智能變電站中電子式互感器與通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)保護(hù)的影響及適應(yīng)性分析概述

張歡陳磊

（1.湖南省電力公司檢修公司，長沙 410004；2華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，武漢 430074）

2009年5月，國家電網(wǎng)公司提出了立足自主創(chuàng)新，以統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)為原則，建設(shè)信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化特征的統(tǒng)一堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)[1]，并相應(yīng)制定了 3個(gè)階段的發(fā)展計(jì)劃，其中處于變電環(huán)節(jié)的智能變電站建設(shè)是關(guān)鍵技術(shù)之一。

智能變電站采用了大量先進(jìn)、集成、智能的設(shè)備器件，其建立在符合國際標(biāo)準(zhǔn)的IEC61850通信規(guī)約基礎(chǔ)之上，完成變電站的電能分配、變換以及測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量監(jiān)測(cè)等功能[2]。智能變電站具有兩個(gè)基本特性，即一次設(shè)備智能化和二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，具體表現(xiàn)為：傳統(tǒng)的電磁式互感器被低功率、數(shù)字化的電子式互感器所取代，應(yīng)用智能化開關(guān)（或是常規(guī)斷路器結(jié)合智能終端）以實(shí)現(xiàn)開關(guān)的精確控制及就地操作；利用以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信息平臺(tái)供二次設(shè)備數(shù)據(jù)通信。此外，一次設(shè)備與二次裝置之間的信號(hào)傳輸采用光纖作為媒介，取消了傳統(tǒng)的硬電纜接線方式。同裝設(shè)在常規(guī)變電站的繼電保護(hù)裝置相比，應(yīng)用于智能變電站的保護(hù)裝置在信號(hào)采集處理及信息通信方式上有很大的區(qū)別。數(shù)字化采集器件、光纖傳輸及信息網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用無疑將會(huì)對(duì)保護(hù)裝置的動(dòng)作性能造成相關(guān)的影響，且可能一定程度上拓展保護(hù)的應(yīng)用型式。

本文首先對(duì)智能變電站的組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行了介紹，然后以過程層中的電子式互感器及信息通信網(wǎng)絡(luò)為例，分析概述了其技術(shù)特性，進(jìn)而綜述了它們對(duì)間隔層中繼電保護(hù)裝置可能帶來的影響。最后，結(jié)合若干運(yùn)行案例，關(guān)于保護(hù)裝置對(duì)電子式互感器與通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的適應(yīng)性亦開展了相應(yīng)總結(jié)分析。

1 智能變電站的結(jié)構(gòu)及技術(shù)特性

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)IEC61850通信協(xié)議[3]，智能變電站的邏輯結(jié)構(gòu)可劃分為3個(gè)層次，即過程層、間隔層以及站控層。如圖1所示，為智能變電站的分層結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 智能變電站的結(jié)構(gòu)分層示意圖

在過程層，其主要應(yīng)用了電子式互感器、合并單元、斷路器以及智能終端等設(shè)備。過程層是一次設(shè)備同二次設(shè)備的結(jié)合面，在此實(shí)現(xiàn)電氣量的檢測(cè)、操作控制、執(zhí)行等功能。

在間隔層，則主要裝配了保護(hù)、控制、計(jì)量、故障錄波以及相量測(cè)量組件等二次設(shè)備。間隔層所具備的功能有：匯總本間隔過程層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息；實(shí)施對(duì)一次設(shè)備的保護(hù)控制功能；實(shí)現(xiàn)本間隔的操作閉鎖功能；承上啟下的通信功能等。根據(jù)國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《智能變電站技術(shù)導(dǎo)則》，保護(hù)裝置應(yīng)直接采樣，對(duì)于單間隔的保護(hù)應(yīng)直接跳閘，涉及多間隔的保護(hù)（母線保護(hù)）宜直接跳閘。由此，經(jīng)合并單元輸出的采樣測(cè)量值（Sampled Values，SV）以及智能終端輸出的通用面向?qū)ο笞冸娬臼录℅eneric Object Oriented Substation Event，GOOSE）將直接連到保護(hù)裝置，并且利用交換機(jī)組網(wǎng)的方式，使得控制、計(jì)量等二次設(shè)備可從中獲取相關(guān)信息。

