提高數字化變電站繼電保護系統可靠性措施分析

國網江西省電力公司萍鄉供電分公司 程 妮

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提高數字化變電站繼電保護系統可靠性措施分析

國網江西省電力公司萍鄉供電分公司 程 妮

【摘要】數字化變電站以其諸多優點在電力系統中得到了廣泛的應用，但在其為變電站技術帶來變革的同時，且給繼電保護提出了新的挑戰。基于數字化變電站應用的廣闊前景以及繼電保護的重要地位，有必要針對數字化變電站研究出提高其可靠性的技術方法，這對數字化變電站的安全、穩定、可靠運行具有重要的意義。

【關鍵詞】數字化變電站；繼電保護；可靠性

隨著計算機技術、數字通信技術、自動化技術等技術的發展以及與電力技術的融合，智能電網應運而生，其以經濟、安全、高效、節能、環保等諸多優點在世界范圍內得到了認可和青睞，目前我國已經制定了智能電網發展戰略，并已在全國各地區分階段、分步驟開始實施。在智能電網建設過程中，數字化變電站的應用是不可或缺的，直接關系著智能電網整體戰略目標的實現，因些，對數字化變電站相關技術進行研究具有重要的意義。數字化變電站通過將傳統變電站技術與通信技術、微電子技術、光電技術等新興技術的融合，實現變電站中信息傳遞的數字化與網絡化。數字化變電站與常規變電站相比，繼電保護系統中的電子裝置更多，而且通過光纖連接非常規互感器、斷路器及保護裝置，在整體結構、構成元件、工作方式等方面都發生較大的變化，可以說數字化變電站繼電保護已向數字化保護轉變。雖然數字化保護具有一系列常規繼電保護所沒有的優點，但由于其發展歷程較短，自然在可靠性方面有進一步改進和提升的空間。結合數字化變電電站繼電保護實際情況，筆者認為可以通過軟件及硬件技術措施的結合來提高繼電保護系統可靠性。

1　繼電保護硬件系統可靠性提高措施

數字化變電站繼電保護與傳統繼電保護相比，最大的區別在于電子式互感器、光纖、交換機等新裝置、新設備的使用，因此，可以從這些新的硬件著手，提高數字化變電站繼電保護系統的整體可靠性。

(1)特定GOOSE插件的使用。數字化變電站中保護功能的實現是以網絡通信為基礎的，在各種非常態情況下，為了保證能夠接受和處理正常應用報文，應配置特定的GOOSE插件，而且為了保證信息處理的實效性，該插件上的網絡接口應直接與保護DSP相連。同時為了連接雙重化GOOSE網絡，該插件上應具有雙重化的光纖接口，以確保數據傳輸的完整性。

(2)光源輸出功率的監視。隨著電子式互感器的長時間運行，光源的輸出功率會產生衰減現象，從而影響系統的精準度。因此，可在合并器上裝設光源輸出功率監視模塊，對互感器光功率輸出實施實時監控，及時發現功率衰耗過大問題。

(3)雙A/D系統的接入。基于電子式互感器采集環節的可靠性考慮，電子式互感器內應具有兩路獨立的采樣系統，且每一路采樣系統采用雙A/D電路接入合并單元，每個合并單元輸出兩路采樣值到一套保護裝置中，以滿足雙重化保護相互獨立的要求，從而避免由于某一回路的A/D損壞而導致不正確保護動作的發生。

(4)光纜施工工藝的優化。數字化變電站與常規變電站相比，采用光纜連接各個裝置。但由于光纜較為柔軟，若出現光纜曲應力較大的情況，則會造成數據傳輸故障產生。因此，可通過光纜施工工藝的優化來提高數據傳輸的可靠性及穩定性。不僅要按規范將光纜放置在電纜槽盒內部，還要注意光纜的彎曲度不能超過限值。另外，光纖端部較為柔軟，應采用恰當的方法對其進行保護，例如經常對其進行清理、使用螺紋管纏繞式換熱器等等。

(5)雙重化配置交換機。交換機的使用是數字化變電站的又一特點，其充當了網絡通信載體角色，并構建了數據傳輸平臺。特別是隨著交換式以太網應用，繼電保護裝置對交換機的提出了更高的要求。交換機若無法正常運行，將會導致整個裝置無法正常運行，甚至是造成各類繼電保護均無法正常工作，例如縱聯差動保護等。因此，有必要采取相關措施來應對交換機故障對繼電保護產生的影響，可通過雙重化配置的應用來防止由于單個交換機故障而導致的全套繼電保護裝置崩潰現象。

