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本文將結合220kV數字化變電站系統方案詳細說(shuō)明光纖縱差保護的相關(guān)問(wèn)題。 一、引言 由于光電技術(shù)和計算機的飛速發(fā)展，新型光學(xué)電壓、電流互感器日益顯現出富有魅力的前景和強大的生命力，逐步取代電磁式互感器是繼電保護的一個(gè)發(fā)展方向。 數字化變電站建設應充分體現一次設備智能化和二次設備網(wǎng)絡(luò )化的設計理念。一次設備智能化的重點(diǎn)是光電互感器和智能斷路器的應用。二次設備網(wǎng)絡(luò )化應貫徹和執行IEC61850標準。數字化變電站按過(guò)程層、間隔層、站控層3層結構設計，光電互感器和面向通用對象的變電站事件(GOOSE)通信技術(shù)的應用將徹底解決電流互感器飽和問(wèn)題、二次電纜的交直流串擾問(wèn)題。數字化變電站建設應以電網(wǎng)安全、可靠和經(jīng)濟運行為前提，有效解決數據采集設備重復投資問(wèn)題和二次智能設備的互操作問(wèn)題。數字化變電站對光纖縱差保護提出了一些新問(wèn)題，本文將結合220kV數字化變電站系統方案詳細說(shuō)明光纖縱差保護如何解決上述問(wèn)題。 二、光纖縱差保護的應用環(huán)境 數字化變電站內線(xiàn)路保護、主變保護、母線(xiàn)保護通過(guò)過(guò)程層間隔局域網(wǎng)，實(shí)現數據源和智能操作機構的共享。數字化變電站之間的一對光纖縱差保護通過(guò)租用的光纖通道實(shí)現數據的共享和采樣時(shí)鐘的同步。 數字化變電站的數據源來(lái)自合并單元(Mu)，Mu的采樣采用全站統一的時(shí)鐘源SYN。各站的線(xiàn)路差動(dòng)保護也采用同一時(shí)鐘源。Mu數據通過(guò)過(guò)程層交換機給間隔的繼電保護設備，包括線(xiàn)路保護、母差保護等。線(xiàn)路差動(dòng)保護的數據來(lái)自2個(gè)不同的變電站，在系統內無(wú)統一時(shí)鐘信號時(shí)，兩站Mu的采樣不同步。差動(dòng)保護需要解決兩側采樣數據同步問(wèn)題。 三、數字化變電站對數據采集的要求 數字化變電站每個(gè)線(xiàn)路間隔的MU提供線(xiàn)路保護需要的Ia，Ib，Ic，ua，Ub，Uc，3Uo，31o，以及一相母線(xiàn)電壓數據，線(xiàn)路保護、主變保護和母線(xiàn)保護通過(guò)過(guò)程層間隔交換機與間隔MU按IEC 61850-9-1/2標準通信獲取上述數據，實(shí)現數據源的共享。由于母線(xiàn)保護對間隔之間的數據采集同步要求很高，因此在數字化變電站設計時(shí)，要求全站數據采集同步信號來(lái)源于同一個(gè)時(shí)鐘源。目前2個(gè)變電站之間的一對光纖縱差保護采取的是以某個(gè)變電站光纖縱差保護的采集時(shí)鐘為主時(shí)鐘，另一個(gè)變電站光纖縱差保護調整自身的采集時(shí)鐘與主時(shí)鐘同步的方法。增加MU違背數據源共享原則，通過(guò)全球定位系統(GPS)實(shí)現變電站之間的數據采集同步，違背電網(wǎng)安全可靠運行規則。這就引出了本文所要論述的主要問(wèn)題：如何實(shí)現變電站之間的數據采集同步? 四、光纖縱差保護實(shí)現的關(guān)鍵問(wèn)題 (一)線(xiàn)路差動(dòng)保護同步 在數字化變電站中，母差保護和變壓器保護所采集的交流量均在一個(gè)變電站內，在全站使用統一時(shí)鐘源時(shí)，各Mu采樣同步，不存在同步問(wèn)題。對線(xiàn)路差動(dòng)保護，采集的電量為2個(gè)不同變電站的電流、電壓。在整個(gè)電力系統未使用同一時(shí)鐘源的前提下，線(xiàn)路差動(dòng)保護需實(shí)現變電站之間的數據采集同步。與傳統的線(xiàn)路差動(dòng)保護采樣同步不同，數字化變電站的交流量采集由Mu完成，不能實(shí)時(shí)調整采樣，這就需要對同步提出新的方案。 1、基于乒乓原理的時(shí)鐘信號同步 數字化變電站的線(xiàn)路差動(dòng)保護采用基于乒乓原理的時(shí)鐘信號同步的采樣同步調整方案 以M站差動(dòng)保護為例，當裝置收到本站的同步信號SYNM時(shí)，在傳向N站的數據幀中增加“同步信號幀”;同時(shí)在收到N站傳過(guò)來(lái)的“同步信號幀”時(shí)，記錄下此時(shí)刻相對于本側同步時(shí)鐘的時(shí)差Tma，同時(shí)回發(fā)N側一幀“同步確認幀”�！巴酱_認幀”中包含Tma。N側裝置的收發(fā)過(guò)程與此相同。 M站差動(dòng)保護在收到從N站傳過(guò)來(lái)的“同步確認幀”時(shí)，記錄下此時(shí)刻相對于本側同步時(shí)鐘的時(shí)差Tnb。經(jīng)過(guò)一個(gè)來(lái)回，M站保護裝置就知道了本側保護裝置與對側保護裝置的同步時(shí)鐘的時(shí)刻差△t=Tnb/2-Tma。