智能变电站故障对继电保护的影响

李凉良，杜喆炜，杨 超

（国网浙江安吉县供电有限公司，浙江 湖州 313300）

1 智能变电站与传统变电站的区别

智能变电站与传统变电站相比，结构和技术都发生了翻天覆地的变化。二次变电系统是智能变电站的主要组成部分之一，包括开关、监控装置、变压器、合并单元和保护设备等。以往的断路器、保护装置及变压器内部使用的电缆较为复杂，经过改革后由光线代替。过去的电压、电流采样值以模拟信号为主，目前已经转换为数字信号。此外，利用合并单元能够实时采样监测装置和保护装置的信号，使变电站全面升级，但同时要求智能变电站时间同步系统更加严谨和高效。整群抽样是常规变电站的主要抽样方法，无论主次电参数传输出现何种延迟情况，继电保护装置及其他自动化装置都会在所获取采样脉冲对应TA、TV二次参数的基础上详细采样，以保证采样数据的同时性。利用电子式互感器之后，保护装置和其他自动化装置中的数据采集模块发生了变化，逐渐向合并单元移动。只有前端模块完成采样并处理好合并单元，互感器才能获取主要的变电参数。各个电感器采集和处理参数都是保持独立的工作状态，不需要各个部分协调统一。系统处理延时情况时会根据实际问题改变二次变化参数的具体传送延时情况，因此二次变电参数不会同时存在于不同的变压器之间，且无法直接应用于自动装置的计算。想要实现各个区间合并单元在同一时间采集数据，需要依靠高精度时钟同步技术。因此，继电保护组成内容中，时钟同步至关重要。此外，继电保护能否正常、有序的工作，直接取决于时钟同步性能的高低。

2 时间同步技术介绍

时间同步系统是一种能接收外部时间基准信号，并按照要求的时间精度向外输出时间同步信号和时间信息的系统。它通过相应的技术手段实现网络内时钟精度极高的对准操作。实现网络同步系统的方法主要有两个。第一，建立相应的同步协议，其中包含的内容比较广，如传送时间印记、校正值的提取方法和时间印记格式等。第二，以时间同步协议为基础实现技术应用，即应用时间矫正技术、同步精度提升技术等。此外，根据接受的时间，调整、控制设备内部的时钟与时刻，这是时间同步的基本原理。当保证时刻已经校对到秒时，时间同步调控原理会触发频率和相位，即这一原理不仅能准确调控时钟的频率还能调控其相位，还可通过数值的方法表示时钟的相位，即时间的时刻。但是，这与频率同步之间存在差别，时间同步能够接受非连续时间信息，调控设备时钟也并非都是连续，即采取周期性方式调节和控制设备时钟锁相环。具体的周期与所接收的时间周期相对应，而时钟精准度、调节方法和稳定性都会影响具体的调控[1]。

3 智能变电站故障对继电保护造成的影响

时间及同步信息是电力系统二次变电设备必须应用的信息之一，需通过时间同步系统获取。它通常包含微机继电保护装置、调度自动化系统和雷电定位系统等，主要的连接情况如图1所示。

由图1可知，主变连接图主要由以下元器件组成。2号主变压器中压侧合并单元A/B、110 kV母线合并单元A、1号主变压器高压侧合并单元B与GPS时钟源扩展板相连接，2号主变压器低压侧合并单元A/B、110 kV母线合并单元B、2号主变压器高压侧合并单元A/B、1号主变压器高压侧合并单元A以及110 kV分段合并单元与罗盘时钟源扩展板相连接。

图1 主变连接图

例如，在2018年6月25日19时20分26秒，110 kV区段合并单元与1号主变电高压侧合并单元失去同步，2号主变高压侧合并单元A/B与110 kV母线合并单元B在5 s之后发生同步消失，110 kV段合并单元和1号主变高压侧合并单元在1 s后恢复同步，2号主变压器高压侧合并单元A/B与110 kV母线合并单元B在4 s后同步恢复。之后，2号主变压器开关三侧在差动保护下发生跳闸，但检查后发现系统设备一切正常。此时，可初步认定是继电保护发生了故障。一般情况下，系统工作期间合并单元采样频率为4 000 Hz/s，自0开始计数到3 999。一旦同步秒脉冲累积至一定值，合并单元会实施复位，重新从0开始计数。2号主变压器合并单元同步故障时，与三侧原始数据的具体对比情况分析如表1所示。

通过对比可知，110 kV段合并单元、110 kV母线合并单元、2号主变压器合并单元B以及1号主变压器合并单元A，都出现过同步丢失、技术跳转、同步恢复和再次同步丢失的情况。虽然跳频时间与恢复时间有差别，但是其跳频幅度都是705帧。通过测试能够看出，2号主变压器合并单元不具备同步的自我保护能力，一旦罗盘系统卫星信号丢失，系统不能自动转换为GPS时间，且在同一时间内，GPS时钟源的扩展板不再发出定时信号，即与扩展板相连接的设备同时失去同步。采用不同步的情况下，主变压器会自动锁定差动保护。当逐渐恢复采样并保持同步状态时，主变压器重新启动差动保护。在这种情况下，查出的采样数据均为能够被80整除的数据，同时保障了三边采样的同步性。但时，如果仅仅将时间延迟的原因确定为网络传输问题，就会导致主变压器无法正确处理超过一个周期的时间差[2]。

造成故障的直接因素是主变压器继电保护设备存在问题。如果三方采集的样本数量出现差别，误动保护则无法实施故障锁定操作。如果处于系统丢失罗盘时钟源信号阶段，系统将无法自行转换为GPS时钟源，期间将无法传送定时信号，将间接导致故障。

4 结 论

将所有变电站信息转化为数字化形式，构建网络化信息平台和规范的信息共享是人们研究和追求的目标。智能变电站实现了这一目标，利用光纤以太网实现所有设备与子系统的数据交换。本文重点介绍和分析了当前应用较广泛的时间同步技术，简单论述了时间同步系统设计原理，明确其影响后提出了针对性的优化方法，并通过不断的改进和优化，使智能变电站系统更加稳定、安全、持久，从而为用户提供更好的用电体验。

表1 2号主变压器合并单元A的同步对比情况