智能变电站线路差动保护原理分析与方案设计

智能变电站线路差动保护原理分析与方案设计

尹利阳

尹利阳

天津送变电工程有限公司天津300161

摘要：随着经济的不断发展，社会在不断的进步，本文围绕智能变电站线路差动保护进行研究，对线路差动保护进行理论分析，选用合理的差动原理，设计了智能变电站总体的线路差动保护方案，以此实现在智能变电站发生故障后能够快速可靠地切除区内故障，并减弱了过渡电阻对差动保护动作特性的影响。

关键词：差动保护；智能变电站；过渡电阻

引言

电力是当前人类社会发展中最重要的能源之一，因此世界各国一直没有停止对电力系统的研发，希望能够更好的提高电力系统运行的可靠性和稳定性。在电力系统中，变电站是其中最主要的组成部分之一，实现其运行的智能化和自动化也是当前电力系统发展中的重要目标。本文以提高智能变电站运行效率为目的，对智能变电站的继电保护以及自动化系统进行详细分析。

1智能变电站继电保护及自动化系统的概述

1．1智能变电站的特点

自我国的电网工程进入智能化和自动化构建阶段之后，智能变电站就是我国现阶段电网工程的重要组成部分。因此现阶段就要对智能变电站进行分析，智能变电站的特点主要体现在以下的3个方面，这3个方面都是智能变电站所拥有的发展优势：第一个特点就是在使用智能变电站的过程中现阶段可以初步的实现了电力的传递和交互；第二个特点就是智能变电站的设备比一般的电网价格高，而且装备更加先进；第三个特点就是智能变电站的电子传感器等设备正在逐步步入全智能化。

1．2智能变电站继电保护的特点

智能变电站的建设不仅仅是变电站发展的主要目的，同时智能变电站继电保护装置在实际的工作中还存在一定的特殊性，就是数据信息提供的渠道变得更加的广阔，同时智能变电站继电保护装置具有灵活性高的特点，技术人员在使用智能变电站继电保护装置的过程中要从其特点出发，进而实现智能变电站继电保护装置能力的最大化。

图1差动保护原理图

基于基尔霍夫电流定律的差动保护由于具有动作迅速、原理简单和可靠性高等优势，现在被广泛应用为电力设备的主保护，差动保护原理图如图1所示。假设规定电流的正方向是母线指向线路，Im、In为线路两端的工频向量电流值，以两端电流向量和作为动作电流Id，Id一般也被称为差动电流。如图1a所示，理论上在正常运行或保护动作区外故障时有在图1b中，若存在线路保护区内故障时则有实际上由于互感器的误差及输电线路分布电容的影响，在线路正常运行时或者在发生区外故障时的值不再等于0，这个电流值称为不平衡电流。目前，线路差动保护一般采用两折线的比率制动差动保护原理。线路比率制动差动保护可以分为以下两种情况。比率制动差动曲线的延长线经过原点，如图2a所示，则判据为其中为差动电流；Iop为最小动作电流；Kr为制动斜率；Ires为制动电流。比率制动差动曲线的延长线不再经过原点，如图2b所示，则判据为其中，Ires．0为拐点电流。式（4）中，最小动作电流Iop通常按照躲过线路的最大不平衡电流进行整定；制动斜率Kr的取值考虑一是对线路保护区内故障时差动保护要有充足的灵敏性，二是防止当线路保护区外发生故障时由于互感器饱和使得差动保护误动；拐点电流Ires．0为开始起制动作用的电流值，一般按线路额定电流进行设定，但为避免两侧CT误差，常取0.6~0.8的可靠系数降低拐点电流值；差动电流Id取为制动电流Ires取为

图2向量差动保护判据的两种形式

原点的比率曲线与过原点的比率曲线相比，容易获得更大的保护动作范围、更高的区内故障灵敏性，目前，线路差动保护一般选取不过原点的比率制动差动保护原理。2.2基于故障分量的差动保护原理分析根据叠加原理，当线路发生故障时，故障电流包含故障前的正常负荷电流加上故障分量电流。故障分量即是故障状态电流，从原理上说故障后的电流减去故障前正常负荷电流即是故障分量电流。

3智能变电站线路光纤差动保护方案

3.1本文选取的差动保护原理

基于故障分量的采样值差动保护原理具有动作速度快、不受负荷电流影响、承受过渡电阻能力强等优点，但其仍然存在故障分量只在故障发生后2个周期内有效的弱点，为弥补该缺点，在差动保护启动2个周期后投入向量差动作为基于故障分量的采样值差动保护的后备保护。

3.2线路光纤差动保护方案

在线路M侧的智能变电站中，电子式电流互感器ECT（electroniccurrenttransformer）采集到线路M侧的电流瞬时值，并传递给其间隔中的合并器；合并器合并线路M侧的三相电流、电压采样值，通过过程层交换机或是直连光纤，把电流、电压采样值进一步传输给M侧线路差动保护装置。M侧线路差动保护装置通过专用的光纤通道，把本侧的三相电流采样值传递给N侧线路差动保护装置。为此M侧线路差动保护装置首先对接收到的IEC61850-9-2采样值报文进行解析处理，提取出本侧线路三相瞬时采样值与对应的smpCnt（采样计数器）的值。受限于光纤通道的传输速率，差动保护装置需对IEC61850-9-2报文中的采样点进行重新采样，从每周期采样80个点，降低到每周期采样40点，即保护装置按照每隔1

下转第282页个采样点选点的方式完成重新采样。然后差动保护装置对采样数据进行重新组帧发送给对侧装置。为防止帧中其他数据信息中出现连续的6个1，发送端在5个连续的1自动插0，接收端则自动删0。数据帧中第2个字节表示报文类型，用以标识该帧数据是否为采样数据帧。数据帧中第3个至第14个字节传输本侧线路三相电流采样值，具体数值取自9-2SV报文解析出的采样值。数据帧中第15与第16个字节为采样标号同样取自9-2SV报文解析出的smpCnt（采样计数器）的值，由于装置每周期只传输40个采样点，采样标号按0、2、4、6…3998、0、2、4…的数值进行改变。数据帧中第10个到第14字节为保留位，由于传输控制信息、通信延时等信息。数据帧中第15个与第16个字节为循环冗余校验码CRC（cyclicalredundancycheck），当接收端装置检测出该帧数据有误，则舍弃该帧数据。一帧数据为24字节即136b，每一个电流周期传输40个采样点，即传输40帧数据，那么1s的时间内只需要传输384kb的数据，易于工程实现。线路N侧差动保护装置的数据传输工作原理相同。线路差动保护装置采集到线路本侧和线路另一侧的电流采样值，通过本文确定的差动保护原理算法就能判断出线路工作在正常状态、线路发生区外故障或是线路发生区内故障，从而决定是否进行本侧开关跳闸。

结语

依据向量差动保护的原理及整定原则，确定了选用故障分量采样值差动+向量差动相组合的保护原理，设计了智能变电站总体的线路差动保护方案。该方案不仅能快速可靠地切除区内故障，还大大减弱了过渡电阻对差动保护动作特性的影响。

参考文献

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