智能變電站線路差動保護(hù)同步性能測試方法研究

智能變電站線路差動保護(hù)同步性能測試方法研究

隨著智能電站的逐步推廣，大多數(shù)新建和擴(kuò)建的電站都采用了智能系統(tǒng)。智能電站最大的特點(diǎn)是電子表達(dá)、智能開關(guān)、智能二次設(shè)備、光纖通信等新技術(shù)和新設(shè)備。在智能變電站逐步建設(shè)推廣的過程中,對電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)提出了新的要求,一些新的問題也逐步出現(xiàn),如智能變電站與傳統(tǒng)變電站同時運(yùn)行,線路光纖縱差保護(hù)會出現(xiàn)一側(cè)采用電子式互感器,另一側(cè)采用傳統(tǒng)互感器的情況。兩側(cè)電氣量的同步是保證縱差保護(hù)正確動作的關(guān)鍵,若兩側(cè)線路保護(hù)存在角差,線路保護(hù)差流會隨著穿越電流的增大而增加,可能會導(dǎo)致保護(hù)不正確動作,測試過程中應(yīng)對其同步性能進(jìn)行測試把關(guān),保證變電站投運(yùn)的安全性。智能變電站集成測試過程中,應(yīng)對一側(cè)數(shù)字式保護(hù),一側(cè)傳統(tǒng)保護(hù)的線路光纖差動保護(hù)進(jìn)行保護(hù)同步性能的測試。本文構(gòu)建了線路兩側(cè)分別采用數(shù)字式差動保護(hù)和傳統(tǒng)差動保護(hù)的試驗平臺,在同源一次電流下,測試兩側(cè)保護(hù)同步性能的方法。1元、前置模塊智能變電站電流互感器(TA)大都采用光纖電子式互感器,光纖互感器由光纖傳感頭、前置采集模塊、合并單元組成,在結(jié)構(gòu)上、原理上與傳統(tǒng)的互感器截然不同。數(shù)據(jù)在前置采集模塊和合并單元中傳輸及處理需要一定的時間延時,對于同一廠家的合并單元、前置模塊,該時間延時通常是固定的。傳統(tǒng)線路保護(hù)僅僅存在光纖通道的延時,因為兩側(cè)都是傳統(tǒng)的TA,模擬濾波回路的延時影響較小,通過適當(dāng)?shù)靥幚砭涂梢韵绊?。智能化變電站中的光纖差動保護(hù)數(shù)據(jù)來自間隔合并單元,從真實的電流到保護(hù)裝置收到數(shù)據(jù)報文,已經(jīng)經(jīng)歷了傳感頭、電氣單元、合并單元、直接采樣的光纖,這些部件的傳輸特性都對數(shù)據(jù)傳輸有一定的延時,總延時以合并單元數(shù)據(jù)中的Delay字段來表示;保護(hù)裝置收到電流數(shù)據(jù)報文后,還要通過光纖電流通道與對側(cè)保護(hù)采集到的傳統(tǒng)TA電流進(jìn)行同步,從同步方法上經(jīng)歷了插值同步、采樣時刻調(diào)整法等多個算法環(huán)節(jié),這些算法都有一定的誤差,若沒有通過算法將數(shù)字側(cè)的通道延時和傳統(tǒng)側(cè)濾波回路的延時處理好,兩側(cè)保護(hù)中電氣量就會存在一定的角差,會影響光纖差動保護(hù)的動作性能。2次電流的計算假設(shè)線路MN的M側(cè)是采用光纖電流互感器的數(shù)字式線路保護(hù),N側(cè)是采用電磁式電流互感器的傳統(tǒng)線路保護(hù),兩側(cè)實際TA變比相同,均為Ie1/Ie2;設(shè)M側(cè)數(shù)字式線路保護(hù)中設(shè)置的TA變比為IM1/IM2,N側(cè)傳統(tǒng)線路保護(hù)中設(shè)置的TA變比為IN1/IN2=Ie1/Ie2,兩側(cè)線路保護(hù)的TA變比系數(shù)均為1.0,線路MN模型如圖1所示。不同廠家的線路保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸方式不同,若兩側(cè)保護(hù)送給對側(cè)的為二次電流值,假設(shè)線路MN中流過穿越性一次電流I觶,數(shù)字式線路保護(hù)側(cè)感應(yīng)到的本側(cè)二次電流為I觶MN=I觶×(IM2/IM1),對側(cè)傳統(tǒng)線路保護(hù)側(cè)二次電流為I觶MN=I觶×(IN2/IN1)。實際運(yùn)行時,若兩側(cè)TA變比相同,即IM1/IM2=IN1/IN2,則線路兩側(cè)保護(hù)TA變比匹配,兩套保護(hù)中本側(cè)和對側(cè)差流應(yīng)為0。實驗室用的升流器安全一次電流一般能加到1000A左右,若選擇與實際運(yùn)行中的TA變比進(jìn)行試驗,保護(hù)裝置中的二次電流較小,受噪聲等外部干擾影響較大,零漂可能淹沒二次電流的真實值,難以有效地進(jìn)行兩側(cè)保護(hù)裝置同步性能測試。因此,實驗中選擇升流器的變比,傳統(tǒng)側(cè)保護(hù)的變比與升流器相同,同時考慮到光纖互感器對穿過其光纖環(huán)的電流能夠線性疊加,通過將升流器一次電流輸出導(dǎo)線在光纖互感器的光纖環(huán)上繞n圈,能夠模擬光纖電流互感器n×1000A左右的一次電流,使數(shù)字式保護(hù)感受到的n×1000A左右一次電流。