數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性分析

汪經(jīng)華

（國網(wǎng)池州供電公司 安徽省池州市 247000）

數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性分析

汪經(jīng)華

（國網(wǎng)池州供電公司 安徽省池州市 247000）

現(xiàn)階段，部分地區(qū)已開始運行數(shù)字化變電站，數(shù)字變電站具有極強(qiáng)的自動化、智能化特征，在提升電力調(diào)度工作效率的同時節(jié)約了大量的人工成本。對于數(shù)字化變電站而言，繼電保護(hù)技術(shù)具有重要的意義。筆者結(jié)合工作經(jīng)驗與相關(guān)理論知識，在本文中分析了數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的適應(yīng)性，供有關(guān)人員參考借鑒。

數(shù)字化變電站；繼電保護(hù)；適應(yīng)性

引言

得益于科技的高速發(fā)展，數(shù)字化變電站已成為可能，愈來愈多的國家在加緊研發(fā)更安全的數(shù)字化變電站技術(shù)。為了提升數(shù)字化變電站的可靠性，必須要著力于研究數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性，加大繼電保護(hù)技術(shù)的開發(fā)力度、不斷地完善有關(guān)理論方案。我國對數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性研究工作的重視程度較高，政府對該工作的投入不斷地攀升，其必然會有力地促進(jìn)數(shù)字化電力技術(shù)的進(jìn)步。

1 數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)

1.1 數(shù)字化保護(hù)裝置

現(xiàn)階段，大部分變電站采用傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置，而這類裝置的數(shù)字電路的核心一般是微處理器，信息傳輸工作依賴于模擬信號，信號轉(zhuǎn)換工作容易產(chǎn)生誤差，因此傳統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置的可靠性并不強(qiáng)。數(shù)字化變電站采用了先進(jìn)的數(shù)字信號技術(shù)，信息傳輸任務(wù)由可靠性高的數(shù)字信號完成。與傳統(tǒng)的變電站相較，數(shù)字化變電站的運行速度更快、穩(wěn)定性更強(qiáng)。

1.2 保護(hù)裝置可靠性分析

作為電力系統(tǒng)的核心成分，變電站系統(tǒng)的安全防護(hù)工作極為重要，而繼電保護(hù)裝置是確保電站安全運行的關(guān)鍵因素之一。隨著數(shù)字自動化技術(shù)的不斷進(jìn)步，相信在不久的將來我國將大規(guī)模普及數(shù)字化變電站，這就要求技術(shù)人員盡快提升繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。目前，繼電保護(hù)裝置元件主要有互感器、合并單元、傳輸介質(zhì)、交換機(jī)以及同步時鐘源等。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)以及調(diào)查報告，認(rèn)為現(xiàn)有各類變電站繼電保護(hù)元器件的可靠性較高，其為數(shù)字化變電站的普及創(chuàng)造了有利的條件[1]。

2 數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的模擬方案

在探討數(shù)字化變電站繼電保護(hù)可行性之前，應(yīng)當(dāng)明確數(shù)字化保護(hù)測試的基本指標(biāo)。選擇性、可靠性、快速性以及靈敏性等因素是保護(hù)測試工作的關(guān)鍵性指標(biāo)。數(shù)字化變電站所應(yīng)用的繼電保護(hù)技術(shù)較為復(fù)雜，變電站所采用的電子式互感器（見圖1）非常先進(jìn)，變電站的工作任務(wù)重、運行時間長，應(yīng)當(dāng)大幅度強(qiáng)化過程層網(wǎng)絡(luò)以及電子式互感器對異常狀況的適應(yīng)性，從而保障變電站更加穩(wěn)定安全地運轉(zhuǎn)。為了確保變電站有效運行，技術(shù)人員需要對相關(guān)閉鎖機(jī)制進(jìn)行合理測試，測試模式通常為數(shù)字化保護(hù)型測試，開展此類測試工作的目的在于提升變電站的安全性能，通過增加繼電保護(hù)的時間以滿足變電站對保護(hù)可靠性的要求。

