智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的若干問題

朱明成

摘 要：近年來，我國社會發(fā)展對于電力的需求不斷增加，受此影響，變電站也面臨著更多的運(yùn)行壓力，此時，為了進(jìn)一步提升變電站的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，就需要實(shí)現(xiàn)變電站的智能化發(fā)展。鑒于此，本文從智能變電站的特點(diǎn)入手，從電子式互感器、對時同步系統(tǒng)、就地保護(hù)以及異常數(shù)據(jù)等四方面，分析繼電保護(hù)系統(tǒng)在具體運(yùn)行時所面臨的若干問題，為實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)的更好發(fā)展提供借鑒。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護(hù)系統(tǒng);問題

前言：作為當(dāng)今社會發(fā)展的主要能源，電力的發(fā)展不僅極大的便利了人民生活，同時也有效促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。如今，面對著人們不斷上升的用電需求，為更好地適應(yīng)社會發(fā)展需要，電力系統(tǒng)的發(fā)展不斷擴(kuò)大，與此同時，電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，在這樣的背景下，就需要進(jìn)一步加強(qiáng)對于電力系統(tǒng)中的智能化繼電保護(hù)自動化技術(shù)的研究，以便其能夠更好地發(fā)揮在提高電力系統(tǒng)工作效率、增強(qiáng)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性中的作用。下面，筆者將就智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)分析和闡述。

一、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)過程中的相關(guān)測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。

二、變電站繼電保護(hù)概述

2.1智能變電站繼電保護(hù)

繼電保護(hù)是對電力系統(tǒng)中發(fā)生的故障或異常情況進(jìn)行檢測，從而發(fā)出報(bào)警信號或直接將故障部分隔離、切除的一種重要措施。在智能變電站的建設(shè)中，使用先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)作效率提升的同時，也需要在其繼電保護(hù)系統(tǒng)部分，基于智能變電站的特點(diǎn)針對性地建立繼電保護(hù)系統(tǒng)，繼而在智能變電站的運(yùn)作過程中，面對所出現(xiàn)的裝置故障，可以在保護(hù)系統(tǒng)完整性的前提下進(jìn)行系統(tǒng)保護(hù)，以實(shí)現(xiàn)整個電網(wǎng)的運(yùn)作穩(wěn)定和安全。

2.2智能變電站繼電保護(hù)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

在智能變電站中繼電保護(hù)裝置作為一種可以進(jìn)行修復(fù)的元件，在對其使用可靠性進(jìn)行評價(jià)分析時，需保障其狀態(tài)劃分的合理性，可劃分為故障維修、拒動作、誤動作、正常動作以及檢修結(jié)果狀態(tài)。當(dāng)前我國對于智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的評價(jià)范圍主要包括以下幾個方面：直流回路保護(hù)設(shè)置以及繼電保護(hù)裝置的運(yùn)行情況、縱聯(lián)保護(hù)通道保護(hù)使用設(shè)備的運(yùn)行情況、交流電壓以及電流回路的使用狀態(tài)、供電保護(hù)裝置使用狀況等等。評價(jià)指標(biāo)主要有修復(fù)率、故障率、可用率、可靠率以及正確動作率等。

三、智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的具體問題

3.1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)用過程中也存在諸多顯著問題。

其一，電子互感器的使用增添了系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)，器件的增加會導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性有所下降，部件之間的延時問題、網(wǎng)絡(luò)延時、采樣難以達(dá)到同步等問題都會進(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)斷路器與開關(guān)進(jìn)行分合操作，或系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時，也會對繼電保護(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、電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障期間，處于暫態(tài)過程的電流互感器將直接影響到電子式互感器測量的精確度，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出錯誤動作。此外，在繼電保護(hù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的過程中，變壓器、互感器這類非線性鐵磁元件的暫態(tài)過程并非獨(dú)立存在與發(fā)生的，彼此間會產(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，模擬信號在合并單元上得到有效匯集，并由此轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。鑒于采樣時間序列與接收數(shù)字量采樣存在不對等關(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，在插值時必然會產(chǎn)生一定誤差，并且插值的位置選擇會直接影響到信號的諧波。在具體計(jì)算時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，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其造成干擾，都會影響到合并單元的正常工作，嚴(yán)重者會導(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)疏忽也會影響到合并單元的準(zhǔn)確性，合并單元的安全可靠性對于繼電保護(hù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行發(fā)揮著重要的意義。

3.2對時同步系統(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)對于數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與對時同步系統(tǒng)提出了較高的要求。

當(dāng)前在我國變電站中，繼電保護(hù)系統(tǒng)中的時鐘源主要依靠接收衛(wèi)星信號，并以此作為對時的標(biāo)準(zhǔn)參照，但時鐘接收信號的能力會受到地理位置、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時同步系統(tǒng)的可靠性，還需要加強(qiáng)主時鐘的守時能力，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)，各個環(huán)節(jié)存在的干擾將極有可能導(dǎo)致時鐘同步信號在輸出到合并單元時產(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于繼電保護(hù)設(shè)備造成的影響。

通過分析以上關(guān)于對時同步系統(tǒng)對繼電保護(hù)裝置造成的影響，可以從以下三方面予以解決：首先是針對線路進(jìn)行保護(hù)，當(dāng)電流或電壓任一數(shù)據(jù)失步時，保護(hù)系統(tǒng)收到信號后會立即執(zhí)行閉鎖式保護(hù)，與此同時退出相應(yīng)的方向元件，并自動投入電壓互感器斷線過流。其次是針對變壓器進(jìn)行保護(hù)，主要分為兩種情況，一種是任一測相的電流失步，則應(yīng)閉鎖變壓器差動保護(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。最后是針對母線進(jìn)行保護(hù)，倘若母線電壓通道數(shù)據(jù)發(fā)生無效或失步等問題時，則無需閉鎖差動保護(hù)，但應(yīng)閉鎖該母線電壓對保護(hù)有影響的判據(jù);倘若支路保護(hù)電流出現(xiàn)失步問題，則需要將差動保護(hù)進(jìn)行閉鎖;倘若母聯(lián)支路電流通道數(shù)據(jù)失步，則無需閉鎖母線保護(hù);當(dāng)支路電流失步時，則無需閉鎖支路的失靈保護(hù)。

以上述探討為依據(jù)，可以判斷出對時同步系統(tǒng)是影響繼電保護(hù)系統(tǒng)效能的主要因素之一。此外，由于主時鐘的信號接收能力會直接影響到保護(hù)測控設(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)，逐步減少對于衛(wèi)星同步信號的依賴，加強(qiáng)對于本地時鐘信號的研發(fā)與應(yīng)用，才能夠更好的改善信號同步問題，提高對時的精準(zhǔn)性。

小結(jié)：綜上所述，本文在對變電站繼電保護(hù)的相關(guān)概念和理論予以概述的基礎(chǔ)上，就當(dāng)前智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的若干問題及避免措施進(jìn)行了探究，得出以下幾點(diǎn)研究結(jié)論：在智能變電站相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，其繼電保護(hù)系統(tǒng)需要結(jié)合智能變電站的技術(shù)革新，在技術(shù)更新上也不斷跟進(jìn)，保障智能變電站的供電穩(wěn)定性，當(dāng)前智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)所面臨的問題主要包括越級跳閘及延時跳閘、母線全停及誤動、計(jì)算失誤及人為失誤，針對于這些問題可通過加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用、提升改造技術(shù)水平、提高運(yùn)作操作精準(zhǔn)性、強(qiáng)化保護(hù)裝置質(zhì)量檢驗(yàn)工作等措施予以避免。

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