數(shù)字化變電站SMV同步方式對(duì)繼電保護(hù)的影響

貴州貴陽供電局 殷 慧

1 數(shù)字化變電站與繼電保護(hù)概述

1.1 傳統(tǒng)電網(wǎng)和繼電保護(hù)

傳統(tǒng)的電網(wǎng)自愈能力與供電的可靠性比較差，對(duì)于客戶服務(wù)較為簡(jiǎn)單，且信息單向；系統(tǒng)內(nèi)信息共享程度較低，無法構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)、有機(jī)、統(tǒng)一的整體因此整個(gè)電網(wǎng)智能化的程度低。

1.2 智能電網(wǎng)和繼電保護(hù)

智能電網(wǎng)也被稱為知識(shí)型電網(wǎng)或是現(xiàn)代電網(wǎng)，其實(shí)現(xiàn)了信息、數(shù)字等前沿技術(shù)的有機(jī)融合，主要發(fā)展目標(biāo)為建設(shè)節(jié)能、環(huán)保、高效、可靠以及穩(wěn)定的現(xiàn)代化電網(wǎng)。當(dāng)前，數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)方案主要是根據(jù)具體的設(shè)備、技術(shù)水平所確定，數(shù)字化變電站的二次設(shè)備應(yīng)是三層結(jié)構(gòu)，一是智能終端設(shè)備，二是間隔層設(shè)備，三是站控層設(shè)備，其網(wǎng)絡(luò)也可劃分為以下三類，一是數(shù)據(jù)采樣(SMV)，二是控制(GOOSE)，三是信息管理(MMS)[1]。

2 SMV及其發(fā)展分析

Sampled Measured Val ue采樣測(cè)量值，也稱為SV(Sampl edVal ue),是一種用于實(shí)時(shí)傳輸數(shù)字采樣信息的通信服務(wù)。從發(fā)展歷史來說，SMV的發(fā)展先后經(jīng)歷：IEC60044-8，IEC61850-9-1，IEC61850-9-2，目前主要采用IEC61850-9-2，IEC60044-8。

2.1 IEC60044-8

IEC60044-8是國(guó)際電工委員會(huì)為電子式互感器專門制定的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖串行數(shù)據(jù)接口，目前主要采用IEC69870-5-1的FT3格式，故常稱之為FT3格式，其主要特點(diǎn)如下所示：（1）傳輸延時(shí)確定；（2）可以采用再采樣技術(shù)實(shí)現(xiàn)同步采樣；（3）硬件和軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；（4）固定12通道。

為了滿足變電站更加靈活的需求，國(guó)網(wǎng)公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》對(duì)60044-8所定義的通用幀格式從12通道擴(kuò)展到22通道，一般稱之為擴(kuò)展FT3格式。

2.2 IEC61850-9-2

IEC61850-9-2：是國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《IEC61850-9-2：特定通信服務(wù)映射(SCSM)》中所定義的一種采樣值傳輸方式，其主要特點(diǎn)如下所示：（1）傳輸延時(shí)不確定；（2）無法準(zhǔn)確采用再采樣技術(shù)；（3）硬件軟件比較通用，但對(duì)交換機(jī)要求極高；（4）硬件和軟件實(shí)現(xiàn)都將困難；（5）不同間隔間數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)間不確定，不利于母差、變壓器等保護(hù)的數(shù)據(jù)處理[2]。

為了滿足變電站更加可靠的需求，合并單元不再依賴時(shí)鐘源進(jìn)行同步，國(guó)網(wǎng)公司在《Q/GDW441-2010智能變電站繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)范》定義了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)9-2的方式，具體技術(shù)要求如下：

（1）合并單元應(yīng)輸出電子式互感器整體的采樣響應(yīng)延時(shí)，額定延時(shí)時(shí)間不大于2ms。

（2）采樣值發(fā)送間隔離散值應(yīng)小于10μs。

（3）通道延時(shí)需要在采樣數(shù)據(jù)集中作為一路通道發(fā)送。

3 數(shù)字化變電站SMV采樣同步方法

3.1 插值法

對(duì)于插值法，要求合并單元提供采樣的傳輸延時(shí)，保護(hù)測(cè)控設(shè)備通過減去延時(shí)還原站內(nèi)實(shí)際采樣時(shí)刻，然后通過插值算法通過非同步樣本點(diǎn)來計(jì)算同步樣本點(diǎn)（適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式9-2和44-8），具體如圖1所示。

圖1 插值法

3.2 時(shí)鐘同步法

對(duì)于利用公共時(shí)鐘脈沖的同步方法，各合并單元必須有時(shí)鐘輸入，并具備依照時(shí)鐘輸入信號(hào)給定的時(shí)間狀態(tài)取得同步樣本（適用于組網(wǎng)方式9-2），具體如圖2所示。

圖2 時(shí)鐘同步法

4 不同采集問題對(duì)繼電保護(hù)的影響

4.1 對(duì)PCS931的影響

4.1.1 SV數(shù)據(jù)無效對(duì)對(duì)保護(hù)的影響

（1）保護(hù)電壓數(shù)據(jù)無效：顯示無效采樣值，處理同保護(hù)TV斷線，即閉鎖與電壓相關(guān)的保護(hù)（如距離保護(hù)），退出方向元件（如零序過流自動(dòng)退出方向），自動(dòng)投入TV斷線過流等。

