提高數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性措施分析

國網(wǎng)江西省電力公司萍鄉(xiāng)供電分公司 程 妮

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提高數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性措施分析

國網(wǎng)江西省電力公司萍鄉(xiāng)供電分公司 程 妮

【摘要】數(shù)字化變電站以其諸多優(yōu)點(diǎn)在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但在其為變電站技術(shù)帶來變革的同時(shí)，且給繼電保護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)?；跀?shù)字化變電站應(yīng)用的廣闊前景以及繼電保護(hù)的重要地位，有必要針對數(shù)字化變電站研究出提高其可靠性的技術(shù)方法，這對數(shù)字化變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)；可靠性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、自動化技術(shù)等技術(shù)的發(fā)展以及與電力技術(shù)的融合，智能電網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生，其以經(jīng)濟(jì)、安全、高效、節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn)在世界范圍內(nèi)得到了認(rèn)可和青睞，目前我國已經(jīng)制定了智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略，并已在全國各地區(qū)分階段、分步驟開始實(shí)施。在智能電網(wǎng)建設(shè)過程中，數(shù)字化變電站的應(yīng)用是不可或缺的，直接關(guān)系著智能電網(wǎng)整體戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，因些，對數(shù)字化變電站相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究具有重要的意義。數(shù)字化變電站通過將傳統(tǒng)變電站技術(shù)與通信技術(shù)、微電子技術(shù)、光電技術(shù)等新興技術(shù)的融合，實(shí)現(xiàn)變電站中信息傳遞的數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站相比，繼電保護(hù)系統(tǒng)中的電子裝置更多，而且通過光纖連接非常規(guī)互感器、斷路器及保護(hù)裝置，在整體結(jié)構(gòu)、構(gòu)成元件、工作方式等方面都發(fā)生較大的變化，可以說數(shù)字化變電站繼電保護(hù)已向數(shù)字化保護(hù)轉(zhuǎn)變。雖然數(shù)字化保護(hù)具有一系列常規(guī)繼電保護(hù)所沒有的優(yōu)點(diǎn)，但由于其發(fā)展歷程較短，自然在可靠性方面有進(jìn)一步改進(jìn)和提升的空間。結(jié)合數(shù)字化變電電站繼電保護(hù)實(shí)際情況，筆者認(rèn)為可以通過軟件及硬件技術(shù)措施的結(jié)合來提高繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性。

1　繼電保護(hù)硬件系統(tǒng)可靠性提高措施

數(shù)字化變電站繼電保護(hù)與傳統(tǒng)繼電保護(hù)相比，最大的區(qū)別在于電子式互感器、光纖、交換機(jī)等新裝置、新設(shè)備的使用，因此，可以從這些新的硬件著手，提高數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體可靠性。

(1)特定GOOSE插件的使用。數(shù)字化變電站中保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)是以網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)的，在各種非常態(tài)情況下，為了保證能夠接受和處理正常應(yīng)用報(bào)文，應(yīng)配置特定的GOOSE插件，而且為了保證信息處理的實(shí)效性，該插件上的網(wǎng)絡(luò)接口應(yīng)直接與保護(hù)DSP相連。同時(shí)為了連接雙重化GOOSE網(wǎng)絡(luò)，該插件上應(yīng)具有雙重化的光纖接口，以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾浴?/p>

(2)光源輸出功率的監(jiān)視。隨著電子式互感器的長時(shí)間運(yùn)行，光源的輸出功率會產(chǎn)生衰減現(xiàn)象，從而影響系統(tǒng)的精準(zhǔn)度。因此，可在合并器上裝設(shè)光源輸出功率監(jiān)視模塊，對互感器光功率輸出實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)功率衰耗過大問題。

(3)雙A/D系統(tǒng)的接入。基于電子式互感器采集環(huán)節(jié)的可靠性考慮，電子式互感器內(nèi)應(yīng)具有兩路獨(dú)立的采樣系統(tǒng)，且每一路采樣系統(tǒng)采用雙A/D電路接入合并單元，每個(gè)合并單元輸出兩路采樣值到一套保護(hù)裝置中，以滿足雙重化保護(hù)相互獨(dú)立的要求，從而避免由于某一回路的A/D損壞而導(dǎo)致不正確保護(hù)動作的發(fā)生。

(4)光纜施工工藝的優(yōu)化。數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站相比，采用光纜連接各個(gè)裝置。但由于光纜較為柔軟，若出現(xiàn)光纜曲應(yīng)力較大的情況，則會造成數(shù)據(jù)傳輸故障產(chǎn)生。因此，可通過光纜施工工藝的優(yōu)化來提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约胺€(wěn)定性。不僅要按規(guī)范將光纜放置在電纜槽盒內(nèi)部，還要注意光纜的彎曲度不能超過限值。另外，光纖端部較為柔軟，應(yīng)采用恰當(dāng)?shù)姆椒▽ζ溥M(jìn)行保護(hù)，例如經(jīng)常對其進(jìn)行清理、使用螺紋管纏繞式換熱器等等。

(5)雙重化配置交換機(jī)。交換機(jī)的使用是數(shù)字化變電站的又一特點(diǎn)，其充當(dāng)了網(wǎng)絡(luò)通信載體角色，并構(gòu)建了數(shù)據(jù)傳輸平臺。特別是隨著交換式以太網(wǎng)應(yīng)用，繼電保護(hù)裝置對交換機(jī)的提出了更高的要求。交換機(jī)若無法正常運(yùn)行，將會導(dǎo)致整個(gè)裝置無法正常運(yùn)行，甚至是造成各類繼電保護(hù)均無法正常工作，例如縱聯(lián)差動保護(hù)等。因此，有必要采取相關(guān)措施來應(yīng)對交換機(jī)故障對繼電保護(hù)產(chǎn)生的影響，可通過雙重化配置的應(yīng)用來防止由于單個(gè)交換機(jī)故障而導(dǎo)致的全套繼電保護(hù)裝置崩潰現(xiàn)象。

