智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的若干問(wèn)題分析

王志強(qiáng)

（國(guó)網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司，山東德州，253400）

0 引言

繼電保護(hù)系統(tǒng)在智能變電站的運(yùn)行中承擔(dān)著重要作用，不僅具有自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)斷電等功能，還能夠針對(duì)變電站的日常運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，有助于故障問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與解決，進(jìn)一步推動(dòng)了電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展。

1 智能變電站的特點(diǎn)

其一是相關(guān)的合并單元、電子式互感器和智能終端等新設(shè)備相繼出現(xiàn)，為繼電保護(hù)過(guò)程中的相關(guān)測(cè)量控制操作提供了便捷；其二是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的大量應(yīng)用，不僅局限于站控層，更延伸至過(guò)程層；其三是二次接線設(shè)計(jì)大量采用光纜，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化輸出[1]。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的具體問(wèn)題

2.1 電子式互感器

在繼電保護(hù)系統(tǒng)中，電子式互感器的使用對(duì)于線路安全、變壓器運(yùn)行、母聯(lián)與母線等都形成了較為有效的保護(hù)作用，一定程度上為繼電保護(hù)增添了可靠性。然而在電子式互感器的具體應(yīng)用過(guò)程中也存在諸多顯著問(wèn)題。

其一，電子互感器的使用增添了系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，器件的增加會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性有所下降，部件之間的延時(shí)問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)、采樣難以達(dá)到同步等問(wèn)題都會(huì)進(jìn)一步影響到繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作。

其二，變電技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用致使站內(nèi)電磁環(huán)境呈現(xiàn)出日益復(fù)雜化的特質(zhì)，對(duì)于電子式互感器的正常工作造成了一定干擾，尤其以采集器作為其中的代表，最易受到電磁干擾的影響。當(dāng)斷路器與開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合操作，或系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)，也會(huì)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常工作運(yùn)行造成一定干擾。

其三，在電網(wǎng)發(fā)生擾動(dòng)、電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障期間，處于暫態(tài)過(guò)程的電流互感器將直接影響到電子式互感器測(cè)量的精確度，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤動(dòng)作。如今變壓器空載投入與空載合閘的情況發(fā)生時(shí)都會(huì)伴隨一定感應(yīng)電流的出現(xiàn)，一定程度上也會(huì)導(dǎo)致周邊電力設(shè)備的保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)作，對(duì)于智能變電站的正常運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。此外，在繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，變壓器、互感器這類非線性鐵磁元件的暫態(tài)過(guò)程并非獨(dú)立存在與發(fā)生的，彼此間會(huì)產(chǎn)生交互作用，進(jìn)一步影響到繼電保護(hù)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

其四，作為電子式互感器的關(guān)鍵組成元件，模擬信號(hào)在合并單元上得到有效匯集，并由此轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。鑒于采樣時(shí)間序列與接收數(shù)字量采樣存在不對(duì)等關(guān)系，因此選擇采用插值算法的方式進(jìn)行重新采樣。但該算法自身便存在較大的漏洞，受算法難易程度以及算法階數(shù)的影響，在插值時(shí)必然會(huì)產(chǎn)生一定誤差，并且插值的位置選擇會(huì)直接影響到信號(hào)的諧波。在具體計(jì)算時(shí)常常為追求插值速度而忽視算法的準(zhǔn)確度，進(jìn)而造成插值結(jié)果與實(shí)際情況存在較大誤差。同時(shí)，受合并單元自身性能的影響，倘若其電源受到損壞或外界電磁波對(duì)其造成干擾，都會(huì)影響到合并單元的正常工作，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致合并單元發(fā)生重啟的異常情況。此外，諸如計(jì)數(shù)程序等程序上出現(xiàn)疏忽也會(huì)影響到合并單元的準(zhǔn)確性，合并單元的安全可靠性對(duì)于繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著重要的意義。

2.2 對(duì)時(shí)同步系統(tǒng)

相較于傳統(tǒng)變電站而言，智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與對(duì)時(shí)同步系統(tǒng)提出了較高的要求。倘若數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，將會(huì)直接影響到繼電保護(hù)裝置的照常工作，進(jìn)而導(dǎo)致測(cè)控系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行；而倘若對(duì)時(shí)同步系統(tǒng)出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致各個(gè)采集單元難以秉持統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，進(jìn)而導(dǎo)致在同一時(shí)刻界定范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌瑫r(shí)刻的數(shù)據(jù)，致使繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性有所降低。

當(dāng)前在我國(guó)變電站中，繼電保護(hù)系統(tǒng)中的時(shí)鐘源主要依靠接收衛(wèi)星信號(hào)，并以此作為對(duì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)參照，但時(shí)鐘接收信號(hào)的能力會(huì)受到地理位置、天氣變化等多重因素的影響而產(chǎn)生偏差，因此要想確保提高對(duì)時(shí)同步系統(tǒng)的可靠性，還需要加強(qiáng)主時(shí)鐘的守時(shí)能力，并結(jié)合實(shí)際偏差選取最佳的拉入同步策略。鑒于同步系統(tǒng)中存在諸多復(fù)雜環(huán)節(jié)，各個(gè)環(huán)節(jié)存在的干擾將極有可能導(dǎo)致時(shí)鐘同步信號(hào)在輸出到合并單元時(shí)產(chǎn)生異常跳變。在此情況下，應(yīng)當(dāng)盡量保證合并單元輸出帶有同步品質(zhì)因數(shù)的連續(xù)、穩(wěn)定數(shù)據(jù)，以期最大限度消解對(duì)于繼電保護(hù)設(shè)備造成的影響。