該情形下,若兩側(cè)保護(hù)送給對側(cè)的是二次電流,光纖電流互感器上承受的一次電流等效為升流器一次電流的n倍,數(shù)字式線路保護(hù)裝置中顯示的本側(cè)二次電流為I觶MN=nI觶×(IM2/IM1),而顯示對側(cè)二次電流為I觶MN=I觶×(I2/I1),兩者二次電流由于一次電流不同而不同,會產(chǎn)生差流,無法驗證兩側(cè)保護(hù)是否同步。該情況下,調(diào)整保護(hù)裝置內(nèi)的TA變比系數(shù)k=IMN/IMM=(I2×IM1)/(n×I1×IM2),消除由于一次電流不同產(chǎn)生的差流。若兩側(cè)保護(hù)送給對側(cè)的為一次電流,則數(shù)字側(cè)線路保護(hù)顯示的本側(cè)二次電流為I觶MN=nI觶×(IM2/IM1),而顯示對側(cè)二次電流為I觶MN=I觶×(I2/I1)×(IN1/IN2)×(IM2/IM1),若保護(hù)裝置能夠設(shè)置TA變比系數(shù),則k=IMN/IMM=(I2×IN1)/(n×I1×IN2),若保護(hù)裝置無法設(shè)置TA變比系數(shù),則需要設(shè)置對側(cè)保護(hù)的TA變比IN1/IN2=n×I1×I2,以此來消除變比關(guān)系產(chǎn)生的誤差。3次電流試驗測試線路兩側(cè)數(shù)字式保護(hù)和傳統(tǒng)保護(hù)之間的同步性能,需要構(gòu)建同步測試平臺,為了保證兩側(cè)線路保護(hù)一次電流的同源,采用升流器為兩側(cè)保護(hù)提供同源電流。升流器經(jīng)過標(biāo)互輸出的二次電流供傳統(tǒng)線路保護(hù)模擬量采集,一次電流流過光纖電流互感器的一次敏感環(huán),通過光纖電流互感器前置單元和合并單元為數(shù)字式保護(hù)提供二次電流。試驗平臺如圖2所示。實驗室用的升流器安全一次電流能加到1000A左右,為了模擬更大范圍內(nèi)的一次電流變化,將升流器一次電流輸出導(dǎo)線在光纖互感器的光纖環(huán)上繞了3圈,即n=3,以模擬測試一次電流從100A到3000A變化過程中兩側(cè)保護(hù)裝置的同步精度,升流器二次模擬電流接到傳統(tǒng)側(cè)保護(hù)電流端子,兩側(cè)保護(hù)裝置TA變比預(yù)設(shè)為IM1/IM2=IN1/IN2=3000/5,升流器變比I1/I2=1000/1。4保護(hù)兩側(cè)差流大小分析本次試驗選用了2個廠家的線路保護(hù)裝置,均為一側(cè)數(shù)字化保護(hù),另一側(cè)傳統(tǒng)保護(hù),分別對2個廠家的線路保護(hù)裝置測試其同步精度。一次電流選取100～2400A,每150A為間隔進(jìn)行穿越性電流的差流測試。廠家A兩側(cè)保護(hù)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖嵌坞娏鳚M碼值,根據(jù)前文分析,設(shè)置數(shù)字化側(cè)保護(hù)裝置內(nèi)TA變比IM1/IM2=3000/5,TA變比系數(shù)k=IMN/IMM=(I2×IM1)/(n×I1×IM2)=0.2,則數(shù)字式線路保護(hù)裝置中顯示的本側(cè)電流變?yōu)镮觶MN=nI觶×(IM2/IM1)=I觶/200。對側(cè)傳統(tǒng)保護(hù)TA變比IN1/IN2=3000/5,對側(cè)電流為I觶MN=I觶×(I2/I1)/k=I觶/200。記錄其在一次電流下的試驗數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知,一次電流從150A變?yōu)?400A過程中,差流大小盡管有波動,但整體趨勢比較穩(wěn)定,說明兩側(cè)保護(hù)裝置同步性能較高,采樣值之間的角度差極小,可以滿足保護(hù)運(yùn)行要求。廠家B兩側(cè)保護(hù)之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖且淮坞娏?由于保護(hù)裝置內(nèi)沒有TA變比系數(shù)設(shè)置功能,若兩側(cè)采用同樣的TA變比,勢必產(chǎn)生差流,按照前文所述,數(shù)字式保護(hù)側(cè)TA變比IM1/IM2=2500/5;傳統(tǒng)側(cè)保護(hù)TA變比設(shè)為IN1/IN2=n×I1/IN2=3000/1。記錄其在一次電流下的試驗數(shù)據(jù)如表2所示。由表2可以明顯發(fā)現(xiàn),隨著穿越電流的增加,保護(hù)差流逐漸變大,可以認(rèn)為數(shù)字側(cè)保護(hù)與傳統(tǒng)側(cè)保護(hù)采樣同步性能不夠好,采樣值之間存在一定的角差,可以根據(jù)其差流大小估算出保護(hù)兩側(cè)的角差約為3°。實際運(yùn)行過程中,發(fā)生區(qū)外故障時,穿越電流可能達(dá)到30kA,若兩側(cè)角差在3°左右,對應(yīng)兩側(cè)保護(hù)時差約167μs,差流最大可達(dá)到1570A。廠家A和廠家B線路保護(hù)兩側(cè)差流對比如圖3所示。對比廠家A和廠家B的線路差動保護(hù)的差流隨穿越電流變化的曲線?？梢园l(fā)現(xiàn),廠家A的線路差動保護(hù)可以較好地保證兩側(cè)采樣值的同步性,而廠家B的兩側(cè)線路保護(hù)采樣值之間存在一定的角差,導(dǎo)致保護(hù)差流隨穿越電流的增加而增大,發(fā)生區(qū)外故障時,差流較大。5兩側(cè)同步性