天津送變電工程公司智能電網(wǎng)調(diào)試中心 曹 正

1.數(shù)字化變電站關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

1.1 基于過程層的分布式母線保護(hù)

母線是電力系統(tǒng)的重要元件，母線故障也是電力系統(tǒng)最嚴(yán)重的故障之一。傳統(tǒng)集中式母線保護(hù)存在二次接線復(fù)雜、易受干擾、不易于擴展等缺點，而分布式母線保護(hù)面向間隔，具有分散處理能力，是母線保護(hù)的主要發(fā)展方向。

然而分布式母線保護(hù)對數(shù)據(jù)實時性要求高、數(shù)據(jù)通信量的要求大，傳統(tǒng)的變電站難以滿足這些要求。數(shù)字化變電站先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則為解決這些問題提供了條件。網(wǎng)絡(luò)化的變電站，采用了分布式的電子式互感器以及合并單元的數(shù)據(jù)采集模式進(jìn)行，為了要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的同步和各保護(hù)之間信息交互與相互配合，需要一個統(tǒng)一且精確的時鐘來作為系統(tǒng)的時鐘源，并且通過精密的對時技術(shù)來實現(xiàn)各個數(shù)據(jù)采集單元時鐘、各個保護(hù)裝置時鐘的準(zhǔn)確同步。

1.2 數(shù)字化的變壓器保護(hù)

保證變壓器差動保護(hù)正確工作的兩個關(guān)鍵問題正確識別勵磁涌流與故障電流及防止外部短路時暫態(tài)不平衡電流造成差動保護(hù)誤動。勵磁涌流中含有較大成分的非周期分量，而電磁式電流互感器不能有效傳變非周期分量，從而使二次側(cè)電流所表現(xiàn)的涌流特性有所變化，可能造成保護(hù)的誤判。利用電子式電流互感器的高保真?zhèn)髯冎绷骱透哳l分量的特性，根據(jù)勵磁涌流發(fā)生時電流的非周期分量大而故障時非周期分量小的特點，可提出正確區(qū)分勵磁涌流與故障電流的新判據(jù)，從而有效防止變壓器差動保護(hù)出現(xiàn)誤動。

變壓器各側(cè)的電磁式電流互感器的暫態(tài)特性誤差不一致，增大了變壓器差動保護(hù)的暫態(tài)不平衡電流，目前的基本解決辦法是通過提高保護(hù)的動作電流值（整定值）來防止誤動，這必然影響匝間短路時保護(hù)的靈敏度。數(shù)字化變電站采用電子式互感器后，各側(cè)互感器的二次暫態(tài)電流高度一致，將匝間短路的靈敏度提高了10倍以上，顯著增加了變壓器差動保護(hù)的有效性。

1.3 輸電線路數(shù)字化保護(hù)

傳統(tǒng)電流互感器的飽和問題一直是引起輸電線分相瞬時值縱差保護(hù)誤動的根本原因，而數(shù)字化變電站的縱差保護(hù)，其數(shù)據(jù)取自無飽和的電子式電流互感器，從根本上解決了這一難題。通過分析、比較基于傳統(tǒng)電流互感器和電子式電流互感器的比率制動差動保護(hù)動作特性，可以得出采用電子式電流互感器的差動保護(hù)靈敏性顯著提高的結(jié)論。

對于數(shù)字化的距離保護(hù)，采樣值來自電子式互感器，不存在鐵芯磁飽和問題，保護(hù)的起動元件、選相元件以及距離阻抗元件的性能得到提升，動作準(zhǔn)確率大大提高。

此外，電磁式電流互感器的飽和對過電流保護(hù)，特別是對反時限過流保護(hù)的動作時間有較大影響；取決于相角測定的方向過電流保護(hù)，也會因為傳統(tǒng)電流互感器二次電流波形畸變，影響動作的選擇性；過電流保護(hù)結(jié)構(gòu)簡單，但由于電磁式電流互感器飽和的影響，誤動作率也較高。數(shù)字化變電站中通過采用無飽和的電子式電流互感器提供采樣數(shù)據(jù)，消除了電流傳變程中引入的誤差，從根本上改善了保護(hù)的動作性能。

