500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘 要：采樣在繼電保護(hù)中占有極其重要的地位，不合理的采樣方案對(duì)繼電保護(hù)的速動(dòng)性有著較為嚴(yán)重的影響。目前500kV智能變電站二次系統(tǒng)的采樣通用設(shè)計(jì)方案均有其優(yōu)點(diǎn)及不足，需要優(yōu)化其設(shè)計(jì)方案。本文探討了智能變電站的采樣方案，研究了采樣方式對(duì)繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間的影響，提出了500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：智能變電站;二次系統(tǒng);采樣方案

中圖分類號(hào)：TM73 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

采樣在繼電保護(hù)中占有極其重要的地位，不合理的采樣方案對(duì)繼電保護(hù)的速動(dòng)性有著極其嚴(yán)重的影響。[1]隨著智能變電站的大量投運(yùn)，智能變電站的新技術(shù)與新特點(diǎn)對(duì)采樣方案帶來了不同的選擇。目前500kV智能變電站二次系統(tǒng)的采樣通用設(shè)計(jì)方案均有其優(yōu)點(diǎn)及不足，[2]本文將對(duì)500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 智能變電站采樣方案

目前，智能變電站的采樣方式有以下兩種[3]：

（1）直接采樣：合并單元通過光纖與保護(hù)裝置直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的采樣方式。（2）網(wǎng)絡(luò)采樣：合并單元將采樣值傳輸給交換機(jī)，各個(gè)二次設(shè)備通過交換機(jī)獲得數(shù)字采樣值。

智能變電站中，保護(hù)裝置可正常工作的前提條件就是保護(hù)裝置獲得的采樣值的傳輸延時(shí)在可容許范圍之內(nèi)或者該采樣值已同步。但是，目前投運(yùn)的智能變電站中大部分的交換機(jī)都存在采樣延時(shí)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，沒有辦法獲得準(zhǔn)確的傳輸延時(shí)。所以為了在不依靠于外部對(duì)時(shí)的情況下，讓保護(hù)裝置能采用網(wǎng)絡(luò)采樣的方案，提出了以下2個(gè)方法：

（1）改進(jìn)交換機(jī)的性能，降低其數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)，爭(zhēng)取穩(wěn)定到某一固定值;（2）目前的交換機(jī)都能獲得自身內(nèi)部延時(shí)，將該延時(shí)作為報(bào)文的一部分傳輸給保護(hù)裝置，讓保護(hù)裝置來動(dòng)態(tài)計(jì)算報(bào)文延時(shí)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置內(nèi)采樣同步。

然而，對(duì)于測(cè)控裝置、PMU、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置和故障錄波裝置等，由于其對(duì)可靠性的要求不如保護(hù)裝置，可以通過外部時(shí)鐘對(duì)時(shí)，故可采用網(wǎng)絡(luò)采樣方式，也更有利于裝置間的數(shù)據(jù)共享。

2 采樣方式對(duì)繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間影響

繼電保護(hù)的整組動(dòng)作時(shí)間影響保護(hù)速動(dòng)性與可靠性，對(duì)智能站與常規(guī)站中故障態(tài)下的繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行對(duì)比。[4]當(dāng)發(fā)生線路接地故障時(shí)，常規(guī)站的整組動(dòng)作時(shí)間的理論值在13.5ms～17.5ms范圍內(nèi)，而智能站的整組動(dòng)作時(shí)間的理論值在17.8ms～22.8ms范圍內(nèi)，兩者相對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，智能站相較常規(guī)站，其線路保護(hù)的整組動(dòng)作時(shí)間的理論值范圍差距為4.3ms～5.3ms。由于常規(guī)站與智能站的500kV斷路器保護(hù)、母線保護(hù)以及主變保護(hù)的采樣方式與保護(hù)跳閘出口方式一致，所以兩類變電站理論值范圍差距為4.3ms～5.3ms。

由此可見，智能站相較常規(guī)站，各類保護(hù)的整組動(dòng)作時(shí)間理論范圍值差距4.3ms～5.3ms。智能站由于其特點(diǎn)導(dǎo)致主保護(hù)速動(dòng)性一定程度降低，對(duì)站內(nèi)設(shè)備的安全造成了不利影響，更威脅到了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。從各個(gè)環(huán)節(jié)來分析導(dǎo)致智能站的繼電保護(hù)的整組動(dòng)作時(shí)間增長(zhǎng)的具體原因[5]：