在站控層，其主要包括有后臺(tái)操作站、遠(yuǎn)動(dòng)管理機(jī)、授時(shí)裝置等系統(tǒng)服務(wù)設(shè)備，該層的任務(wù)則是：利用高速網(wǎng)絡(luò)匯總?cè)緮?shù)據(jù)信息；按既定標(biāo)準(zhǔn)將有關(guān)數(shù)據(jù)送往調(diào)度中心；接收調(diào)度或控制中心的控制命令并轉(zhuǎn)向間隔層、過程層執(zhí)行等[4]。

1.2 電子式互感器及網(wǎng)絡(luò)通信的技術(shù)特性

關(guān)于對(duì)電子式互感器的技術(shù)特性分析，在此以基于Rogowski線圈的電子式電流互感器為對(duì)象，該型互感器具有以下性能特點(diǎn)[5]：

1）不包含鐵心，采集線圈繞制在非磁性的骨架上，理論上避免了磁飽和、鐵磁諧振等問題，并增強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集的精度。

2）高壓端與低壓端之間采用光纖聯(lián)系，有效達(dá)成了高低壓側(cè)的電氣隔離，避免了電磁式電流互感器二次側(cè)TA 開路等危險(xiǎn)，且大大地降低了電磁干擾。

3）動(dòng)態(tài)特性強(qiáng)，可進(jìn)行大范圍的電流測(cè)量并同時(shí)滿足測(cè)量和繼電保護(hù)的要求。

4）頻率響應(yīng)寬，能夠測(cè)出高壓電力線上的諧波，還可開展高頻電流、暫態(tài)電流的測(cè)量[6]。

從技術(shù)原理上看，電子式電流互感器可具備優(yōu)秀的性能表現(xiàn)。不過，在實(shí)際工程中還存在一些應(yīng)用難點(diǎn)尚待解決完善，較為突出的是一次側(cè)有源供能方案的選擇方式。當(dāng)前常用的兩種供能方案分別是利用CT從輸電線路上取能以及激光供能方式，對(duì)于前者而言，其缺點(diǎn)在于大電流時(shí)的散熱問題和小電流時(shí)的死區(qū)，而就后者來說，光電轉(zhuǎn)換器的效率不高致使激光二極管輸出功率受限，而造價(jià)高昂、使用壽命有限亦是制約因素。事實(shí)上，也可通過兩者相結(jié)合的方式，但是必須對(duì)其間的供能切換方式確定明確有效的控制策略，防止出現(xiàn)供能中斷而導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常。

智能變電站的通信網(wǎng)絡(luò)由兩部分組成，即：過程層網(wǎng)絡(luò)和站控層網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)對(duì)過程層網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特性做簡要敘述。該網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要由SV及GOOSE組成，SV基于IEC61850-9-2協(xié)議，而GOOSE報(bào)文是基于IEC61850-8-1。通常過程層網(wǎng)絡(luò)中會(huì)采用虛擬局域網(wǎng)（VLAN）配置，使得SV和GOOSE報(bào)文按照基于虛擬局域網(wǎng)標(biāo)簽（VID）的多播模式通信，實(shí)現(xiàn)一發(fā)多收，而非廣播轉(zhuǎn)發(fā)的模式，由此減低網(wǎng)絡(luò)流量和接收設(shè)備的處理負(fù)擔(dān)。針對(duì)交換機(jī)處理幀排隊(duì)緩沖時(shí)帶來的延時(shí)不確定性，采用優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，保證重要數(shù)據(jù)在通過交換機(jī)和通信端節(jié)點(diǎn)時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)先傳送。

GOOSE報(bào)文的通信機(jī)制依賴于P2P（Peer to Peer）方式的高速通信網(wǎng)絡(luò)，在沒有突發(fā)事件發(fā)生時(shí)，該報(bào)文按相對(duì)較長的固定時(shí)間間隔進(jìn)行發(fā)送；在產(chǎn)生了突發(fā)事件后，信息將發(fā)生變化，發(fā)送時(shí)間間隔就會(huì)調(diào)整為最小，并在信息發(fā)送階段中逐漸增大，直到事件狀態(tài)逐漸收斂，趨于穩(wěn)定[7]?？傮w而言，GOOSE網(wǎng)中數(shù)據(jù)量不大，且具有突發(fā)性特征，但鑒于其主要是針對(duì)過程層設(shè)備的跳閘、繼電保護(hù)之間的信息交互、開關(guān)刀閘等開關(guān)量信息的采集，其就傳輸要求的可靠性較高，另傳輸時(shí)延要求小于4ms[8]。

