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1、智能变电站继电保护相关技术问题,智能变电站继电保护相关技术问题,智能变电站概述 电子式互感器的应用问题 采样同步问题 合并单元数据品质处理 智能变电站的改扩建问题,智能变电站概述,智能变电站的概念：采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。,智能变电站概述,变电站的智能化是一个不断发展的过程。就目前技术发展现状而言，智能变电站是：由电子式互感器、智能化开关等智能化一次设备、网络化二次设备分层
2、构建，建立在IEC 61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。,智能变电站概述,一次设备智能化：电子式互感器智能终端（过渡）、智能开关在线监测、状态检修 二次设备网络化：站控层网络MMSGOOSE、SMV 设备对象模型化：一次设备对象二次设备功能模块通信模型,智能变电站概述,信息采集、传输、处理、输出过程完全数字化的变电站，设备间交换的信息用数字编码表示： 通信网络减少连接线数量 光缆取代电缆：抗干扰、不传输干扰 可检错纠错 不产生附加误差,与传统变电站的比较,传统变电站,数字变电站,智能变电站的优势,简化二次接线 少量光纤代替大量电缆 提升测量精
3、度 数字信号传输和处理无附加误差 提高信息传输的可靠性 CRC校验、通信自检 光纤通信无电磁兼容问题 可采用电子式互感器 无CT饱和、CT开路、铁磁谐振等问题 绝缘结构简单、干式绝缘、免维护,智能变电站的优势,一、二次设备间无电联系 无传输过电压和两点接地等问题 一次设备电磁干扰不会传输到集控室 各种功能共享统一的信息平台 监控、远动、保护信息子站、电压无功控制VQC和五防等一体化 减小变电站集控室面积 二次设备小型化、标准化、集成化 二次设备可灵活布置,智能变电站发展历程,第一步：IEC61850实现监控层通讯第二步：GOOSE应用 220kV绍兴外陈变 500kV金华兰溪变第三步：电子式互
4、感器应用（IEC60044-8点对点通讯） 220kV青岛午山变第四步：过程层全面网络化 110kV绍兴大侣变（ GOOSE、IEC61850-9-2、IEEE1588精密时钟同步协议标准、GMRP组播注册协议） 220kV延寿变 220KV大石桥变、220KV王铁变（集中式保护测控系统的应用）,智能变电站继电保护相关技术问题,智能变电站概述 电子式互感器的应用问题 采样同步问题 合并单元数据品质处理 智能变电站的改扩建问题,电子式互感器,电子式互感器通常由传感模块和合并单元两部分构成，传感模块又称远端模块,安装在高压一次侧，负责采集、调理一次侧电压电流并转换成数字信号。合并单元安装在二次侧，
5、负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。电压等级越高电子式互感器优势越明显。,电子式互感器的原理和分类,按一次传感部分是否需要供电划分 有源式电子互感器 无源式电子互感器按应用场合划分 GIS结构的电子互感器 AIS结构(独立式)电子互感器 直流用电子式互感器,电子式互感器的原理和分类,电子式互感器,有源电子式互感器现状及存在问题： 国内主流厂家的产品总体来说其运行情况较好，部分厂家由于技术积累较少，产品运行暴露出的问题相对多些。存在问题： 一类是产品设计及选用器件有关的问题，例如开关操作引起电子式互感器采样异常甚至造成采集器损坏、测量误差波动较大等。另一类是与生产工艺、生产过程的质量控制
6、不严、产品安装调试规程不完善及现场施工不规范等有关，例如接线松动引起信号不稳、光纤损耗偏大等。,电子式互感器,武高所曾于2011年9月-2011年12月进行了户外有源及无源式电子式互感器测试工作，共测试24个厂家的41台样品，测试结果如下表： 电子式互感器测试结果,A通过全部试验的样品数； B测试过程中出现问题但不影响后续试验，最终完成全部试验的样品数； C测试过程中出现问题导致试验无法进行，最终退出试验的样品数。,电子式互感器,有源电子式互感器：对比测试情况,电子式互感器,纯光学互感器现状：光学电流互感器已在国内数十个变电站中投运，应用电压等级涵盖66kV500kV，安装方式包括AIS（支柱