（2）保護(hù)電流數(shù)據(jù)無效：閉鎖保護(hù)（差動(dòng)、距離、零序過流、TV斷線過流、過負(fù)荷）。

（3）啟動(dòng)電流數(shù)據(jù)無效：?jiǎn)?dòng)板24V正電源開放的條件切換到保護(hù)電流通道計(jì)算的結(jié)果，即在此情況下啟動(dòng)板根據(jù)保護(hù)電流通道的數(shù)據(jù)自主判斷啟動(dòng)，這樣可以有效避免保護(hù)板由于程序問題而導(dǎo)致的誤動(dòng)作。當(dāng)啟動(dòng)電流通道數(shù)據(jù)無效或啟動(dòng)電流檢修警時(shí)，不影響保護(hù)板的程序，保護(hù)板的程序保持不變[3]。

（4）啟動(dòng)電壓數(shù)據(jù)無效：沒有影響，僅用于與保護(hù)電壓互校，互校不一致閉鎖全部保護(hù)。

（5）同期電壓數(shù)據(jù)無效：當(dāng)重合閘檢定方式與同期電壓無關(guān)時(shí)（如不檢重合），不報(bào)同期電壓數(shù)據(jù)無效。當(dāng)同期電壓數(shù)據(jù)無效時(shí)，閉鎖與同期電壓相關(guān)的重合檢定方式（如檢同期），即處理方式同同期TV斷線。

4.1.2 SV數(shù)據(jù)失步（僅對(duì)組網(wǎng)有影響）對(duì)保護(hù)的影響

（1）電壓或電流任一失步：電壓MU和電流MU任一失步，處理同保護(hù)PT斷線，即閉鎖與電壓相關(guān)的保護(hù)（如距離保護(hù)），退出方向元件（如零序過流自動(dòng)退出方向），自動(dòng)投入PT斷線過流。

（2）同期電壓失步：當(dāng)重合閘檢定方式與同期電壓無關(guān)時(shí)（如不檢重合），不報(bào)同期電壓數(shù)據(jù)失步。當(dāng)同期電壓數(shù)據(jù)失步時(shí)，閉鎖與同期電壓相關(guān)的重合檢定方式（如檢同期），即處理方式同同期TV斷線。

4.2 對(duì)PCS978的影響

4.2.1 SV數(shù)據(jù)無效對(duì)對(duì)保護(hù)的影響

（1）任意側(cè)相電流數(shù)據(jù)無效：僅閉鎖差動(dòng)保護(hù)及本側(cè)過流保護(hù)，如果整定用自產(chǎn)零序情況下閉鎖該側(cè)相對(duì)應(yīng)零序過流保護(hù)段。

（2）任意側(cè)零序電流數(shù)據(jù)無效：僅閉鎖該側(cè)整定為外接零序的零序過流保護(hù)段。

（3）任意側(cè)間隙電流數(shù)據(jù)無效：僅該側(cè)閉鎖間隙零序過流保護(hù)。

（4）任意側(cè)電壓數(shù)據(jù)無效：閉鎖該側(cè)零序過壓保護(hù)，該側(cè)所有與電壓相關(guān)的判據(jù)自動(dòng)不滿足條件，復(fù)壓元件可以通過其他側(cè)起動(dòng)，方向過流自動(dòng)退出。

4.2.2 SV數(shù)據(jù)失步對(duì)保護(hù)的影響

（1）任一側(cè)相電流數(shù)據(jù)失步：閉鎖差動(dòng)保護(hù)，如果本側(cè)采用和電流作為后備保護(hù)電流時(shí)同時(shí)閉鎖后備保護(hù)。

（2）任意側(cè)外接零序電流數(shù)據(jù)失步：對(duì)保護(hù)行為無影響。

（3）任意側(cè)間隙電流數(shù)據(jù)失步：對(duì)保護(hù)行為無影響。

（4）后備保護(hù)中的電流和電壓相對(duì)失步時(shí)：方向元件不滿足條件。

5 結(jié)論

隨著數(shù)字化變電站的逐漸推廣應(yīng)用，影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的因素更加復(fù)雜，上文重點(diǎn)分析了采樣環(huán)節(jié)對(duì)繼電保護(hù)的影響，通過合理選擇SMV采樣同步方法，盡量避免采樣故障帶來的一次設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間失去保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了保護(hù)運(yùn)行的可靠性，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站的進(jìn)一步發(fā)展與建設(shè)。

[1]劉旭升.討論數(shù)字化變電站及其對(duì)繼電保護(hù)的影響[J].城市建設(shè)理論研究:電子版,2013.

[2]何瑞文,謝瓊香,蔡澤祥.數(shù)字化電氣信息采集對(duì)繼電保護(hù)可靠性的影響[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2013,30(2):68-73.

[3]李仲青,周澤昕,黃毅,等.數(shù)字化變電站繼電保護(hù)適應(yīng)性研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2011(05):210-215.