2 應(yīng)用電子式互感器對(duì)保護(hù)的影響

相對(duì)于常規(guī)電磁式互感器，電子式互感器帶來了多方面的技術(shù)改進(jìn)，同前者具有明顯的差異，將其應(yīng)用在智能變電站的過程層，將對(duì)間隔層的繼電保護(hù)裝置帶來多方面的影響。

2.1 提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性

就電磁式電流互感器而言，其主要缺點(diǎn)在于：當(dāng)一次側(cè)流過的短路電流過大時(shí)，非周期分量容易致使互感器鐵心發(fā)生飽和，二次電流不能正確地傳變一次分量，并伴隨產(chǎn)生波形畸變。在其應(yīng)用于差動(dòng)保護(hù)時(shí)，較大的不平衡電流可能引起保護(hù)裝置在區(qū)外故障時(shí)誤動(dòng)。為確保差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性，電力系統(tǒng)的專家學(xué)者關(guān)于怎樣區(qū)分電流互感器的鐵心飽和做了大量研究工作，并提出了一系列輔助判據(jù)[9-10]。所提附加判據(jù)就提高裝置動(dòng)作的正確性方面確實(shí)具有積極效應(yīng)，然而在某種程度上它們也增加了動(dòng)作的復(fù)雜性，可能對(duì)保護(hù)的快速性會(huì)帶來負(fù)面作用。

就基于Rogowski線圈的電子式電流互感器來說，因其線圈繞制與非磁性架構(gòu)上，避免了磁飽和現(xiàn)象，使得差動(dòng)電流的獲取具有良好的準(zhǔn)確度及線性度，應(yīng)用其于差動(dòng)保護(hù)裝置有利于提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性。此外，常規(guī)電流互感器的二次回路斷線開路也是一個(gè)極大的隱患，從中感應(yīng)的過電壓將損壞變電站設(shè)備并危及人身安全，而電子式互感器不存在此缺陷，由此角度而言，它的裝設(shè)可增強(qiáng)保護(hù)裝置甚至整個(gè)二次設(shè)備系統(tǒng)的安全性。

2.2 簡化保護(hù)的硬件配置

傳統(tǒng)互感器輸出的是模擬量信號(hào)，當(dāng)該模擬量傳送到數(shù)字式保護(hù)裝置時(shí)，保護(hù)裝置內(nèi)的測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)包含有采樣保持、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、模擬量/數(shù)字量轉(zhuǎn)換等相關(guān)組件。在采用了電子式互感器之后，其輸出的是FT3格式數(shù)字量，經(jīng)合并單元后轉(zhuǎn)變?yōu)镮EC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號(hào)直接傳送到保護(hù)裝置，于是原有的采樣保持、模擬轉(zhuǎn)換組件可省去，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)系統(tǒng)硬件配置的簡化。

2.3 促進(jìn)暫態(tài)量保護(hù)的應(yīng)用

受常規(guī)互感器性能的限制，當(dāng)下的保護(hù)原理大多是基于工頻量進(jìn)行保護(hù)判斷的，其不足之處在于易受到過渡電阻、磁飽和等因素的影響。若是利用故障時(shí)的暫態(tài)分量作為保護(hù)判斷，可不受電網(wǎng)運(yùn)行狀況的影響，例如負(fù)荷電流的幅度大小等，并具備較高的動(dòng)作靈敏度，其可認(rèn)為是保護(hù)裝置今后的一個(gè)重要發(fā)展方向[11-12]。這類暫態(tài)量的保護(hù)對(duì)于互感器元件的采集線性度、動(dòng)態(tài)特性等都有著較高的性能要求。

電子式電流互感器具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)測(cè)量能力，它不僅能夠有效測(cè)量故障時(shí)的基波分量，且可以準(zhǔn)確測(cè)量非周期成分和高次諧波。文獻(xiàn)[13]中指出：通過選擇合理有效的數(shù)字積分方式，電子式互感器對(duì)5次諧波以下的測(cè)量比差均低于1%。它的應(yīng)用為暫態(tài)量保護(hù)提供了硬件基礎(chǔ)及實(shí)現(xiàn)前提。當(dāng)然，對(duì)于開發(fā)具備實(shí)用化價(jià)值的暫態(tài)量保護(hù)還需要進(jìn)行大量研究工作，以非周期分量進(jìn)行保護(hù)判斷為例，其值大小同故障的發(fā)生時(shí)刻有密切關(guān)聯(lián)，若在某相電流過零時(shí)正好發(fā)生單相接地短路，理論上是不會(huì)產(chǎn)生非周期成分的，故應(yīng)該添加其他輔助判據(jù)以應(yīng)對(duì)電流過零點(diǎn)問題。