7、式）、GIS、套管式等，积累了较多的运行经验。多数的光学互感器运行状况良好，也有部分厂家的光学互感器暴露了较多的问题，运行中曾出现光学互感器告警导致保护闭锁，甚至出现数据错误引起保护误动的情况。,电子式互感器,存在问题： 精度问题，光学互感器小信号传变精度、线性度较差，离散度大，多数光学电流互感器在一次电流较小时难以达到0.2s级的精度要求。产品稳定性问题，部分厂家的光学互感器长期运行稳定性差，运行一段时间后其输出电流值可能产生较大偏差。同时振动对其有一定的影响。,电子式互感器,温度问题，光学电流互感器易受温度影响，需采用专门措施解决。供货方面,光学互感器采用部分进口元器件，供货时间和供货能力
8、受到限制。成本方面，光学互感器需要用两套光路实现双AD功能，与其它原理互感器相比，其成本高出不少。,电子式互感器应用建议,电子式互感器小规模试点使用，总结经验。跟踪现场运行设备，增加监视手段。现阶段建议推广常规互感器+模拟采样MU方式。 （技术简单、可与智能终端合并节省设备、减少电缆，降低负载提高传统互感器性能）二次设备厂家的算法改进工作（MU、保护）。,智能变电站继电保护相关技术问题,智能变电站概述 电子式互感器的应用问题 采样同步问题 合并单元数据品质处理 智能变电站的改扩建问题,采样数据同步问题,三相电流、电压需要同步：三相平衡间隔内电流电压之间需要同步：功率、阻抗不同间隔的电流之间需要
9、同步：差动(变压器差动保护从不同电压等级的多个间隔获取数据存在同步问题,母线差动保护从多个间隔获取数据也存在同步),采样数据同步方案,基于GPS秒脉冲同步的同步采样（IEC 61850-9-1/2，基于以太网的采样值传输延时无法确定，只能采用同步时钟法） 同步方法简单 对交换机要求高 秒脉冲丢失时存在危险 同步时钟不等于对时时钟，可以不依赖于GPS,插值数据同步的原理,二次设备通过再采样技术(插值算法)实现同步(IEC 60044-8,基于采样值传输延时是确定的，采用插值同步法) 采样率要求高 硬件软件要求高，实现难度较大 不依赖于GPS和秒脉冲传输系统,插值数据同步的原理,IEEE 1588
10、同步对时,“网络测量和控制系统的精密时钟同步协议标准” 以太网传输，需硬件支持； 与采样值传输共用链路，可靠性高； 需交换机支持。,IEEE 1588同步对时,Delay+Offset = t2-t1 Delay-Offset = t4-t3 其中:Offset为时间偏差Delay为传输延时经过推导，可以得到： Offset = (t2-t1)-(t4-t3)/2 Delay = (t2-t1)+(t4-t3)/2,采样同步问题,网采方式： 依赖公共时钟秒冲，各合并单元需要有同步脉冲接入，并具备依据时钟输入信号给定的时间状态取得对应采样样本，即公共时钟采样同步法。网采方式通过交换机实现了数据共
11、享，采样同步依赖于外部时钟，时钟丢失或异常（对同步源信号输出品质的依赖性）将影响保护正常运行。组网方式受交换机环节影响。,采样同步问题,直采方式： 直采使用已知的延迟时间来推算采样样本，通过插值法实现同步。直采方式取消采样和跳闸回路的交换机有源环节，采样同步不依赖外部时钟。但往往光纤链路较为复杂（尤其是母线保护等跨间隔设备）。直采方式不方便采样原始数据的分析记录。,采样同步问题,对于跨间隔设备（如母线保护），为实现“直接采样、直接跳闸”，需提供大量的采样值及GOOSE接口，带来的直接问题是保护光口多，设备功耗及发热量大，故障概率高。对于间隔多的应用场合，母线保护可能需要采用分布式方案，带来的问
