參數的具體傳送延時情況，因此二次變電參數不會同時存在于不同的變壓器之間，且無法直接應用于自動裝置的計算。想要實現各個區間合并單元在同一時間采集數據，需要依靠高精度時鐘同步技術。因此，繼電保護組成內容中，時鐘同步至關重要。此外，繼電保護能否正常、有序的工作，直接取決于時鐘同步性能的高低。

2 時間同步技術介紹

時間同步系統是一種能接收外部時間基準信號，并按照要求的時間精度向外輸出時間同步信號和時間信息的系統。它通過相應的技術手段實現網絡內時鐘精度極高的對準操作。實現網絡同步系統的方法主要有兩個。第一，建立相應的同步協議，其中包含的內容比較廣，如傳送時間印記、校正值的提取方法和時間印記格式等。第二，以時間同步協議為基礎實現技術應用，即應用時間矯正技術、同步精度提升技術等。此外，根據接受的時間，調整、控制設備內部的時鐘與時刻，這是時間同步的基本原理。當保證時刻已經校對到秒時，時間同步調控原理會觸發頻率和相位，即這一原理不僅能準確調控時鐘的頻率還能調控其相位，還可通過數值的方法表示時鐘的相位，即時間的時刻。但是，這與頻率同步之間存在差別，時間同步能夠接受非連續時間信息，調控設備時鐘也并非都是連續，即采取周期性方式調節和控制設備時鐘鎖相環。具體的周期與所接收的時間周期相對應，而時鐘精準度、調節方法和穩定性都會影響具體的調控[1]。

3 智能變電站故障對繼電保護造成的影響

時間及同步信息是電力系統二次變電設備必須應用的信息之一，需通過時間同步系統獲取。它通常包含微機繼電保護裝置、調度自動化系統和雷電定位系統等，主要的連接情況如圖1所示。

由圖1可知，主變連接圖主要由以下元器件組成。2號主變壓器中壓側合并單元A/B、110 kV母線合并單元A、1號主變壓器高壓側合并單元B與GPS時鐘源擴展板相連接，2號主變壓器低壓側合并單元A/B、110 kV母線合并單元B、2號主變壓器高壓側合并單元A/B、1號主變壓器高壓側合并單元A以及110 kV分段合并單元與羅盤時鐘源擴展板相連接。

圖1 主變連接圖

例如，在2018年6月25日19時20分26秒，110 kV區段合并單元與1號主變電高壓側合并單元失去同步，2號主變高壓側合并單元A/B與110 kV母線合并單元B在5 s之后發生同步消失，110 kV段合并單元和1號主變高壓側合并單元在1 s后恢復同步，2號主變壓器高壓側合并單元A/B與110 kV母線合并單元B在4 s后同步恢復。之后，2號主變壓器開關三側在差動保護下發生跳閘，但檢查后發現系統設備一切正常。此時，可初步認定是繼電保護發生了故障。一般情況下，系統工作期間合并單元采樣頻率為4 000 Hz/s，自0開始計數到3 999。一旦同步秒脈沖累積至一定值，合并單元會實施復位，重新從0開始計數。2號主變壓器合并單元同步故障時，與三側原始數據的具體對比情況分析如表1所示。

通過對比可知，110 kV段合并單元、110 kV母線合并單元、2號主變壓器合并單元B以及1號主變壓器合并單元A，都出現過同步丟失、技術跳轉、同步恢復和再次同步丟失的情況。雖然跳頻時間與恢復時間有差別，但是其跳頻幅度都是705幀。通過測試能夠看出，2號主變壓器合并單元不具備同步的自我保護能力，一旦羅盤系統衛星信號丟失，系統不能自動轉換為GPS時間，且在同一時間內，GPS時鐘源的擴展板不再發出定時信號，即與擴展板相連接的設備同時失去同步。采用不同步的情況下，主變壓器會自動鎖定差動保護。當逐漸恢復采樣并保持同步狀態時，主變壓器重新啟動差動保護。在這種情況下，查出的采樣數據均為能夠被80整除的數據，同時保障了三邊采樣的同步性。但時，如果僅僅將時間延遲的原因確定為網絡傳輸問題，就會導致主變壓器無法正確處理超過一個周期的時間差[2]。

造成故障的直接因素是主變壓器繼電保護設備存在問題。如果三方采集的樣本數量出現差別，誤動保護則無法實施故障鎖定操作。如果處于系統丟失羅盤時鐘源信號階段，系統將無法自行轉換為GPS時鐘源，期間將無法傳送定時信號，將間接導致故障。

4 結 論

將所有變電站信息轉化為數字化形式，構建網絡化信息平臺和規范的信息共享是人們研究和追求的目標。智能變電站實現了這一目標，利用光纖以太網實現所有設備與子系統的數據交換。本文重點介紹和分析了當前應用較廣泛的時間同步技術，簡單論述了時間同步系統設計原理，明確其影響后提出了針對性的優化方法，并通過不斷的改進和優化，使智能變電站系統更加穩定、安全、持久，從而為用戶提供更好的用電體驗。

表1 2號主變壓器合并單元A的同步對比情況