(6)直采直跳技術(shù)的應(yīng)用。雖然交換機(jī)的使用帶來了一系列的便利，但會導(dǎo)致保護(hù)系統(tǒng)反應(yīng)不及時(shí)，或者故障情況下斷路器跳閘動作時(shí)間延長，也會對對保護(hù)動作的準(zhǔn)確性及及時(shí)性產(chǎn)生一定影響。因此，為了防止交換機(jī)所帶來的上述繼電保護(hù)問題，可采用直采直跳技術(shù)，如圖1所示，繼電保護(hù)通過光纖直接從電子式互感器合并單元采樣報(bào)文，保護(hù)的跳閘也通過光纖直接連接斷路器。整個(gè)回路避開了交換機(jī)，自然也就避免了交換機(jī)對保護(hù)采樣及跳閘的影響，從而提高繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。

圖1　直采直跳技術(shù)

(7)除濕防塵的加強(qiáng)。數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)和常規(guī)變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)一樣，工作狀態(tài)時(shí)常會受到運(yùn)行環(huán)境的影響。因此，需要通過除濕、防塵措施來保證數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作性能。一般可在安裝智能終端的匯控柜采取防塵、除濕、溫度調(diào)節(jié)等有效措施，通過對智能終端溫度、濕度等指標(biāo)的監(jiān)測，來保證繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作環(huán)境，進(jìn)而提高智能終端的工作可靠性。

(8)接地防護(hù)的采用。為了提高數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的抗干擾能力，保護(hù)裝置的箱體、插件、背板應(yīng)在電氣上相互連接，構(gòu)成一個(gè)等電位體，采用專用接地線接到保護(hù)柜的專用接地端子，并且接地端子以一定截面的銅線接到專用接地網(wǎng)上。

2　繼電保護(hù)軟件系統(tǒng)可靠性提高措施

除了通過硬件措施來提高數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性外，還可采用以下一些軟件技術(shù)方法。

(1)插值算法的使用。在利用外部時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣同步時(shí)，需要依賴統(tǒng)一的時(shí)鐘源。若時(shí)鐘源產(chǎn)生故障，可能會導(dǎo)致采樣數(shù)據(jù)完全失步，進(jìn)而使繼電保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生不正確動作。而插值算法的使用可有效解決這一問題，插值算法無需依賴外部時(shí)鐘，其嚴(yán)格按照等間隔采樣，繼電保護(hù)裝置根據(jù)固定的傳變延時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償和插值計(jì)算，在同一時(shí)刻進(jìn)行重采樣，實(shí)現(xiàn)各間隔電子式互感器采樣值的同步，提高保護(hù)裝置可靠性。

(2)軟件積分的應(yīng)用。Rogowski原理的電子式電流互感器輸出信息需經(jīng)積分處理，方能獲得被測電流信號。主要采取在采集器中硬件積分和合并單元處軟件積分兩種方式。其中軟件積分處理方式在穩(wěn)態(tài)精度、暫態(tài)誤差等方面要明顯優(yōu)于硬件積分方式。而且軟件積分完全通過代碼實(shí)現(xiàn)，避免了元器件特性對積分效果的影響，降低了Rogowski原理電子式電流互感器采集器的功耗，可靠性和經(jīng)濟(jì)性更高。

(3)插值補(bǔ)償校正的采用。對于數(shù)據(jù)信息收集過程中異步收集所引起的頻譜遺失現(xiàn)象，可在原有插值算法的基礎(chǔ)上提出插值補(bǔ)償校正法，即采用加窗插值的頻譜對數(shù)據(jù)信息及初始信息進(jìn)行評估，保證在數(shù)據(jù)傳輸過程中丟失信息的恢復(fù)，從而避免因接收缺失數(shù)據(jù)信息而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的誤動作。

(4)保護(hù)算法的優(yōu)化。電子式互感器是數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分，其可靠性的提高也有助于保護(hù)系統(tǒng)整體可靠性的提高，因此，保護(hù)裝置應(yīng)針對電子式互感器不飽和、線性度好、頻帶寬的特點(diǎn)優(yōu)化相關(guān)保護(hù)算法，從而提高裝置可靠性。

(5)運(yùn)算結(jié)果校核能力的提高。對于干擾造成的運(yùn)算錯(cuò)誤可以通過重復(fù)運(yùn)算來校核。在第一次運(yùn)算結(jié)束后，CPU利用原始數(shù)據(jù)再復(fù)算一次，并與第一次的結(jié)果作比較，如果相同，則結(jié)果可信；若結(jié)果不同，則再復(fù)算一次，三次計(jì)算取兩次相同的結(jié)果，這樣可有效提高繼電保護(hù)裝置抗干擾能力。

3　結(jié)語

數(shù)字化變電站與常規(guī)變電站相比，其優(yōu)勢是非常明顯的，但其給繼電保護(hù)所帶來的挑戰(zhàn)也是客觀存在的。因此，基于數(shù)字化變電站未來的廣闊應(yīng)用前景，必須綜合性的從硬件及軟件兩方面采取提高數(shù)字化繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的相關(guān)技術(shù)方法，從而保證數(shù)字化變電站的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]汪洋.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究[D].安徽理工大學(xué),2015.