3 應(yīng)用信息網(wǎng)絡(luò)通信對(duì)保護(hù)的影響

網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用使得智能變電站站內(nèi)各元件的電參量以及運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)可進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量和傳輸，保護(hù)裝置能便利地獲得更多更全面的站域信息來進(jìn)行動(dòng)作判斷，此有助于促進(jìn)集中式保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，該型保護(hù)的運(yùn)行機(jī)理可描述為：針對(duì)站內(nèi)全景信息交互，利用過程層網(wǎng)絡(luò)通信采集全站實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，通過所選定的保護(hù)算法，進(jìn)行站內(nèi)故障元件快速定位及優(yōu)化跳閘策略的實(shí)現(xiàn)，從而達(dá)成全站級(jí)元件的保護(hù)功能。

在集中式保護(hù)的動(dòng)作理念中，由于明確故障線路的位置信息及開關(guān)狀態(tài)，以及不需要同其他單元件式后備保護(hù)進(jìn)行有時(shí)限配合，故而能實(shí)現(xiàn)快速及最小范圍內(nèi)的故障定位隔離[14-15]。集中式保護(hù)的面向?qū)ο笫亲冸娬緝?nèi)部，而非面向一個(gè)電網(wǎng)區(qū)域，它相對(duì)而言所需的信息量比較有限，其動(dòng)作處理及運(yùn)行策略構(gòu)建的復(fù)雜性要低，理論上更易于工程實(shí)現(xiàn)。

圖2所示為集中式保護(hù)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中選用雙重化配置以提升動(dòng)作可靠性。該結(jié)構(gòu)的核心決策系統(tǒng)集中在一個(gè)中心，其優(yōu)點(diǎn)在于各間隔的橫向通信量較小，保護(hù)中心獲得的信息量更為完備，有利于站內(nèi)級(jí)決策[16-17]。當(dāng)某處站內(nèi)電流信息缺失時(shí)，其可根據(jù)變電站實(shí)時(shí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)搜尋與電流信息缺失支路相鄰的其它支路電流信息，根據(jù)節(jié)點(diǎn)電流定律，對(duì)缺失信息進(jìn)行在線合成補(bǔ)充，而無需閉鎖保護(hù)。當(dāng)電壓信息缺失時(shí)，可自動(dòng)切換測(cè)量電壓。此外，基于上述策略，能實(shí)現(xiàn)對(duì)各測(cè)量信息正確性的辨識(shí)，一定意義上提高了保護(hù)動(dòng)作的安全性。

圖2 集中式保護(hù)的結(jié)構(gòu)示意圖

另外，關(guān)于集中式保護(hù)跳閘策略的研究也非常重要。在故障位置已確定的情況下，針對(duì)結(jié)構(gòu)較簡單、運(yùn)行方式較固定的系統(tǒng)，可離線對(duì)可能發(fā)生的故障位置與元件失效情況進(jìn)行分析，將擬定的相關(guān)跳閘決策存儲(chǔ)在決策單元；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c運(yùn)行方式較復(fù)雜的系統(tǒng)，則要根據(jù)站內(nèi)主接線結(jié)構(gòu)以及開關(guān)切換狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，故而需應(yīng)用到圖論、Petri網(wǎng)或是專家系統(tǒng)等方法[18-19]。在不同的電壓等級(jí)以及裝設(shè)位置下，智能變電站其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及保護(hù)的配置方案均有所差別，因此應(yīng)針對(duì)實(shí)際工況選擇合適跳閘策略。

當(dāng)前關(guān)于集中式保護(hù)的系統(tǒng)性研究相對(duì)不多，而實(shí)際智能變電站中就站內(nèi)信息的利用也大致圍繞在站內(nèi)集中控制上，并落實(shí)在110kV級(jí)別的變電站，例如湖南110kV金南變電站以及山東110kV黃屯變電站，其通過集中站域控制實(shí)現(xiàn)了備用電源自投、低頻低壓減載等功能。

