數(shù)字化變電站繼電保護適應性研究

王斌

【摘 要】電力與人們的生活息息相關，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性對人們的工作生活有著重要的影響。隨著科學技術的不斷發(fā)展，數(shù)字化技術逐漸在社會各個領域得到了廣泛運用，數(shù)字化變電站也逐漸得到了推廣，變電站繼電保護適應性問題越來越受到人們的關注。相關人員應加強對這一問題的分析，積極尋求解決方案予以解決，以保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。文章就數(shù)字化變電站繼電保護適應性進行了研究分析。

【關鍵詞】數(shù)字化；變電站；繼電保護；適應性

近年來，我國經濟發(fā)展迅速，人們的用電需求日益上升，并對供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。為滿足人們需求，我國加強了對數(shù)字化變電站的建設，并開始廣泛運用繼電保護裝置，現(xiàn)階段繼電保護系統(tǒng)中還存在著一些問題，無法充分滿足其適應性要求，因此，需要相關人員加強對繼電保護適應性問題的研究，以促進智能電網建設。

一、數(shù)字化變電站相關概述

數(shù)字化變電站就是將變電站處理的模擬信息量轉化成數(shù)字信息量。并能夠實現(xiàn)信息共享，將一次設備和二次設備建立在統(tǒng)一的通信基礎上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)收集的數(shù)字化、系統(tǒng)結構的緊湊化等。數(shù)字化變電站不僅具有傳統(tǒng)變電站無法相比的自動化優(yōu)勢，更具備了安全性高、經濟效益好、測量精準度高等特點，是我國智能電網建設的重要內容。

二、數(shù)字化繼電保護裝置特點

與傳統(tǒng)繼電保護裝置相比，數(shù)字化繼電保護裝置的微處理器功能更為豐富，主要由數(shù)字電路構成，其中具備多個可選擇接口。對數(shù)據(jù)信息的收集采用電子式互感器，而不是利用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)單元獲取模擬量。

同時，數(shù)字化機電保護裝置的電子式互感器能夠對所收集信息進行處理，并利用內部光纖向低壓端傳輸相關數(shù)字信號，利用合并單元轉化成正確格式的數(shù)據(jù)，有效減少了在模數(shù)轉換的工作。

三、數(shù)字化變電站繼電保護適應性研究

（一）對電子互感器適應性的研究

電子互感器類型不同，其原理也就不同。數(shù)字化變電站中的電子互感器按照功能不同，可以分成兩種類型，分別為無源式電子互感器和有源式電子互感器，按照原理不同，可以分成光學原理互感器和Rogowski 線圈原理互感器，同時，其型號等也有所不同，后期維修、量程等也存在一定的差異性。測量延時誤差對繼電保護裝置能夠產生嚴重的影響，因此，在應用前，應首先對電子式互感器進行測量，一旦出現(xiàn)延時差異，則需要保護裝置設置一定延時補償，彌補延時誤差，避免對繼電保護裝置的影響。

電子式互感器中一旦出現(xiàn)量程差異，即測量值超出輸出量程上限或下限時，極易發(fā)生波形穿心畸形的情況。并且，在使用不同量程的電子式互感器時，對同一測量值的測量結果也有所不同，極有可能造成機電保護裝置誤動作。因此，相關人員在選購電子式互感器時，應盡量保證所用設備為相同廠家、相同型號，以避免量程差異對繼電保護裝置造成的影響。

（二）過程層網絡與電子式互感器動作實時性的適應性研究

過程層組網方式與傳統(tǒng)方式相比，更能延長繼電保護動作時間。而繼電保護動作時間越短、制動面積會越小，穩(wěn)定性也會相對提高，這種情況在高壓電網中尤為明顯。過程層組網方式繼電保護動作時間延長的主要原因就是網絡延時、保護裝置采樣延時、電子互感器處理延時等。因此，相關人員應通過加強對繼電保護算法的完善、提升數(shù)據(jù)處理效率、優(yōu)化過程層網絡結構設計等手段，盡量減少繼電保護工作時間，提升穩(wěn)定性。

（三）數(shù)字化繼電保護與電子式互感器采樣同步問題研究

數(shù)據(jù)采樣傳輸延時增大受電子式互感器與網絡設備與網絡設備影響。對不同類型、品牌電子式互感器的運用也對數(shù)據(jù)傳輸差異性的形成產生影響，甚至會造成采樣延時等情況，因此，需要對數(shù)字變電站所采集的數(shù)據(jù)進行同步處理，以消除傳輸延時等造成的影響，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集時間的準確辨別和數(shù)字化變電站過程層、間隔層數(shù)據(jù)的同步。

