提高数字化变电站继电保护系统可靠性措施分析

2016-05-17国网江西省电力公司萍乡供电分公司

电子世界 2016年8期

国网江西省电力公司萍乡供电分公司程妮

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【摘要】数字化变电站以其诸多优点在电力系统中得到了广泛的应用，但在其为变电站技术带来变革的同时，且给继电保护提出了新的挑战。基于数字化变电站应用的广阔前景以及继电保护的重要地位，有必要针对数字化变电站研究出提高其可靠性的技术方法，这对数字化变电站的安全、稳定、可靠运行具有重要的意义。

【关键词】数字化变电站；继电保护；可靠性

随着计算机技术、数字通信技术、自动化技术等技术的发展以及与电力技术的融合，智能电网应运而生，其以经济、安全、高效、节能、环保等诸多优点在世界范围内得到了认可和青睐，目前我国已经制定了智能电网发展战略，并已在全国各地区分阶段、分步骤开始实施。在智能电网建设过程中，数字化变电站的应用是不可或缺的，直接关系着智能电网整体战略目标的实现，因些，对数字化变电站相关技术进行研究具有重要的意义。数字化变电站通过将传统变电站技术与通信技术、微电子技术、光电技术等新兴技术的融合，实现变电站中信息传递的数字化与网络化。数字化变电站与常规变电站相比，继电保护系统中的电子装置更多，而且通过光纤连接非常规互感器、断路器及保护装置，在整体结构、构成元件、工作方式等方面都发生较大的变化，可以说数字化变电站继电保护已向数字化保护转变。虽然数字化保护具有一系列常规继电保护所没有的优点，但由于其发展历程较短，自然在可靠性方面有进一步改进和提升的空间。结合数字化变电电站继电保护实际情况，笔者认为可以通过软件及硬件技术措施的结合来提高继电保护系统可靠性。

1　继电保护硬件系统可靠性提高措施

数字化变电站继电保护与传统继电保护相比，最大的区别在于电子式互感器、光纤、交换机等新装置、新设备的使用，因此，可以从这些新的硬件着手，提高数字化变电站继电保护系统的整体可靠性。

(1)特定GOOSE插件的使用。数字化变电站中保护功能的实现是以网络通信为基础的，在各种非常态情况下，为了保证能够接受和处理正常应用报文，应配置特定的GOOSE插件，而且为了保证信息处理的实效性，该插件上的网络接口应直接与保护DSP相连。同时为了连接双重化GOOSE网络，该插件上应具有双重化的光纤接口，以确保数据传输的完整性。

(2)光源输出功率的监视。随着电子式互感器的长时间运行，光源的输出功率会产生衰减现象，从而影响系统的精准度。因此，可在合并器上装设光源输出功率监视模块，对互感器光功率输出实施实时监控，及时发现功率衰耗过大问题。

(3)双A/D系统的接入。基于电子式互感器采集环节的可靠性考虑，电子式互感器内应具有两路独立的采样系统，且每一路采样系统采用双A/D电路接入合并单元，每个合并单元输出两路采样值到一套保护装置中，以满足双重化保护相互独立的要求，从而避免由于某一回路的A/D损坏而导致不正确保护动作的发生。

(4)光缆施工工艺的优化。数字化变电站与常规变电站相比，采用光缆连接各个装置。但由于光缆较为柔软，若出现光缆曲应力较大的情况，则会造成数据传输故障产生。因此，可通过光缆施工工艺的优化来提高数据传输的可靠性及稳定性。不仅要按规范将光缆放置在电缆槽盒内部，还要注意光缆的弯曲度不能超过限值。另外，光纤端部较为柔软，应采用恰当的方法对其进行保护，例如经常对其进行清理、使用螺纹管缠绕式换热器等等。