4 保護(hù)對(duì)電子互感器及通信網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性

4.1 保護(hù)應(yīng)對(duì)電子式互感器數(shù)據(jù)異常的能力

當(dāng)電子式互感器的工況發(fā)生某種程度地改變，可能導(dǎo)致其傳送的采樣數(shù)據(jù)出現(xiàn)畸變。如果數(shù)據(jù)異常是由電子式互感器的可判故障等因素引起時(shí)，保護(hù)可通過判別合并單元發(fā)送采樣數(shù)據(jù)的品質(zhì)位來判斷數(shù)據(jù)的有效性[20]，但是，倘若數(shù)據(jù)異常是由互感器電子器件受到外界干擾等因素引起時(shí)，合并單元所發(fā)送數(shù)據(jù)的品質(zhì)位仍然處于有效狀態(tài)，此刻若保護(hù)裝置處理不當(dāng)，則會(huì)引起閉鎖或誤動(dòng)作等情況。

文獻(xiàn)[21]對(duì)某110kV數(shù)字化變電站中有源電子式電流互感器進(jìn)行了測(cè)試工作。測(cè)試結(jié)果表明：該互感器的輸出波形中會(huì)存在一定的直流偏置量，其主要來源是采樣電路和 A/D轉(zhuǎn)換所帶來的偏置失調(diào)量，其值隨著周圍溫度和環(huán)境的改變而變化。過大的直流偏置可能會(huì)引起后續(xù)保護(hù)的誤動(dòng)作。文獻(xiàn)[22]對(duì)某500kV數(shù)字化變電站的過程層采樣進(jìn)行了動(dòng)模試驗(yàn)工作。在試驗(yàn)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，某保護(hù)裝置曾數(shù)次出現(xiàn)誤出口的情況，后確認(rèn)誤動(dòng)作是由電子式互感器經(jīng)合并單元輸出的SV報(bào)文間隔不均導(dǎo)致的。在每周波80個(gè)點(diǎn)的采樣率下，兩幀相鄰的采樣報(bào)文間隔應(yīng)為固定的250μs，通過查找網(wǎng)絡(luò)記錄儀對(duì)應(yīng)時(shí)刻的數(shù)據(jù)報(bào)文，發(fā)現(xiàn)某分支SV報(bào)文的采樣時(shí)間間隔抖動(dòng)超過10%，導(dǎo)致中壓側(cè)的電流波形畸變，保護(hù)裝置在差流達(dá)到動(dòng)作定值后出口。

當(dāng)電子式互感器在異常情況下傳送畸變數(shù)據(jù)時(shí)，保護(hù)裝置原則上應(yīng)具有一定的辨識(shí)判別能力，當(dāng)連續(xù)畸變數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間在限定范圍內(nèi)，保護(hù)裝置不應(yīng)出現(xiàn)誤動(dòng)作情況。為避免保護(hù)的不正確動(dòng)作，增強(qiáng)其對(duì)于異常數(shù)據(jù)的抗干擾性，可采取下列措施：①對(duì)于因采樣積分所造成的直流偏置量，可選取軟件積分替代硬件積分的方式，從而在工程應(yīng)用上獲得更優(yōu)的直流處理效果，并可考慮在保護(hù)程序上增加差分傅氏算法；②優(yōu)化對(duì)電流波形數(shù)據(jù)異常的檢測(cè)方式。如文獻(xiàn)[23]中提出了一種基于幅值比較的采樣值檢測(cè)抗異常數(shù)據(jù)方法，在保證可靠性的同時(shí)，不對(duì)保護(hù)的動(dòng)作速度造成影響；③添加其他判據(jù)，在一定情況下將電流相關(guān)保護(hù)裝置閉鎖。若是選用電壓閉鎖判據(jù)，關(guān)于整定門檻值的設(shè)置應(yīng)綜合考慮，以免錯(cuò)誤設(shè)定致使保護(hù)拒動(dòng)。