圖1 電子式互感器結(jié)構(gòu)示意圖

為了確保數(shù)字化保護(hù)在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中有效運行，技術(shù)人員需要開展質(zhì)量合格的數(shù)字化變電站繼電保護(hù)動態(tài)模擬測試工作。需要特別指出的是，這里的變電站繼電保護(hù)動態(tài)模擬測試為系統(tǒng)級測試項目，測試任務(wù)較重，需要收集較多的參數(shù)信息。進(jìn)行模擬測試工作的目的在于全面、準(zhǔn)確考核系統(tǒng)的整體性能，確認(rèn)系統(tǒng)各項功能是否正常。當(dāng)前，電力系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的數(shù)字化變電站繼電保護(hù)動態(tài)模擬測試方法包括對各類電氣故障進(jìn)行模擬，對數(shù)字化變電站組網(wǎng)模式與典型系統(tǒng)進(jìn)行模擬，對通信網(wǎng)絡(luò)或者電子式互感器可能產(chǎn)生的故障進(jìn)行模擬。事實表明，模擬測試所發(fā)揮的作用非常顯著，有助于技術(shù)人員改進(jìn)數(shù)字化變電站技術(shù)的不足之處，強(qiáng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的合理性與功能性。

3 繼電保護(hù)對通信網(wǎng)絡(luò)與電子式互感器適應(yīng)性的分析

3.1 繼電保護(hù)對過程層網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性分析

總體上看，影響數(shù)字化變電站繼電保護(hù)可靠性的因素較多，其中過程層網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)的影響不容忽視。過程層網(wǎng)絡(luò)對繼電保護(hù)功能的影響體現(xiàn)于其會引發(fā)繼電保護(hù)動作延時現(xiàn)象，從而致使繼電保護(hù)動作無法瞬間觸發(fā)，這對數(shù)字變電站系統(tǒng)的運行產(chǎn)生了不利影響[2]。

（1）保護(hù)裝置采樣延時。就目前狀況而言，測量裝置數(shù)據(jù)采樣工作中容易出現(xiàn)延時現(xiàn)象，其嚴(yán)重影響了測量工作的效率與質(zhì)量，為了解決這一問題，技術(shù)人員對相關(guān)軟件進(jìn)行了優(yōu)化。當(dāng)前，業(yè)界已達(dá)成共識，測量裝置數(shù)據(jù)采樣算法是決定采樣工作質(zhì)量與效率的核心要素，所以通過優(yōu)化相應(yīng)的采樣算法能有效減低保護(hù)裝置的采樣延時。

（2）網(wǎng)絡(luò)延時。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)延時問題也較為嚴(yán)峻，為了解決這一問題，技術(shù)人員對過程層網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，與此同時，在信息傳遞效率提升與設(shè)施利用率強(qiáng)化等方面的工作上作出了努力?，F(xiàn)階段，人們掌握了多種處理網(wǎng)絡(luò)延時問題的技術(shù)方案，網(wǎng)絡(luò)延時現(xiàn)象的發(fā)生率以及嚴(yán)重程度正在逐漸下降。

3.2 繼電保護(hù)于系統(tǒng)電子式互感器的適應(yīng)性

電子式互感器是數(shù)字化變電站的重要裝置，其功能強(qiáng)大、作用明顯，不同類型電子式互感器的工作原理有所差異，在此情形下，如果數(shù)字化變電站系統(tǒng)中安裝了類型不同的電子式互感器，則系統(tǒng)的穩(wěn)定性可能受到一定的影響，電子式互感器的混合使用存在著一定的風(fēng)險，過程中極有可能產(chǎn)生量程差異以及測量延時等問題。