在進行同步處理時，可以利用合并單元差值計算的方法，進行保護裝置和電子式互感器所采集數(shù)據(jù)的同步處理?；蚴抢谜緝冉y(tǒng)一時鐘法，對外部時鐘源進行統(tǒng)一設置，如GPS、伽利略衛(wèi)星等同步衛(wèi)星時鐘信號，并利用銣鐘等高精度電子鐘提升外部時鐘源的可靠性，使其能夠作為電子式互感器采樣數(shù)據(jù)處理的同步源。

四、數(shù)字化變電站繼電保護動態(tài)模擬測試方案

隨著電子式互感器及過程層組網方式的應用，變電站二次系統(tǒng)的高效、合理、可靠性已不僅僅由單裝置的性能決定，二次系統(tǒng)網絡及各裝置間的配合工作能力同樣至關重要，因此數(shù)字化變電站工程中繼電保護裝置的安全可靠性檢測已從傳統(tǒng)保護裝置的單裝置檢測方式轉變成全站二次系統(tǒng)集中性能測試，檢測方法也必須針對電子式互感器及網絡化的特點增加更有針對性的測試項目，以保證數(shù)字化保護在網絡系統(tǒng)中的可靠運行，數(shù)字化變電站繼電保護的測試應是系統(tǒng)級的網絡化測試。數(shù)字化保護動態(tài)模擬測試應既可用于測試評估數(shù)字化保護在特定電網環(huán)境中的應用性能，也可用于考核數(shù)字化保護在數(shù)字化變電站系統(tǒng)中的整體功能及性能指標是否滿足設計目標及應用要求，數(shù)字化保護測試方法至少應涵蓋如下內容：

1）根據(jù)具體要求模擬特定電網系統(tǒng)中的數(shù)字化變電站系統(tǒng)。

2）模擬典型數(shù)字化變電站系統(tǒng)及典型組網方式。

3）模擬各種電氣故障，測試數(shù)字化保護在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時的性能。

4）模擬測試電子式互感器及通信網絡可能出現(xiàn)的異常情況，測試數(shù)字化保護的運行性能。

數(shù)字化保護測試的主要指標同樣由保護動作的可靠性、選擇性、靈敏性及快速性來反映，而變電站內多間隔多類型的電子式互感器的同時應用，也對保護的適應性提出了新的要求。同時，數(shù)字化保護為適應電子式互感器及過程層網絡的各種極端情況，保證保護裝置的可靠性，較之傳統(tǒng)保護增加了諸多閉鎖機制，因此，數(shù)字化保護測試要有針對性地測試相應閉鎖機制的合理性，實現(xiàn)在能夠保證保護裝置可靠工作的前提下，盡量延長保護的有效性工作時間。因此，數(shù)字化保護測試在保留傳統(tǒng)測試方法的基礎上，要增加針對電子式互感器及過程層網絡異常情況適應能力的測試手段：

1）過程層網絡交換機性能測試及交換機負載變化情況下保護性能測試。

2）站內多間隔多原理電子互感器配合使用情況下保護性能測試。

3）站間線路電流差動保護性能測試，包括采用不同的保護配置方式、時鐘同步方式等。

4）數(shù)字化保護裝置對采樣數(shù)據(jù)的同步性要求及同步異常情況下的處理機制的測試。

5）數(shù)字化保護裝置對自身及合并單元同步要求及異常情況下的處理機制的測試。

6）數(shù)字化保護裝置對采樣值中無效數(shù)據(jù)的處理機制測試。

7）數(shù)字化保護裝置所接收的采樣值數(shù)據(jù)出現(xiàn)畸變時的性能測試。

8）數(shù)字化保護裝置對所接收的采樣值數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟幀情況時處理機制的測試。

9）數(shù)字化保護裝置對所接收采樣值數(shù)據(jù)延時的要求及延時越限時的處理機制的測試。

五、結束語

隨著人們用電需求的增長和科學技術的進步，我國積極開展數(shù)字化變電站建設工作，并廣泛運用繼電保護裝置。而數(shù)字化變電站繼電保護適應性也成為了人們關注的主要問題，相關人員應深入分析其中問題，總結經驗，利用先進科學技術有效解決這一問題，使數(shù)字化變電站繼電保護適應性、可靠性、安全性得以提升，實現(xiàn)我國配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和數(shù)字化變電站經濟效益最大化。

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