1.4 基于電子式互感器的數(shù)字化保護(hù)接口

常規(guī)保護(hù)配置方案和采用常規(guī)互感器時的保護(hù)配置一樣，按對象進(jìn)行配置，如線路的保護(hù)、母線的保護(hù)、主變的保護(hù)、開關(guān)的保護(hù)等。將原來保護(hù)裝置內(nèi)的交流量輸入插件替換成數(shù)據(jù)采集光纖通信接口，I/O接口插件替換為GOOSE的光纖通信接口，我們將對CPU插件的模擬量進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?、更換為通信接口。將原來的操作插件全都轉(zhuǎn)移到智能操作箱上進(jìn)行，但保留部分開入做為壓板投退，開出的壓板投退，取消或轉(zhuǎn)移到該智能操作箱上。對于傳統(tǒng)保護(hù)系統(tǒng)，電壓、電流信號通過電纜從互感器引入到保護(hù)裝置里進(jìn)行采樣，信號的采樣點可以按照保護(hù)裝置的時鐘進(jìn)行抽取。其采樣的過程是一個“主動”的過程，繼保裝置可以根據(jù)自己的需要完全掌握采樣的時間間隔，也可以根據(jù)A/D采樣芯片的配置來設(shè)置采樣值的數(shù)據(jù)格式。但是電子式互感器與保護(hù)系統(tǒng)采用數(shù)字量接口，保護(hù)裝置變成了“被動”地接收采樣值數(shù)據(jù)。按照IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，合并單元的數(shù)據(jù)采樣率與保護(hù)裝置所要求的采樣率往往不等，兩者間無法通過簡單抽點方式來完成。為了滿足繼電保護(hù)系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)的要求，就必須解決好合并單元數(shù)據(jù)采樣率與保護(hù)裝置所要求采樣率的配合問題。

通過在電子式互感器數(shù)據(jù)接口中采用PLL同步鎖相技術(shù)和基于插值的采樣值計算方法，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)頻率測量值實時調(diào)整數(shù)字接口中的采樣頻率。該方法可有效地對電子式互感器的數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行高精度的同步采集，具有較好的實用性。

2.數(shù)字化變電站、繼電保護(hù)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展的新特點

（1）隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布以及61850產(chǎn)品的發(fā)展，繼電保護(hù)也將發(fā)生一系列的變化，怎么樣在新的系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)下實現(xiàn)原來的繼電保護(hù)的功能，讓它保持可靠、穩(wěn)定是我們繼電保護(hù)工作者所需要考慮的重要問題。使用數(shù)字CT、PT，將會給我們的保護(hù)帶來重要的變化，保護(hù)方案又應(yīng)該怎么樣去適應(yīng)新的通信結(jié)構(gòu)，保護(hù)信號的交換怎么樣才能夠滿足分布式保護(hù)的要求等一系列問題，這些都需要我們一一澄清。當(dāng)繼電保護(hù)的接口發(fā)生變化時，需要在基本原理的基礎(chǔ)上，針對不同的接口方法來設(shè)計出不同的保護(hù)方案，使之能配合新技術(shù)能在繼電保護(hù)中的正常使用。

IEC61850標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的面向?qū)ο蟮慕Ｋ枷牒颓短桌^承的建模體系，為系統(tǒng)建模提供了極大的靈活性?，F(xiàn)在，這種靈活性正在被各個保護(hù)廠家充分地利用，但是對于用戶來講，這種靈活性如何測試和統(tǒng)一是必須解決的問題。

（2）伴隨著時間同步技術(shù)的發(fā)展，近些年出現(xiàn)了廣域相量測量系統(tǒng)（WAMS)，也出現(xiàn)了相應(yīng)的一些關(guān)于廣域保護(hù)的概念。以時間同步技術(shù)做為核心內(nèi)容的廣域測量及保護(hù)技術(shù)一定會逐漸被用于系統(tǒng)穩(wěn)定。對于時間同步能力的測試也必將成為非常重要的內(nèi)容。

（3）保護(hù)與自動化功能的緊密融合，在目前的階段，低壓線路的保護(hù)已經(jīng)是做到了控制合一和保護(hù)的狀態(tài)，伴隨著61850的使用和技術(shù)的成熟發(fā)展，控制功能與保護(hù)也會慢慢的緊密地結(jié)合在一起。在邏輯上可對他以進(jìn)行區(qū)分，但是在物理上將會在同一個裝置中出現(xiàn)，因此這樣做，其他功能是否會對該保護(hù)功能的影響也必將成為我們要去仔細(xì)研究的一個好課題。

3.結(jié)束語

伴隨著數(shù)字化變電站發(fā)展應(yīng)運而生的數(shù)字化保護(hù)，它是一門需要不斷發(fā)展和完善的技術(shù)，它的研究和應(yīng)用也必須是一個持續(xù)、漸進(jìn)、發(fā)展的過程，相信在不久的將來定會呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的景象。數(shù)字變電站是當(dāng)前電力系統(tǒng)研究的熱點之一，將會給變電站的運行和管理帶來深遠(yuǎn)的影響，在技術(shù)和經(jīng)濟方面都具有重大的意義。本文章的目的在于了解分析數(shù)字變電站技術(shù)對于變電站自動化系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向的思考，研究數(shù)字變電站技術(shù)應(yīng)用的模式和發(fā)展前景。

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