（1）量程差異。上文提及到，類型不同的電子式互感器的工作原理有所區(qū)別，其中量程差異問題應(yīng)當(dāng)引起技術(shù)人員的高度重視，見下圖2。不同電子式互感器的量程通常存在著差異，所以混合使用量程不同的電子式互感器極有可能引發(fā)測量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)現(xiàn)象。為了有效解決電子式互感器量程差異而引發(fā)的測量數(shù)據(jù)失準(zhǔn)問題，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格統(tǒng)一電子式互感器的型號，盡可能地避免采用型號不同的電子式互感器，如此能有效防止電子式互感器量程差異現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

圖2 電流超過測量量程的電子式互感器測量電流的波形示意圖

（2）測量延時差異。應(yīng)當(dāng)看到，型號不同的互感器的測量標(biāo)準(zhǔn)有所差異，因此混合使用互感器也極有可能引發(fā)測量延時差異問題，見圖3。當(dāng)前，技術(shù)人員為了杜絕測量延時差異問題的產(chǎn)生，在使用電子式互感器前通常會嚴(yán)格測量相關(guān)的互感器設(shè)備，全面了解各類設(shè)備的性能，隨后技術(shù)人員會在數(shù)據(jù)處理過程中開展嚴(yán)格的延時補(bǔ)償工作，上述處理方法的效果極為顯著。

圖3 不同電子式電流互感器測量的電流相量

3.3 數(shù)字化變電站電子式互感器采樣同步與繼電保護(hù)

由于數(shù)字化變電站應(yīng)用了大量的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及電子式互感器，所以數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)采樣傳輸延時較大，又因為不同廠家生產(chǎn)的電子式互感器、網(wǎng)絡(luò)接口、合并單元等結(jié)構(gòu)裝置存在著細(xì)微的技術(shù)差別，因此數(shù)字化變電站數(shù)據(jù)傳輸工作一般存在著時序特性的差異。為了最大程度地解決數(shù)據(jù)未同步的問題，建議采用如下技術(shù)方案：

（1）制定同步標(biāo)準(zhǔn)。為了解決數(shù)據(jù)不同步的問題，認(rèn)為應(yīng)當(dāng)設(shè)立嚴(yán)格合理的同步標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員可以把保護(hù)裝置設(shè)定為同步標(biāo)準(zhǔn)，借助相關(guān)應(yīng)用軟件以全面優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步能力。

（2）站內(nèi)統(tǒng)一鐘法。站內(nèi)統(tǒng)一鐘法是當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的一類技術(shù)手段。數(shù)字化變電站中裝有大量的設(shè)備，這些設(shè)備的計時并不統(tǒng)一，其將致使數(shù)據(jù)采集工作發(fā)生一定程度的延時，在應(yīng)用站內(nèi)統(tǒng)一鐘法后，不同類型的設(shè)備在在統(tǒng)一的計時標(biāo)準(zhǔn)下運行，系統(tǒng)各類設(shè)備的工作統(tǒng)一性將得到大幅的強(qiáng)化，如此，延時問題便迎刃而解。

4 結(jié)語

新的發(fā)展形勢下加快數(shù)字化變電站研究與建設(shè)工作具有重要的現(xiàn)實意義。為了確保數(shù)字化變電站在投入使用后能夠發(fā)揮最大效用，必須要做好繼電保護(hù)適應(yīng)性分析工作，廣大電力技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)積極學(xué)習(xí)先進(jìn)的科學(xué)知識、善于總結(jié)借鑒優(yōu)秀的技術(shù)經(jīng)驗，在實際工作中保持認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，如此方能最大程度地促進(jìn)我國電力行業(yè)的長足發(fā)展。

[1]白加林，高昌培，王宇恩，趙武智，牛靜.智能化區(qū)域預(yù)控保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計與工程實現(xiàn)[J].電氣應(yīng)用，2015（S2）.

[2]陳柏樟.110kV數(shù)字化變電站設(shè)計研究[J].智能城市，2016（05）.

[3]全國首座數(shù)字化變電站通過驗收[J].廣西電力建設(shè)科技信息，2006（04）.

[4]郝曉芳.數(shù)字化變電站設(shè)計及運行中面臨的問題[J].今日科苑，2015（11）.

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2016-7-10