（1）采樣環(huán)節(jié)：常規(guī)站中的保護(hù)采樣由繼保裝置自身進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，時(shí)間理論上一般會(huì)小于0.5ms，而智能站中，由于合并單元的采樣與數(shù)模轉(zhuǎn)換的時(shí)間理論上在2ms左右，相較常規(guī)站增加了1.5ms。（2）保護(hù)裝置邏輯判斷環(huán)節(jié)：保護(hù)裝置收到采樣值之后，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，而智能站內(nèi)的保護(hù)裝置更是在邏輯判斷過程中添加了對(duì)于內(nèi)部信息的緩沖轉(zhuǎn)移以及處理的時(shí)間。不同的保護(hù)廠家的實(shí)現(xiàn)方式也不盡相同，故只能給出理論值范圍。理論上，對(duì)信息的處理時(shí)間在0.8～1.8ms，而保護(hù)裝置的邏輯判斷時(shí)間一般為10～14 ms。（3）保護(hù)跳閘出口環(huán)節(jié)：智能站中，保護(hù)跳閘是由智能終端完成，理論動(dòng)作時(shí)間約為5ms，而常規(guī)站中，理論動(dòng)作時(shí)間約3ms左右，差距2ms左右。

3 二次系統(tǒng)采樣方案優(yōu)化設(shè)計(jì)

考慮到500kV的線路保護(hù)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定的重要度，使用常規(guī)電磁式互感器的智能站中，500kV線路保護(hù)使用傳統(tǒng)的電纜點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣，其余保護(hù)仍接收合并單元的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采樣值，跳閘出口方式按經(jīng)由GOOSE直跳。得到第一種采樣優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如下所示：

（1）各CT雙套配置合并單元;（2）線路保護(hù)按傳統(tǒng)電纜直采，使用雙重化配置方案，并串接在合并單元之后;（3）斷路器保護(hù)與母線保護(hù)均使用經(jīng)合并單元SV的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直采;（4）測(cè)控裝置、故障錄波裝置、PMU、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置等均使用SV網(wǎng)采。

此外，給出第二種設(shè)計(jì)方案，此方案既能滿足保護(hù)可靠性與速動(dòng)性要求，又實(shí)現(xiàn)了全站采樣的統(tǒng)一性。

第二種采樣優(yōu)化設(shè)計(jì)方案如下所示：

（1）各CT單套配置合并單元;（2）各保護(hù)與故障錄波裝置均使用電纜直采;（3）測(cè)控裝置、PMU、網(wǎng)絡(luò)報(bào)文分析裝置均使用SV網(wǎng)采。

相較于第一種方案，此方案中故障錄波裝置經(jīng)由電纜直連采樣，增加了電纜使用量，投資相對(duì)較高。此外，此發(fā)難不利于模塊化建設(shè)，無法實(shí)現(xiàn)保護(hù)采樣值的全站各裝置數(shù)據(jù)共享，不利于未來進(jìn)步技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)很難完成對(duì)各個(gè)二次設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，所以一般情況下不推薦使用此方案。

兩相比較，第一種方案在一定程度上提升了線路保護(hù)的速動(dòng)性，與此同時(shí)更是兼顧實(shí)現(xiàn)了全站各設(shè)備間的采樣值共享。

4 結(jié)論

目前500kV智能變電站二次系統(tǒng)的采樣通用設(shè)計(jì)方案均有其優(yōu)點(diǎn)及不足，需要優(yōu)化其設(shè)計(jì)方案。本文探討了智能變電站的采樣方案，研究了采樣方式對(duì)繼電保護(hù)整組動(dòng)作時(shí)間的影響，提出了500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

此方案提高了線路保護(hù)的整組動(dòng)作速動(dòng)性，具有站內(nèi)各裝置數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢(shì)，減少電纜使用量，對(duì)智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王天鍔，盛毅，鄧輝，馬小瓏.智能變電站交流采樣校驗(yàn)方法探討[J].湖南電力，2018，38（03）：62-64+69.

[2]廖能，周明平，李翔.智能變電站過程層高精度采樣值同步技術(shù)方案研究[J].機(jī)電信息，2018（30）：20-21.

[3]肖昆，胡志恒，齊敬忠，魏然.PhotoMOS對(duì)于智能變電站繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的優(yōu)化研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（36）：246.

[4]魏杰.智能化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)工程調(diào)試的相關(guān)研究[D].南昌大學(xué)，2016.

[5]魏杰.智能化變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)工程調(diào)試的相關(guān)研究[D].南昌大學(xué)，2016.

作者簡(jiǎn)介：王?。?974-），女，漢族，湖北武漢人，本科，副高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)檢修工作。