同理，N站檢測到的本側保護裝置與對側保護裝置的同步時(shí)鐘的時(shí)刻差△t=Tmb/2-Tna。 △t有正負之分。當△t為正時(shí)，表示本側同步時(shí)鐘超前對側同步時(shí)鐘：當△t為負時(shí)，表示本側同步時(shí)鐘落后對側同步時(shí)鐘。 數字化變電站光纖分相縱差保護要求兩側Mu的采集頻率相同，假設Mu發(fā)送數據幀的頻率為fs，計算出△t后，可計算出兩側差動(dòng)保護裝置對點(diǎn)的間隔Nd，Nd=round(fS△t) 式中：round函數是將實(shí)數取整，余數四舍五入。 當△t為正時(shí)，將本側的采樣值后移Nd點(diǎn)與對側同步;當△t為負時(shí)，將本側的采樣值前移Nd點(diǎn)與對側同步 采用此種同步方式，兩側同步后理論上存在的最大相位差δ=ω/(2fS)，其中，ω為系統角頻率。 2、相位差分析 數字化變電站的光纖差動(dòng)保護采用時(shí)鐘信號同步后，兩側裝置的同步時(shí)差td可表示為： td=δ+ts 式中：δ為基于乒乓原理的時(shí)鐘同步后兩側角差。 由于電子式互感器的數據采集頻率fs比較高，采用時(shí)鐘信號同步后的線(xiàn)路差動(dòng)保護的同步角差與fs相關(guān)，成反比關(guān)系。以每周期40點(diǎn)(fS=2000Hz)采樣為例，同步后的角差6≤4.5°。 ts為兩側Mu的采樣相對于各自全站統一時(shí)鐘源的時(shí)間差。目前，Mu的運算速度快，兩側不一致的時(shí)間差小，一般在10μs以下。 采樣報文從Mu經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )交換機傳輸到保護裝置，這個(gè)時(shí)間在同步報文中考慮，不影響同步后的時(shí)差。 綜合分析，從一次電氣量到保護計算整個(gè)環(huán)節，基于乒乓原理的時(shí)鐘信號同步后對點(diǎn)造成的角差δ為兩側差動(dòng)保護不完全同步的主要因素，tS的影響小。傳統的電磁型保護用電流互感器，由于勵磁電流的存在，導致二次電流相對于一次電流有角差。繼電保護“四統一”規定，線(xiàn)路兩側電流互感器傳變的角差誤差最大考慮7°�；诹_氏線(xiàn)圈原理的電子式電流互感器，由于沒(méi)有鐵芯，沒(méi)有勵磁電流，理論上二次電流傳變沒(méi)有角差，也不存在飽和。因此，數字化變電站線(xiàn)路兩側電流互感器傳變無(wú)角差，基于同步形成的時(shí)差td對差動(dòng)保護影響小，可以不用考慮其對差動(dòng)的影響。 (二)線(xiàn)路縱差保護的性能 數字化變電站的線(xiàn)路差動(dòng)保護相對于傳統的光纖差動(dòng)保護而言具有很多優(yōu)點(diǎn)，限于篇幅，對其中的理論分析和實(shí)驗結果不一一例舉。 1、應用電子式互感器的線(xiàn)路差動(dòng)保護因無(wú)飽和，區外故障時(shí)，穿越性電流引起的不平衡電流小(需考慮同步后的角差6引起的不平衡電流)，不會(huì )出現區外故障誤動(dòng)，提高了差動(dòng)保護的可靠性。 2、應用電子式互感器的線(xiàn)路差動(dòng)保護整定的差流門(mén)檻低，制動(dòng)系數取值小，提高了差動(dòng)保護的靈敏度。 3、電子式互感器不飽和，線(xiàn)性度好。除采用傳統的相量差動(dòng)外，應用采樣值差動(dòng)，相關(guān)差動(dòng)可提高差動(dòng)保護的動(dòng)作速度。 (三)開(kāi)入開(kāi)出處理 數字化變電站的光纖縱差保護，開(kāi)入量來(lái)源分為3類(lèi)，包括： 1、投退型壓板開(kāi)入，包括差動(dòng)保護投退、距離保護投退以及閉鎖重合閘等。此類(lèi)開(kāi)入直接從保護屏柜獲得，采用開(kāi)入量采集獲得。 2、開(kāi)關(guān)的運行狀態(tài)，包括分相的TWJ(跳位機)、斷路器合閘壓力低等。此類(lèi)開(kāi)入量信息由智能操作箱(或智能斷路器)采集。光纖縱差保護通過(guò)過(guò)程層間隔局域網(wǎng)與智能操作箱/斷路器通信，通信協(xié)議為IEC61850-8-1標準的GOOSE協(xié)議，獲得斷路器的運行狀態(tài)。 3、屏柜間的閉鎖信號，包括遠傳和遠跳信息。母差保護動(dòng)作，啟動(dòng)操作箱的TJR(不啟動(dòng)重合閘的三相跳閘)，TJR去啟動(dòng)遠跳。數字化變電站中，母差的動(dòng)作信號可通過(guò)智能操作箱發(fā)給線(xiàn)路保護，也可由母差保護直接傳給線(xiàn)路保護，這2種方式理論上均可實(shí)現。 (四)與其他設備配合 與光纖縱差保護配合的其他設各包括智能操作箱、母差保護以及穩定控制裝置等。光纖縱差保護通過(guò)過(guò)程層間隔局域網(wǎng)與智能操作箱/斷路器通信，通信協(xié)議為IEC61850-8-1標準的GOOSE協(xié)議。智能操作箱/斷路器采集和多播上述重要的保護信號。光纖縱差保護將跳閘命令多播至相關(guān)智能操作箱/斷路器，并將閉鎖命令多播至其他相關(guān)保護。 |