通過(guò)分析以上關(guān)于對(duì)時(shí)同步系統(tǒng)對(duì)繼電保護(hù)裝置造成的影響，可以從以下三方面予以解決：首先是針對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電流或電壓任一數(shù)據(jù)失步時(shí)，保護(hù)系統(tǒng)收到信號(hào)后會(huì)立即執(zhí)行閉鎖式保護(hù)，與此同時(shí)退出相應(yīng)的方向元件，并自動(dòng)投入電壓互感器斷線過(guò)流。其次是針對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)，主要分為兩種情況，一種是任一測(cè)相的電流失步，則應(yīng)閉鎖變壓器差動(dòng)保護(hù)；另一種是外接零序電流或間隙電流失步，這一情況則并不影響保護(hù)行為。最后是針對(duì)母線進(jìn)行保護(hù)，倘若母線電壓通道數(shù)據(jù)發(fā)生無(wú)效或失步等問(wèn)題時(shí)，則無(wú)需閉鎖差動(dòng)保護(hù)，但應(yīng)閉鎖該母線電壓對(duì)保護(hù)有影響的判據(jù)；倘若支路保護(hù)電流出現(xiàn)失步問(wèn)題，則需要將差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行閉鎖；倘若母聯(lián)支路電流通道數(shù)據(jù)失步，則無(wú)需閉鎖母線保護(hù)；當(dāng)支路電流失步時(shí)，則無(wú)需閉鎖支路的失靈保護(hù)[2]。

以上述探討為依據(jù)，可以判斷出對(duì)時(shí)同步系統(tǒng)是影響繼電保護(hù)系統(tǒng)效能的主要因素之一。此外，由于主時(shí)鐘的信號(hào)接收能力會(huì)直接影響到保護(hù)測(cè)控設(shè)備的運(yùn)行，因此繼電保護(hù)系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)不斷攻克技術(shù)難關(guān)，逐步減少對(duì)于衛(wèi)星同步信號(hào)的依賴，加強(qiáng)對(duì)于本地時(shí)鐘信號(hào)的研發(fā)與應(yīng)用，才能夠更好的改善信號(hào)同步問(wèn)題，提高對(duì)時(shí)的精準(zhǔn)性。

2.3 就地保護(hù)

為有效減少戶外環(huán)境對(duì)于電子式互感器工作造成的影響，減少突變與漸變等故障對(duì)采樣信息準(zhǔn)確度的影響，如今智能變電站創(chuàng)新采用就地保護(hù)這一形式，將保護(hù)裝置直接放置在被保護(hù)元件周圍，不僅可以提高互感器的測(cè)量效率，弱化網(wǎng)絡(luò)故障對(duì)于保護(hù)裝置運(yùn)行的影響，還減少了對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)的依賴，提高保護(hù)裝置的可靠性。但與此同時(shí)需要注意的是，就地保護(hù)要求繼電保護(hù)裝置在室外進(jìn)行工作，既會(huì)受到復(fù)雜多變的地理環(huán)境、氣候條件影響，為保護(hù)裝置的使用壽命及應(yīng)用有效性帶來(lái)了多種變動(dòng)因素，也會(huì)受到戶外復(fù)雜電磁環(huán)境的干擾，進(jìn)而影響到繼電保護(hù)裝置運(yùn)行的可靠性。

2.4 異常數(shù)據(jù)

如今我國(guó)智能變電站已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了信息共享，不僅推動(dòng)了智能變電站的信息化建設(shè)，相應(yīng)也對(duì)于數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度提出了較高的要求?！帮w點(diǎn)”即為我國(guó)智能變電站電子式互感器采集到的異常數(shù)據(jù)的代表，該數(shù)據(jù)雖然在品質(zhì)位上呈現(xiàn)出正常狀態(tài)，并通過(guò)合并單元完成信號(hào)處理，但其實(shí)質(zhì)上已經(jīng)無(wú)法將原始信號(hào)的信息反映出來(lái)，常常因其幅值過(guò)大而被保護(hù)系統(tǒng)判斷為故障信號(hào)，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生誤動(dòng)操作。針對(duì)此問(wèn)題可利用基于幅值比較的采樣值檢測(cè)方法，相關(guān)研究人員選取某110kV數(shù)字化變電站ECT產(chǎn)生的異常數(shù)據(jù)波形進(jìn)行了分析（如圖1所示），并以此判斷出基于幅值比較的采樣值檢測(cè)方法可以較為準(zhǔn)確的檢測(cè)出異常數(shù)據(jù)，為繼電保護(hù)裝置的閉鎖保護(hù)增添可靠性[3]。

圖1 某110kV變電站ECT異常數(shù)據(jù)波形

3 結(jié)論

近年來(lái)各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的研發(fā)已經(jīng)推動(dòng)電力系統(tǒng)朝著智能化、數(shù)字化方向奮勇前行，電子式互感器的應(yīng)用也將傳統(tǒng)互感器的缺陷予以修補(bǔ)，然而如今智能變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)卻仍然面臨著諸多問(wèn)題，如何更好的攻克技術(shù)難題值得我們進(jìn)行更加深入的探討。