关于智能变电站电子式互感器的应用分析

许海英

许海英

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摘要：结合笔者的实践工作经验，本文首先介绍了智能变电站的系统结构，对电子式互感器的保护作用以及电子式互感器的适应性问题进行了简要分析，对于今后阶段智能变电站中保护装置的发展进程有着非常重大的实际参考意义。

关键词：智能变电站；电子式互感器；保护

对于保护装置对电子式互感器以及通信网络的适应性问题，在智能变电站的实际建设发展进程中，存在着许多实际问题需要进一步解决，比如电子式互感器的异常工况应对方案、通信网络可靠性的量化式评估、组网方案的优化设计与冗余方案综合选择等方面，对于这些问题需要给予足够的关注，探索出相关的有效解决措施，从而可以为智能电网的全面系统建设提供更加有力的支持。

一、智能变电站的系统结构

智能变电站依据IEC61850有关的通信协议，通常可划分成三个层次，分别为过程层、间隔层与站控层。对于过程层，其一般应用了电子式互感器、合并单元、断路器与智能终端等各种设备。过程层是作为一次设备与二次设备的结合面，在这基础上可以实现电气量的检测、操作控制与执行等各种功能。对于间隔层，一般主要装配了保护、控制、计量、故障录波与相量测量组件等各种二次设备。间隔层所具有的具体功能有：汇总本间隔过程层相应的实时数据信息；实施对于一次设备具体的保护控制功能；实现本间隔相关的操作闭锁功能。对于站控层，其一般包含了后台操作站、远动管理机与授时装置等各种系统服务设备，这层的主要任务是使用高速网络汇总全站相应的数据信息，根据有关的标准把相关数据信息传送到调度中心，接收调度或者控制中心相关的控制命令而且转向到间隔层与过程层执行等方面。

二、电子式互感器的保护作用

1、简化保护的硬件配置。传统互感器所输出的是模拟量信号，如果这种模拟量传输到数字式保护装置时，保护装置之内的测量系统一般包括采样保持、多路转换开关与模拟量/数字量转换等各种具体相关组件。在使用电子式互感器以后，其对应输出的是FT3格式数字量，经过合并单元之后可以转换成为IEC61850标准的数字信号从而直接传输到相应的保护装置，这样可以去掉原本的采样保持与模拟转换组件，实现保护系统硬件配置的功能简化。

2、促进暂态量的保护。受到常规化互感器性能的有关限制，当前的保护原理大部分是基于工频量而进行保护判断分析的，其不足之处主要在于容易受到过渡电阻与磁饱和等各种因素的实质性影响。如果将在发生故障时的暂态分量作为相应的保护判断，可以不会受到电网运行状况的具体影响。这种类型的暂态量保护对于电子式互感器元件的采集线性度与动态特性等方面都具有较高程度的性能标准要求。电子式电流互感器具有优良形式的动态测量能力，其不但可以有效测量在故障发生时的基波分量，而且能够准确测量出相应的非周期成分与高次谐波。通过选取相应的数字积分方式，电子式互感器对于5次谐波以下的测量比差一般都小于1%。对于开发具有实用性意义的暂态量保护仍然需要进行广泛的研究工作，其数值大小与故障的产生时刻存在着密切的关系，如果在某种相电流过零时正好发生单相接地短路现象，在理论上是不会产生非周期成分的，所以应当添加其它辅助判据从而应对有关的电流过零点问题。

3、提升保护动作的可靠性。对于电磁式电流互感器来说，其主要的缺点在于如果出现一次侧流过的短路电流太大时，非周期分量容易导致互感器铁心出现饱和现象，二次电流无法正确地转变成一次分量，同时伴随着波形畸变现象。在其使用差动保护时，相对比较大的不平衡电流有可能导致保护装置在区外故障时发生误动。为了可以保证差动保护装置动作相关的可靠性，对于提升装置动作的正确性方面具有积极效应，然而在某种实际程度上会相应地提升有关动作的复杂性程度，这有可能会对保护的快速性效果会带来负面作用。对于Rogowski线圈相应的电子式电流互感器而言，由于其线圈绕制和非磁性的相关架构可以有效产生磁饱和现象，使差动电流可以获取具有较理想的准确度与线性度，这有助于提升保护动作的可靠性。另外常规电流互感器的二次回路断线开路属于一个非常大的隐患问题，感应到的过电压将会损坏智能变电站设备而且会危及到人身安全，然而电子式互感器不会存在这种问题。

三、电子式互感器的适应性问题分析

1、保护应对电子式互感器的数据同步问题。保护装置的正确动作只是依靠着电子式互感器采样信号相应的幅值特性，其实质上是不要求信号在时间上产生数据同步，比如过流保护与低压保护等状况。部分保护装置对电子式互感器的采样同步性要求标准相对比较高，这种保护正确动作的前提基础条件为线路在两侧保护装置的采样数据应当保持一致同步。如果线路两侧是智能变电站或者分别是智能变电站和传统变电站时，对于各种不同类型的电子式互感器以及合并单元的延时特性差异状况，发生电子式互感器与常规互感器共用的实质性问题，线路电流差动保护的实际需求对同步问题需要提出有效可行的解决方案。智能变电站使用电子式互感器，然而对侧变电站使用常规互感器相应的采样延时会出现不一致的问题，选择某种理论经验值固化到相应的程序当中，可以实现两侧之间的数据同步。然而电子式互感器固有的采样延时一般是由一次传感器、传输系统的传输时间与二次转化器的数字处理时间所构成，对于各种不同的硬件结构其相应的固有延时可能出现差异状况。

2、保护应对电子式互感器数据异常的能力。数据异常通常是由电子式互感器的可判故障等各种因素所引起的，保护可以通过判别合并单元发送采样数据的品质位来判断有关数据的有效性。然而如果数据异常是由互感器电子器件受到外界干扰等各种因素引起时，合并单元所发送数据仍然处在有效的状态，此时如果保护装置处理不恰当，则会出现闭锁或者误动作等具体情况。对智能变电站中存在的源电子式电流互感器需要进行相关的测试工作，互感器相应的输出波形中会产生一定程度的直流偏置量，其重要来源一般是采样电路与A/D转换所引起的偏置失调量，其数值伴随着周围温度与环境的变化而变化，太大的直流偏置有可能会产生后续保护的误动作。在试验系统处在正常的工作执行状态时，某种保护装置可能会多次出现误出口的具体状况，之后的确认误动作一般是由电子式互感器经过合并单元输出的报文间隔不均匀所导致的。在每周波为80个点的具体采样率下，两帧邻近的采样报文间隔一般是固定的250s，经过查寻网络记录仪相应时刻的数据报文，从而可以发现分支报文的采样时间间隔抖动状况，使得中压侧的电流波形发生畸变现象。

四、结束语

智能变电站使用了大规模的高端化、集成化与智能化的硬件设备器件，其在满足国际标准要求的IEC61850通信规范基础之上，完成智能变电站相应的电能分配、变换测量、控制、保护与计量监测等各种功能。智能变电站一般具有两类基本特征，即为一次设备智能化与二次设备网络化，具体的方面表现在传统的电磁式互感器被低功率与数字化的电子式互感器所替代，使用智能化开关达到开关的精确控制与就地操作目的，运用以太网交换机建设统一标准形式的信息平台提供二次设备的数据通信功能。

参考文献

[1]周良才等.广域后备保护系统的自适应跳闸策略[J].电力系统自动化，20ll，35（1）.

[2]李仲青等，等.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术，201l，35（5）.