智能變電站繼電保護系統所面臨的若干問題分析

王志強

（國網山東省電力公司寧津縣供電公司，山東德州，253400）

0 引言

繼電保護系統在智能變電站的運行中承擔著重要作用，不僅具有自動報警、自動斷電等功能，還能夠針對變電站的日常運行狀況進行實時監測，有助于故障問題的及時發現與解決，進一步推動了電力系統的智能化發展。

1 智能變電站的特點

其一是相關的合并單元、電子式互感器和智能終端等新設備相繼出現，為繼電保護過程中的相關測量控制操作提供了便捷；其二是網絡交換機的大量應用，不僅局限于站控層，更延伸至過程層；其三是二次接線設計大量采用光纜，實現了數字化輸出[1]。

2 智能變電站繼電保護系統所面臨的具體問題

2.1 電子式互感器

在繼電保護系統中，電子式互感器的使用對于線路安全、變壓器運行、母聯與母線等都形成了較為有效的保護作用，一定程度上為繼電保護增添了可靠性。然而在電子式互感器的具體應用過程中也存在諸多顯著問題。

其一，電子互感器的使用增添了系統的運行負擔，器件的增加會導致系統的可靠性有所下降，部件之間的延時問題、網絡延時、采樣難以達到同步等問題都會進一步影響到繼電保護系統的正常工作。

其二，變電技術的發明與應用致使站內電磁環境呈現出日益復雜化的特質，對于電子式互感器的正常工作造成了一定干擾，尤其以采集器作為其中的代表，最易受到電磁干擾的影響。當斷路器與開關進行分合操作，或系統出現短路故障時，也會對繼電保護系統的正常工作運行造成一定干擾。

其三，在電網發生擾動、電力系統出現故障期間，處于暫態過程的電流互感器將直接影響到電子式互感器測量的精確度，進而導致繼電保護系統發出錯誤動作。如今變壓器空載投入與空載合閘的情況發生時都會伴隨一定感應電流的出現，一定程度上也會導致周邊電力設備的保護系統產生誤動作，對于智能變電站的正常運行產生不利影響。此外，在繼電保護系統實際運行的過程中，變壓器、互感器這類非線性鐵磁元件的暫態過程并非獨立存在與發生的，彼此間會產生交互作用，進一步影響到繼電保護系統的安全運行。

其四，作為電子式互感器的關鍵組成元件，模擬信號在合并單元上得到有效匯集，并由此轉換為數字信號。鑒于采樣時間序列與接收數字量采樣存在不對等關系，因此選擇采用插值算法的方式進行重新采樣。但該算法自身便存在較大的漏洞，受算法難易程度以及算法階數的影響，在插值時必然會產生一定誤差，并且插值的位置選擇會直接影響到信號的諧波。在具體計算時常常為追求插值速度而忽視算法的準確度，進而造成插值結果與實際情況存在較大誤差。同時，受合并單元自身性能的影響，倘若其電源受到損壞或外界電磁波對其造成干擾，都會影響到合并單元的正常工作，嚴重者會導致合并單元發生重啟的異常情況。此外，諸如計數程序等程序上出現疏忽也會影響到合并單元的準確性，合并單元的安全可靠性對于繼電保護系統的正常運行發揮著重要的意義。

2.2 對時同步系統

相較于傳統變電站而言，智能變電站的繼電保護系統對于數據傳輸網絡與對時同步系統提出了較高的要求。倘若數據傳輸網絡發生故障，將會直接影響到繼電保護裝置的照常工作，進而導致測控系統無法正常運行；而倘若對時同步系統出現故障，將會導致各個采集單元難以秉持統一的時間基準，進而導致在同一時刻界定范圍內的數據轉變為不同時刻的數據，致使繼電保護系統的可靠性有所降低。

