数字化电气信息采集在继电保护中的应用

数字化电气信息采集在继电保护中的应用

赵新志张永军吕意飞文秀梅

（国网新疆电力公司塔城供电公司新疆塔城834700）

摘要：由于数据方式、合并单元、电子式互感器具有较高的安全性、稳定性、实时性、可靠性，数字化电气信息采集的应用能极大提升继电保护的保护，加强数字化继电保护的探讨和研究对变电站、电网的智能化、数字化发展具有重要意义，应有计划、有步骤地引入数字化继电保护。

关键词：数字化电气信息采集；继电保护；应用研究

1导言

数字化变电站的继电保护系统与常规继电保护相比，在系统结构、实现方式及工作模式等方面发生了很大的变化．原来独立的继电保护装置分解在不同的设备中实现．间隔层的继电保护设备只需完成保护数据计算、逻辑处理及数据通信等相对较少的功能，而数据的采集和对断路器的控制等功能从保护中分离出来由过程层的电子式互感器与合并单元及智能断路器控制器等设备完成．影响继电保护可靠性的因素和环节更加复杂和多元化，而且这些因素可能彼此并不独立，因此有必要全面分析数字化变电站继电保护可靠性的影响要素和解决方案．本文侧重分析由电子式互感器和合并单元实现的数据采集系统对继电保护的影响．

2数字化电气信息采集系统的结构分析

本文对Rogowski线圈电流互感器的用电信息采集系统的使用为例，讨论数字电信息采集在继电保护中的应用，该系统是由独立的有源电子式互感器，以及以太网接口输出数据。感应信号测量电流差动和Rogowski线圈是通过数字积分和积分环节模拟积分器恢复原始信号相关。与模拟积分相比，数字积分电路具有稳定性好、精度高的优点，但需要解决零漂移和初值问题。为了避免混叠的连续和离散信号之间的转换，以确保输入信号是在一个广泛的转换精度，抗混叠滤波电路和多增益放大电路的ADC前置电路的设计。ADC的设计应保证在100%偏移范围内的电流测量（25倍0%现行汇率）或偏移（50倍额定电流互感器）的数据输出不溢，保证等比例因子的保护是01cfh。双回路设计采集单元。外部磁场会影响Rogowski空心线圈，噪音和温度也会影响转换电路的高压侧，电磁屏蔽系统设计更加合理，通过温度补偿提高互感器的精度。激光电源向高压侧提供电源支持，激光功率位于中央控制室，激光是高能激光器，采集单元通过光纤收集光电，并转化为直流电源。此外一次电能也可经由取能线圈采集，并在滤波整流后提供直流电源。

3数据采集系统对继电保护可靠性的影响

3.1电子式互感器

电子式互感器是影响继电保护可靠性的关键因素．由于光学传感头受材料、工艺和环境的影响大，光学互感器经过几十年的研究，技术仍然未达到成熟应用的水平．有源电子式互感器相对较成熟，但实际挂网运行的设备，大多数具有一定的故障率．薄弱环节主要是空心线圈、高压侧电子电路和供电电源等弱电模块在强电磁场环境下的抗电磁干扰能力，以及与电力设备高压部分等电位的传感头中电子元器件的运行稳定性．同时，线圈工艺、电子电路设计、积分算法、温度补偿和干扰等因素会影响电子互感器的精度和时延，不同厂家电子式互感器存在处理延时及量程的差异，也会影响继电保护的可靠性．另外，由于IEC61850并未定义电子互感器与合并单元的接口标准，不同厂家电子互感器和合并单元互联时可能出现问题．

3.2数字传输方式

由于采用数字信号传输方式，不存在二次电缆回路极性、绝缘、接地、断线等问题，使得继电保护装置的定检工作大为简化，也使得由于运行维护不良、误碰、误操作、误接线等造成继电保护不正确动作的可能性大大降低．相反，由于保护装置设计涉及到电力、通信、计算机等多个学科领域，难以达成高度的知识融合和完备的可靠性验证，在数字化变电站应用的初期阶段，保护系统设计的缺陷会成为造成继电保护不正确动作的主要因素．