(6)直采直跳技術的應用。雖然交換機的使用帶來了一系列的便利，但會導致保護系統反應不及時，或者故障情況下斷路器跳閘動作時間延長，也會對對保護動作的準確性及及時性產生一定影響。因此，為了防止交換機所帶來的上述繼電保護問題，可采用直采直跳技術，如圖1所示，繼電保護通過光纖直接從電子式互感器合并單元采樣報文，保護的跳閘也通過光纖直接連接斷路器。整個回路避開了交換機，自然也就避免了交換機對保護采樣及跳閘的影響，從而提高繼電保護系統的可靠性。

圖1　直采直跳技術

(7)除濕防塵的加強。數字化變電站繼電保護系統和常規變電站繼電保護系統一樣，工作狀態時常會受到運行環境的影響。因此，需要通過除濕、防塵措施來保證數字化繼電保護系統的工作性能。一般可在安裝智能終端的匯控柜采取防塵、除濕、溫度調節等有效措施，通過對智能終端溫度、濕度等指標的監測，來保證繼電保護系統的工作環境，進而提高智能終端的工作可靠性。

(8)接地防護的采用。為了提高數字化繼電保護裝置的抗干擾能力，保護裝置的箱體、插件、背板應在電氣上相互連接，構成一個等電位體，采用專用接地線接到保護柜的專用接地端子，并且接地端子以一定截面的銅線接到專用接地網上。

2　繼電保護軟件系統可靠性提高措施

除了通過硬件措施來提高數字化變電站的繼電保護系統可靠性外，還可采用以下一些軟件技術方法。

(1)插值算法的使用。在利用外部時鐘來實現數據采樣同步時，需要依賴統一的時鐘源。若時鐘源產生故障，可能會導致采樣數據完全失步，進而使繼電保護設備產生不正確動作。而插值算法的使用可有效解決這一問題，插值算法無需依賴外部時鐘，其嚴格按照等間隔采樣，繼電保護裝置根據固定的傳變延時進行補償和插值計算，在同一時刻進行重采樣，實現各間隔電子式互感器采樣值的同步，提高保護裝置可靠性。

(2)軟件積分的應用。Rogowski原理的電子式電流互感器輸出信息需經積分處理，方能獲得被測電流信號。主要采取在采集器中硬件積分和合并單元處軟件積分兩種方式。其中軟件積分處理方式在穩態精度、暫態誤差等方面要明顯優于硬件積分方式。而且軟件積分完全通過代碼實現，避免了元器件特性對積分效果的影響，降低了Rogowski原理電子式電流互感器采集器的功耗，可靠性和經濟性更高。

(3)插值補償校正的采用。對于數據信息收集過程中異步收集所引起的頻譜遺失現象，可在原有插值算法的基礎上提出插值補償校正法，即采用加窗插值的頻譜對數據信息及初始信息進行評估，保證在數據傳輸過程中丟失信息的恢復，從而避免因接收缺失數據信息而導致繼電保護裝置的誤動作。

(4)保護算法的優化。電子式互感器是數字化繼電保護系統的重要組成部分，其可靠性的提高也有助于保護系統整體可靠性的提高，因此，保護裝置應針對電子式互感器不飽和、線性度好、頻帶寬的特點優化相關保護算法，從而提高裝置可靠性。

(5)運算結果校核能力的提高。對于干擾造成的運算錯誤可以通過重復運算來校核。在第一次運算結束后，CPU利用原始數據再復算一次，并與第一次的結果作比較，如果相同，則結果可信；若結果不同，則再復算一次，三次計算取兩次相同的結果，這樣可有效提高繼電保護裝置抗干擾能力。

3　結語

數字化變電站與常規變電站相比，其優勢是非常明顯的，但其給繼電保護所帶來的挑戰也是客觀存在的。因此，基于數字化變電站未來的廣闊應用前景，必須綜合性的從硬件及軟件兩方面采取提高數字化繼電保護系統可靠性的相關技術方法，從而保證數字化變電站的安全、穩定、可靠運行。

參考文獻

[1]汪洋.數字化變電站繼電保護系統的可靠性研究[D].安徽理工大學,2015.