當前在我國變電站中，繼電保護系統中的時鐘源主要依靠接收衛星信號，并以此作為對時的標準參照，但時鐘接收信號的能力會受到地理位置、天氣變化等多重因素的影響而產生偏差，因此要想確保提高對時同步系統的可靠性，還需要加強主時鐘的守時能力，并結合實際偏差選取最佳的拉入同步策略。鑒于同步系統中存在諸多復雜環節，各個環節存在的干擾將極有可能導致時鐘同步信號在輸出到合并單元時產生異常跳變。在此情況下，應當盡量保證合并單元輸出帶有同步品質因數的連續、穩定數據，以期最大限度消解對于繼電保護設備造成的影響。

通過分析以上關于對時同步系統對繼電保護裝置造成的影響，可以從以下三方面予以解決：首先是針對線路進行保護，當電流或電壓任一數據失步時，保護系統收到信號后會立即執行閉鎖式保護，與此同時退出相應的方向元件，并自動投入電壓互感器斷線過流。其次是針對變壓器進行保護，主要分為兩種情況，一種是任一測相的電流失步，則應閉鎖變壓器差動保護；另一種是外接零序電流或間隙電流失步，這一情況則并不影響保護行為。最后是針對母線進行保護，倘若母線電壓通道數據發生無效或失步等問題時，則無需閉鎖差動保護，但應閉鎖該母線電壓對保護有影響的判據；倘若支路保護電流出現失步問題，則需要將差動保護進行閉鎖；倘若母聯支路電流通道數據失步，則無需閉鎖母線保護；當支路電流失步時，則無需閉鎖支路的失靈保護[2]。

以上述探討為依據，可以判斷出對時同步系統是影響繼電保護系統效能的主要因素之一。此外，由于主時鐘的信號接收能力會直接影響到保護測控設備的運行，因此繼電保護系統還應當不斷攻克技術難關，逐步減少對于衛星同步信號的依賴，加強對于本地時鐘信號的研發與應用，才能夠更好的改善信號同步問題，提高對時的精準性。

2.3 就地保護

為有效減少戶外環境對于電子式互感器工作造成的影響，減少突變與漸變等故障對采樣信息準確度的影響，如今智能變電站創新采用就地保護這一形式，將保護裝置直接放置在被保護元件周圍，不僅可以提高互感器的測量效率，弱化網絡故障對于保護裝置運行的影響，還減少了對于通信網絡的依賴，提高保護裝置的可靠性。但與此同時需要注意的是，就地保護要求繼電保護裝置在室外進行工作，既會受到復雜多變的地理環境、氣候條件影響，為保護裝置的使用壽命及應用有效性帶來了多種變動因素，也會受到戶外復雜電磁環境的干擾，進而影響到繼電保護裝置運行的可靠性。

2.4 異常數據

如今我國智能變電站已經基本實現了信息共享，不僅推動了智能變電站的信息化建設，相應也對于數據的準確度提出了較高的要求。“飛點”即為我國智能變電站電子式互感器采集到的異常數據的代表，該數據雖然在品質位上呈現出正常狀態，并通過合并單元完成信號處理，但其實質上已經無法將原始信號的信息反映出來，常常因其幅值過大而被保護系統判斷為故障信號，進而導致系統產生誤動操作。針對此問題可利用基于幅值比較的采樣值檢測方法，相關研究人員選取某110kV數字化變電站ECT產生的異常數據波形進行了分析（如圖1所示），并以此判斷出基于幅值比較的采樣值檢測方法可以較為準確的檢測出異常數據，為繼電保護裝置的閉鎖保護增添可靠性[3]。

圖1 某110kV變電站ECT異常數據波形

3 結論

近年來各項科學技術的研發已經推動電力系統朝著智能化、數字化方向奮勇前行，電子式互感器的應用也將傳統互感器的缺陷予以修補，然而如今智能變電站的繼電保護系統卻仍然面臨著諸多問題，如何更好的攻克技術難題值得我們進行更加深入的探討。