3.3数据验证模式

合并单元采用32位循环冗余校验码实现采样数据校验，保护装置通过校验码可以判别采样数据的有效性，若收不到校验码正确的数据，保护装置直接判断出互感器或通道异常而闭锁保护，有利于提高保护可靠性．但是对于由互感器电子器件受到外界干扰等因素引起的数据畸变，校验码不起作用，数字化变电站的数据共享模式则提供了可能的异常判别（如根据节点电流应满足基尔霍夫电流定律）和解决方案．

3.4采样频率的不一致

目前成熟的保护装置采样频率为每工频周期24、48、96点等，是2的整数倍关系，由此也形成了相应的保护算法．合并单元的采样频率一般为每工频周期80、200点，与保护装置的采样频率不一致，而且无法通过简单的抽点方式实现转换，需要采用插值方式进行采样频率的转换．无论是高采样频率的采样数据转换为低采样频率，还是低采样频率的采样数据转换到高采样频率，都需要滤除高采样频率采样数据中的高频分量，关键是设计满足精度和时延要求的低通滤波器．从另一个角度来看，可以在协议标准或保护算法中使电子式互感器、合并单元与保护算法要求的采样频率一致，从而避免转换造成的误差和时延，以提高数据采集的精度和暂态特性．

3.5配置冗余的因素

继电保护的安全性、可依赖性很难统筹。例如想要进步可依赖性，需要重复装备愈保护体系，但愈重复的保护体系会添加保护装置误动作的概率。所以说，各环节装备冗余程度的挑选较为主要，应从体系全体视点剖析，知道执行防拒动、防误动的具体要求，在装备冗余度时应归纳使用以下逻辑，比方“或”、“与”以及“三取二”。

4数字化电气信息收集在继电保护中的使用

高压侧通过编码后的信号由光纤进入低压侧兼并单元需通过绝缘柱，高压侧的多路信号被兼并单元并行接纳、检验，保证数据有效性的一起还进步了接纳功率。假如接入兼并单元的各电子互感器不符合变电站数据输出要求或采样频率不一致，可通过重采调整采样频率。受电子式互感器的数据传送和信号变换的影响，信息收集会有必定的延时，且延时不尽一样，继而造成各收集单元间的相位差。为了消除各单元电流和电压之间、电流之间的相位差会进行相位抵偿。GPS秒脉冲信号、准确主时钟均可产生同步信号，可选用双路对时脉冲。重采样的同步信号被兼并单元接纳后会一起分频后供给同步信号，各个电子互感器接受到这些同步信后会进行相应的采样操作，继而完结数字化电气信息的收集。依据IEC61850-9-2LE格式对采样值进行编码，并传输到以太网上。为了进步供电的可靠性，低压侧通常会选用双电源。与有源电子式电流互感器相似，阻容分压型有源电子式电压互感器的信号处理单元一样能够构成电流电压组合式互感器ECVT。在实践的使用中，互感器的收集信号接入兼并单元的组织形式不仅一样，可依据测控和保护装备需要进行调整，既可同一台互感器的多组收集单元信号接入多个兼并单元，也可多台互感器的收集信号接入同一个兼并单元。

结语：数字化变电站继电保护系统与常规继电保护结构相比发生了很大的变化．电子式互感器、合并单元和数据传输方式的实时性、安全性、可靠性和稳定性直接决定了数字化继电保护的可用性。本文根据智能变电站电气信息采集的特点和功能模块，分析其对继电保护可靠性的影响．指出由于存在电子式互感器的稳定性问题，以及数据组网传输的可靠性问题，目前智能变电站继电保护仍采用传统的设计思路．有必要在技术层面和可靠性分析理论研究等方面开展进一步的工作，以实现继电保护性能的提升。

参考文献：

[1]何瑞文，谢琼香，蔡泽祥，等.数字化电气信息采集对继电保护可靠性的影响[J].广东工业大学学报，2013，30（02）：68-73.

[2]朱超.智能变电站网络采样中关键技术的研究[D].东南大学，2014.