4.2 保護(hù)應(yīng)對(duì)電子式互感器的數(shù)據(jù)同步問題

某類保護(hù)裝置的正確動(dòng)作僅依賴于電子式互感器采樣信號(hào)的幅值特性，其不要求信號(hào)在時(shí)間上的數(shù)據(jù)同步，例如過流保護(hù)、低壓保護(hù)等。部分保護(hù)裝置對(duì)電子式互感器的采樣同步性要求很高，例如線路電流差動(dòng)保護(hù)，該保護(hù)正確動(dòng)作的前提條件是：線路兩側(cè)保護(hù)裝置的采樣數(shù)據(jù)保持同步。當(dāng)線路兩側(cè)為智能變電站或分別為智能變電站與傳統(tǒng)變電站時(shí)，鑒于不同類型電子式互感器及合并單元的延時(shí)特性差異，以及出現(xiàn)電子式互感器和常規(guī)互感器共用的問題，線路電流差動(dòng)保護(hù)需要對(duì)同步問題提出有效的解決方案。

文獻(xiàn)[24]針對(duì)本側(cè)變電站采用電子式互感器，而對(duì)側(cè)變電站采用常規(guī)互感器的采樣延時(shí)不一致問題，通過選取某理論經(jīng)驗(yàn)值固化到程序中，由此實(shí)現(xiàn)兩側(cè)間的數(shù)據(jù)同步。但是，計(jì)及電子式互感器的固有采樣延時(shí)主要由一次傳感器、傳輸系統(tǒng)的傳輸時(shí)間和二次轉(zhuǎn)化器的數(shù)字處理時(shí)間組成，對(duì)于不同的硬件結(jié)構(gòu)其固有延時(shí)可能有所差異[25]，基于理論經(jīng)驗(yàn)值固化至程序的解決方法缺乏一定的通用性。

文獻(xiàn)[26]研究了數(shù)字化變電站與傳統(tǒng)變電站之間的光纖縱差保護(hù)，其中指出：縱差保護(hù)裝置的電氣量同步主要牽扯到兩個(gè)層次：①本站內(nèi)保護(hù)裝置和間隔合并單元的同步；②數(shù)字化變電站和傳統(tǒng)變電站間兩臺(tái)保護(hù)裝置之間的同步。文中采用基于乒乓原理的定時(shí)中斷同步方案，數(shù)字化變電站側(cè)的保護(hù)裝置實(shí)時(shí)跟蹤間隔合并單元的采樣頻率，傳統(tǒng)變電站的保護(hù)裝置實(shí)時(shí)跟蹤數(shù)字化站側(cè)保護(hù)裝置的采樣頻率，進(jìn)而達(dá)成了兩側(cè)電氣量的同步。該方案的優(yōu)勢(shì)在于將兩變電站的線路差動(dòng)保護(hù)及采樣進(jìn)行了整合統(tǒng)一，適用性較好，但是其對(duì)站內(nèi)同步時(shí)鐘源的依賴性較強(qiáng)，當(dāng)同步信號(hào)丟失時(shí)，間隔合并單元和線路保護(hù)裝置的時(shí)鐘將有失步的危險(xiǎn)，則需要對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行閉鎖或者某種特殊處理。

文獻(xiàn)[27]指出：通過在數(shù)字化變電站網(wǎng)絡(luò)通信中采用IEEE1588對(duì)時(shí)，并引入GPS根時(shí)鐘作為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對(duì)時(shí)基準(zhǔn)源，可有效解決各合并單元之間的同步問題。IEEE1588作為一種亞微秒級(jí)精度的分布式網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步方案，原則上對(duì)變電站的同步處理具備較為理想的效果，但是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行異常、流量負(fù)載大小以及時(shí)鐘基準(zhǔn)故障等不同工況下對(duì)時(shí)的精度及穩(wěn)定性，尚待進(jìn)一步深入研究。

4.3 保護(hù)應(yīng)對(duì)GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘的實(shí)時(shí)可靠性

對(duì)于涉及到多間隔的保護(hù)裝置，它可選用GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸跳閘方式。例如在江蘇省220kV西涇智能變電站中，220kV的線路保護(hù)和母聯(lián)保護(hù)采用“直采直跳”方式，220kV的母線保護(hù)和主變保護(hù)則采用“直采網(wǎng)跳”方式。集中式保護(hù)亦可通過網(wǎng)絡(luò)跳閘，而GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案選擇的差異，其傳輸性能的不同無疑將會(huì)對(duì)保護(hù)動(dòng)作的實(shí)時(shí)可靠性帶來直接影響。

