数字化变电站继电保护适应性分析

田吉青靳庆路

田吉青靳庆路

（国网山东省电力公司蓬莱市供电公司265600）

摘要：随着科学技术的不断发生，电力系统迎来了更新换代的时代，在此过程中，数字化变电站继电保护装置得到了广泛应用，有效提升了变电站供电运行能力与供电稳定性。本文简要论述了数字化变电站与继电保护装置的基本特点，并在数字化变电站基础上对继电保护的适应性问题进行了分析，以期能促进我国变电站继电保护技术的发展。

关键词：数字化变电站；继电保护；适应性；研究

前言

我国电力行业近几年来进步迅速，智能化电网建设规模不断扩大，数字化变电站作为电网建设中的重要部分也取得了长足发展，而继电保护作为变电站的运行基础，对整个电网系统的安全性意义重大，其保护适应性能提升我国电力系统现代化管理水平，目前已受到电力部门的广泛重视，对继电保护适应性进行研究有重要的现实意义。

一、数字化变电站概述

数字化变电站是指利用数字化信号代替传统的模拟电信号，对变电信息进行处理的新型变电系统，主要组成内容包括智能化一次设备（智能化开关、电子互感器等）和可供网络通讯的二次设备分层（过程层、间隔层、站控呈），建立依据为IEC61850标准，属于一种能有效实现变电站智能化电气设备之间信息共享和交互操作的现代化电力设施。因数字化信号自身优势，数字化变电站可利用其实现变电信息和实时监控和传输，且对数据信息进行测量时具有较高的精准度，能为变电站运行管理和检修工作提供安全可靠的信息，提升变电站运行的经济效益。

二、继电保护装置的主要特征和优势

（一）功能完善

与传统继电保护装置相比，数字化继电保护装置的优势主要体现在硬件功能完善方面。对数据信息进行采集时主要采用电子式互感器进行，而传统继电保护装置则以专门的数据单元对模拟数据进行采集，局限性较为明显，且数据准确性无法保证，数字化继电保护装置除了能提高所采集数据的精准性外，还能扩大采集范围，这些功能均得益于继电保护装置中具备数字电路构成的微型CPU处理器，有多个接口可用于数据采集，弥补了传统继电保护装置的不足。

（二）输出信息准确

数字化继电保护装置以合并单元格的方式通过光纤进行数据传输，在传输迅速的同时能大规模减少模拟数据转化的工作量，数字化继电保护装置信息输出的主要途径包括：互感器采集→对变电站中的数据信息进行处理→通过光纤传输至低压端→单元格转化，最后得出的数据信息准确性得以保证。

三、数字化变电站继电保护适应性问题分析以及解决方案

（一）电子互感器和通讯网络适应性

电子式互感器以其工作原理可分为两种不同形式：有源式和无源式。这两种形式是数字化变电站工程中最为常用的形式，电子互感器又可分为基于光学原理以及基于Rogowski线圈原理两种，在IEC61850标准中虽然对互感器工作数据采集的准确性与实时性有规定，但因生产厂家和制造工艺的差异，导致很多不同型号品牌的互感器在测量延时和量程方面存在差异。

图1电子式互感器电流测量示意图

1、测量延时不同

继电保护装置的主要功能为保护电路不受其他因素的威胁，因此若在保护装置运行过程中对时间的精准度要求很高，哪怕是存在几秒钟的时间误差都有可能对电力系统运行造成严重影响，因此在连接互感器与继电保护系统是要对反应时间进行差异性比较，若二者间差异明显，则要对系统进行延时补偿设定，减少反应时间，保证电力系统能安全稳定运行。

2、量程之间的差异分析

电子式互感器测量输出范围时有一定的范围标准，若测量值超出标准则会导致测量上下限值出现波动，呈现“平顶”状况，如图1所示。此时若继电保护系统与互感器量程差异存在，会在测量图中形成穿心畸形，导致测量结果失准，影响保护装置功能，例如在电流差动保护时误动作。

（三）互感器对继电保护动作的实时性

相对于传统继电保护装置而言，数字化继电保护装置在发现线路运行异常后，要受到多种延时信息的影响，例如数字化信号采样延时、互感器处理延时、网络传输延时等，然后才能对异常电路进行动作。在电网继电保护的实践过程中，跳闸速度越快，制动面积越小，稳定度也相对越大，即继电保护反应时间越短，所能起到保护作用的线路范围就越广，电网运行的安全性就越高。因此在应用数字化继电保护装置的过程中，不能只侧重于数字化技术的优点，也要看到其缺点，针对数字化继电保护装置处理故障延时的确定进行改进，例如采取减少数据处理过程耗时、改进继电保护算法等措施，缩短数字化继电保护装置的故障信息传输时间和动作时间，保证电网运行安全。

（四）数字化继电保护装置适应性问题的处理措施

1、动作延时的解决途径

首先需对电子互感器技术进行改进创新，引进更为先进的技术缩短互感器整体延时处理；其次，定期改变继电保护算法，对采样频率进行合理调整，改变采样频率与其向电子互感器发送数据频率的整除倍数，从而减少重新插值采样耗时；最后，在数字化变电站的规划设计过程中，要及时创新改善过程层网络的设计理念，加强网络通讯技术的实时性。

2、数据异常处理方案

由于电子互感器中数据采集系统和测量传感元件具有相互独立性，在合并单元格时所发送的数据在同时间段内既包括用于保护的数据采样，又包括用于测量的数据采样，因此在计算采样值时可代入测量数据与保护数据的对比，保证系统接收采样数据的正常过程，在接收数据的过程中若单个数据发生突变，也不会导致保护装置误动作。

3采样同步问题的解决方案

保证变电站内时钟一致，以设备外部时钟源作为电子互感器数据的同步源，可采用铯钟，铷钟等精度有保障的电子钟，或者基于数字化体系的光纤网络时间对继电保护装置的时间进行同步，最大限度避免延时误差。此外还需对电子互感器计算方式进行合理选择，采用合并单元格插值的方式进行计算，对同步处理可采取采样数据的计算方式，保护装置则可采用插值计算。

结束语

综上，电力系统元件发生故障时，需要数字化变电站继电保护装置对元件进行动作保护，控制事态发展，对保障电力系统运行的安全稳定意义重大，因此，在数字化继电保护装置的使用过程中，要对其优点和缺点进行理性分析，并从电子互感器数据异常、测量延时等适应性问题入手，实施有效的解决措施，提高数字化变电站的运行水平。

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