12、题是增加了主机和子机的通讯环节，影响保护的整体可靠性。,直采直跳优化方案,继电保护之间的联闭锁信息、失灵启动等信息宜采用GOOSE网络传输方式。所以，保护装置除具备直跳端口外，还有组网口与过程层交换机相连。如果保护装置具备SV组网口（或SV与GOOSE共网），将组网口作为直采端口的备用端口，正常情况下通过直采端口完成保护采样，在直采端口出现问题的情况下，把组网口作为备用端口完成采样，也将极大地提高保护设备采样接口的可靠性。,采样同步问题,网采方式问题及解决思路： 问题1：同步信号可能受卫星信号影响 解决思路：1、规范同步问题细节处理方案2、同步时钟和对时时钟分开配置，防止同步时钟受到卫星影响,
13、采样同步问题,网采方式问题及解决思路： 问题2：主保护同步依赖性强 解决思路：1、研究对同步性需求更为弱化的算法，在合并单元失步的情况下，保证严重故障依然可以快速切除（线路差动保护转纵联保护，基于公共坐标的失步补偿算法）2、研究等延时网络设备，实现过程层网络传输延时一致或延时可测。,智能变电站继电保护相关技术问题,智能变电站概述 电子式互感器的应用问题 采样同步问题 合并单元数据品质处理 智能变电站的改扩建问题,合并单元与保护接口,合并单元需要提供给保护的数据品质 1）数据无效（包含远端模块数据错误、与远端模块通讯错误等）2）MU时钟同步标志3）检修状态（检修间隔试验不影响运行设备）,合并单元
14、与保护接口,保护对合并单元数据的相关处理方式 1、保护装置应处理MU上送的数据品质位（无效、检修等），及时准确提供告警信息。在异常状态下，利用MU的信息合理地进行保护功能的退出和保留，瞬时闭锁可能误动的保护，延时告警，并在数据恢复正常之后尽快恢复被闭锁的保护功能，不闭锁与该异常采样数据无关的保护功能。2、采用电子式互感器中双保护数据分别用于保护元件和启动元件，以减少单一环节异常造成保护误动的可能性；在此基础上为防止单一通道数据无效导致整个保护装置被闭锁，应按照各数据通道的无效状态有选择性地闭锁相关的保护元件,合并单元与保护接口,3、针对MU数据同步标志，根据保护对同步的需求选择是否闭锁保护 除
15、纵差外的线路保护 线路纵差保护 母差保护（失灵保护） 主变保护（后备保护）,数据无效对线路保护的影响,保护电流通道数据无效，闭锁保护（如距离和零序过流、PT断线过流） 保护电压通道数据无效，处理同保护PT断线，即闭锁与电压相关的保护（如距离保护），退出方向元件（如零序过流自动退出方向），自动投入PT断线过流。起动电流通道数据无效，保护启动条件切换到保护电流通道计算的结果,数据无效对线路保护的影响,同期电压通道数据无效不闭锁保护，当重合闸检定方式与同期电压无关时（如不检重合），不报同期电压数据无效。当同期电压数据无效时，闭锁与同期电压相关的重合检定方式（如检同期）。即处理方式同同期PT断线（线路
16、PT断线）。 电压MU和电流MU任一失步，处理同保护PT断线，即闭锁与电压相关的保护（如距离保护），退出方向元件（如零序过流自动退出方向），自动投入PT断线过流。,数据无效对母线保护的影响,母线电压通道数据无效或失步不闭锁差动保护，闭锁该母线电压对保护有影响的判据（如电压开窗）。双保护数据分别用于保护和启动，支路保护电流无效或失步闭锁差动保护，母联保护电流无效或失步不闭锁差动自动置互联；支路启动电流无效不闭锁差动保护，此时闭锁差动电流相关的启动判据，保留母线电压变化的启动判据。,数据无效对母线保护的影响,支路通道数据无效闭锁相应支路的失灵保护，其他支路的失灵保护不受影响；支路通道数据失步不闭锁失灵保护。 母联支路电流通道数据无效，闭锁母联保护；母联支路电流通道数据失步不闭锁母联保护。,数据无效对变压器保护的影响,任意侧相电流数据无效时，仅闭锁差动保护及本侧过流保护，如果整定用自产零序情况下闭锁该侧相应零序过流保护段。任意侧零序电流数据无效时，仅闭锁该侧整定为外接零序的零序过流保护段。任意侧间隙电流数据无效时，仅该侧闭锁间隙零序过流保护。任意侧电压数据无效时，闭锁该侧零序过压保护，该侧所有与电压相关的判据自动不满足条件，复压元件可以通过其他侧起动，方向过流自动退出。,