GOOSE網(wǎng)絡(luò)方案的確定牽扯到多方面考慮，包含有以下幾項(xiàng)：①組網(wǎng)方式的選擇，即同SV共網(wǎng)或是獨(dú)立組網(wǎng)；②組網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，當(dāng)前具有代表性的是總線形、星形及環(huán)形3種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；③相關(guān)通信協(xié)議的應(yīng)用，VLAN劃分是基于IEEE802.1Q協(xié)議，報(bào)文優(yōu)先級(jí)定義則基于IEEE802.1P 協(xié)議，另外還有鏈路聚合（IEEE802.3ad協(xié)議）等；④網(wǎng)絡(luò)冗余技術(shù)的使用，例如并行冗余協(xié)議（Parallel Redundancy Protocol，PRP）和高可用性無縫冗余協(xié)議（High-availability Seamless Ring，HSR）等。上述若干細(xì)節(jié)的不同方案組合均會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸性能出現(xiàn)較大的差異。

文獻(xiàn)[7]以某實(shí)際110kV變電站工程為模型系統(tǒng)，測(cè)試了不同網(wǎng)絡(luò)工況條件下該 GOOSE網(wǎng)絡(luò)的通信性能，在網(wǎng)絡(luò)帶寬占用工況從50%到80%兩種情況下，對(duì)GOOSE通信傳輸性能影響不大，實(shí)時(shí)性均可以滿足應(yīng)用要求。但是，亦有文獻(xiàn)表明：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載增大至100%時(shí)，多臺(tái)交換機(jī)級(jí)聯(lián)時(shí)出現(xiàn)了少量數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象[28]。

文獻(xiàn)[29]利用OPNET仿真軟件，驗(yàn)證了優(yōu)先級(jí)的調(diào)度方法可明顯提高過程層網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)時(shí)性，并通過比較得出星形網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性要優(yōu)于環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[30]對(duì)一典型數(shù)字化變電站系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)可靠性進(jìn)行了簡要分析，在合理采用裝置冗余并采用基于IEC62439-PRP的并行網(wǎng)絡(luò)冗余后，分析結(jié)果表明該通訊系統(tǒng)的可靠性能夠滿足IEC61508的要求。

在研究GOOSE網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)性能時(shí)，必須考慮最大傳輸量情況下的延時(shí)指標(biāo)，并要防止在固定時(shí)間內(nèi)由于最大接收GOOSE報(bào)文量引起的網(wǎng)口溢出而丟失報(bào)文或延時(shí)過長。從提高實(shí)時(shí)性角度而言，可采取下列措施：①啟用報(bào)文優(yōu)先傳送機(jī)制，減少重要幀的排隊(duì)時(shí)延；②合理劃分VLAN，限制通信報(bào)文的傳播范圍，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率；③優(yōu)化交換機(jī)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置，減少數(shù)據(jù)交換所帶來的延時(shí)。關(guān)于傳輸可靠性方面，雖然PRP和HSR在單點(diǎn)斷線的情況下理論恢復(fù)時(shí)間均為 0，且不存在幀丟失問題[31]，但是計(jì)及智能變電站過程層網(wǎng)絡(luò)通信的特殊性，在冗余方案的具體實(shí)施上還應(yīng)引入 IEEE1588對(duì)時(shí)協(xié)議所帶來的影響以及交換機(jī)經(jīng)濟(jì)性成本的綜合評(píng)估。

5 結(jié)論

基于智能變電站中應(yīng)用的電子式互感器及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，本文討論了它們對(duì)間隔層繼電保護(hù)裝置的影響，主要得出以下結(jié)論：

1）應(yīng)用電子式互感器可簡化保護(hù)的硬件配置，并從技術(shù)角度上提高保護(hù)裝置動(dòng)作的可靠性，且有助于推動(dòng)暫態(tài)量保護(hù)的方案應(yīng)用。

2）構(gòu)架信息通信網(wǎng)絡(luò)可達(dá)成站內(nèi)資源完全共享，并促進(jìn)集中式保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)于保護(hù)裝置對(duì)電子式互感器及通信網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性方面，通過文中相關(guān)綜述，可知在智能變電站的建設(shè)發(fā)展中，還有許多工程實(shí)際問題需要進(jìn)一步探討，諸如電子式互感器的異常工況應(yīng)對(duì)策略、網(wǎng)絡(luò)可靠性量化式評(píng)估、組網(wǎng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)，冗余方案綜合選取等。針對(duì)這些問題應(yīng)給予足夠的重視及考慮，探尋相關(guān)解決措施，從而為智能電網(wǎng)的全面推進(jìn)提供更有力地支持。

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