(5)双重化配置交换机。交换机的使用是数字化变电站的又一特点，其充当了网络通信载体角色，并构建了数据传输平台。特别是随着交换式以太网应用，继电保护装置对交换机的提出了更高的要求。交换机若无法正常运行，将会导致整个装置无法正常运行，甚至是造成各类继电保护均无法正常工作，例如纵联差动保护等。因此，有必要采取相关措施来应对交换机故障对继电保护产生的影响，可通过双重化配置的应用来防止由于单个交换机故障而导致的全套继电保护装置崩溃现象。

(6)直采直跳技术的应用。虽然交换机的使用带来了一系列的便利，但会导致保护系统反应不及时，或者故障情况下断路器跳闸动作时间延长，也会对对保护动作的准确性及及时性产生一定影响。因此，为了防止交换机所带来的上述继电保护问题，可采用直采直跳技术，如图1所示，继电保护通过光纤直接从电子式互感器合并单元采样报文，保护的跳闸也通过光纤直接连接断路器。整个回路避开了交换机，自然也就避免了交换机对保护采样及跳闸的影响，从而提高继电保护系统的可靠性。

图1　直采直跳技术

(7)除湿防尘的加强。数字化变电站继电保护系统和常规变电站继电保护系统一样，工作状态时常会受到运行环境的影响。因此，需要通过除湿、防尘措施来保证数字化继电保护系统的工作性能。一般可在安装智能终端的汇控柜采取防尘、除湿、温度调节等有效措施，通过对智能终端温度、湿度等指标的监测，来保证继电保护系统的工作环境，进而提高智能终端的工作可靠性。

(8)接地防护的采用。为了提高数字化继电保护装置的抗干扰能力，保护装置的箱体、插件、背板应在电气上相互连接，构成一个等电位体，采用专用接地线接到保护柜的专用接地端子，并且接地端子以一定截面的铜线接到专用接地网上。

2　继电保护软件系统可靠性提高措施

除了通过硬件措施来提高数字化变电站的继电保护系统可靠性外，还可采用以下一些软件技术方法。

(1)插值算法的使用。在利用外部时钟来实现数据采样同步时，需要依赖统一的时钟源。若时钟源产生故障，可能会导致采样数据完全失步，进而使继电保护设备产生不正确动作。而插值算法的使用可有效解决这一问题，插值算法无需依赖外部时钟，其严格按照等间隔采样，继电保护装置根据固定的传变延时进行补偿和插值计算，在同一时刻进行重采样，实现各间隔电子式互感器采样值的同步，提高保护装置可靠性。

(2)软件积分的应用。Rogowski原理的电子式电流互感器输出信息需经积分处理，方能获得被测电流信号。主要采取在采集器中硬件积分和合并单元处软件积分两种方式。其中软件积分处理方式在稳态精度、暂态误差等方面要明显优于硬件积分方式。而且软件积分完全通过代码实现，避免了元器件特性对积分效果的影响，降低了Rogowski原理电子式电流互感器采集器的功耗，可靠性和经济性更高。

(3)插值补偿校正的采用。对于数据信息收集过程中异步收集所引起的频谱遗失现象，可在原有插值算法的基础上提出插值补偿校正法，即采用加窗插值的频谱对数据信息及初始信息进行评估，保证在数据传输过程中丢失信息的恢复，从而避免因接收缺失数据信息而导致继电保护装置的误动作。

(4)保护算法的优化。电子式互感器是数字化继电保护系统的重要组成部分，其可靠性的提高也有助于保护系统整体可靠性的提高，因此，保护装置应针对电子式互感器不饱和、线性度好、频带宽的特点优化相关保护算法，从而提高装置可靠性。

(5)运算结果校核能力的提高。对于干扰造成的运算错误可以通过重复运算来校核。在第一次运算结束后，CPU利用原始数据再复算一次，并与第一次的结果作比较，如果相同，则结果可信；若结果不同，则再复算一次，三次计算取两次相同的结果，这样可有效提高继电保护装置抗干扰能力。