数字化继电保护在智能变电站中应用

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1、数字化继电保护在智能变电站中应用【摘要】变电站数字化是变电站综合自动化的发展趋势，它的基本特征就是采用电子式互感器和智能开关实现电气设备的智能化、运用光纤通信取代二次电缆实现信息传输的网络化及按照IEC61850标准实现信息模型、通信息以的标准化。随着计算机技术、通信技术的高速发展，许多高新技术在数字化保护设备中得到了实际应用和实践，特别是这几年数字化变电站技术的发展，使继电保护的发展带入到一个较高的发展水平，此外时间同步要求、系统安全性要求等也不断扩充这继电保护产品的内容。本文通过对数字化变电站继电保护的应用进行探讨。【关键词】数字

2、化变电站；保护装置；保护测试1•数字化变电站关键技术的应用1.1基于过程层的分布式母线保护母线是电力系统的重要元件，母线故障也是电力系统最严重的故障之一。传统集中式母线保护存在二次接线复杂、易受干扰、不易于扩展等缺点，而分布式母线保护面向间隔,具有分散处理能力，是母线保护的主要发展方向。然而分布式母线保护对数据实时性要求高、数据通信量的要求大，传统的变电站难以满足这些要求。数字化变电站先进的网络技术则为解决这些问题提供了条件。网络化的变电站，采用了分布式的电子式互感器以及合并单元的数据釆集模式进行，为了要实现数据采集的同步和各保护之间

3、信息交互与相互配合，需要一个统一且精确的时钟来作为系统的时钟源，并且通过精密的对时技术来实现各个数据采集单元时钟、各个保护装置时钟的准确同步。1.2数字化的变压器保护保证变压器差动保护正确工作的两个关键问题正确识别励磁涌流与故障电流及防止外部短路时暂态不平衡电流造成差动保护误动。励磁涌流中含有较大成分的非周期分量，而电磁式电流互感器不能有效传变非周期分量，从而使二次侧电流所表现的涌流特性有所变化，可能造成保护的误判。利用电子式电流互感器的高保真传变直流和高频分量的特性，根据励磁涌流发生时电流的非周期分量大而故障时非周期分量小的特点，可

4、提出正确区分励磁涌流与故障电流的新判据，从而有效防止变压器差动保护出现误动。变压器各侧的电磁式电流互感器的暂态特性误差不一致，增大了变压器差动保护的暂态不平衡电流，目前的基本解决办法是通过提高保护的动作电流值（整定值）来防止误动，这必然影响匝间短路时保护的灵敏度。数字化变电站采用电子式互感器后，各侧互感器的二次暂态电流高度一致，将匝间短路的灵敏度提高了10倍以上，显著增加了变压器差动保护的有效性。1.3输电线路数字化保护传统电流互感器的饱和问题一直是引起输电线分相瞬时值纵差保护误动的根本原因，而数字化变电站的纵差保护，其数据取自无饱和

5、的电子式电流互感器，从根本上解决了这一难题。通过分析、比较基于传统电流互感器和电子式电流互感器的比率制动差动保护动作特性，可以得出采用电子式电流互感器的差动保护灵敏性显著提高的结论。对于数字化的距离保护，采样值来自电子式互感器，不存在铁芯磁饱和问题，保护的起动元件、选相元件以及距离阻抗元件的性能得到提升，动作准确率大大提高。此外，电磁式电流互感器的饱和对过电流保护，特别是对反时限过流保护的动作时间有较大影响；取决于相角测定的方向过电流保护，也会因为传统电流互感器二次电流波形畸变，影响动作的选择性；过电流保护结构简单，但由于电磁式电流互

6、感器饱和的影响，误动作率也较高。数字化变电站中通过采用无饱和的电子式电流互感器提供采样数据，消除了电流传变程中引入的误差，从根本上改善了保护的动作性能。1.4基于电子式互感器的数字化保护接口常规保护配置方案和采用常规互感器时的保护配置一样，按对象进行配置，如线路的保护、母线的保护、主变的保护、开关的保护等。将原来保护装置内的交流量输入插件替换成数据采集光纤通信接口，I/O接口插件替换为GOOSE的光纤通信接口，我们将对CPU插件的模拟量进行适当的处理、更换为通信接口。将原来的操作插件全都转移到智能操作箱上进行，但保留部分开入做为压板投

7、退，开出的压板投退，取消或转移到该智能操作箱上。对于传统保护系统，电压、电流信号通过电缆从互感器引入到保护装置里进行釆样，信号的采样点可以按照保护装置的时钟进行抽取。其采样的过程是一个"主动”的过程，继保装置可以根据自己的需要完全掌握采样的时间间隔，也可以根据A/D采样芯片的配置来设置采样值的数据格式。但是电子式互感器与保护系统采用数字量接口，保护装置变成了"被动”地接收采样值数据。按照IEC61850标准，合并单元的数据采样率与保护装置所要求的采样率往往不等，两者间无法通过简单抽点方式来完成。为了满足继电保护系统对采集数据的要求，就

8、必须解决好合并单元数据采样率与保护装置所要求采样率的配合问题。通过在电子式互感器数据接口中采用PLL同步锁相技术和基于插值的采样值计算方法，能够实现根据频率测量值实时调整数字接口中的采样频率。该方法可有效地对电子式互感器