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智能变电站差动保护不平衡电流产生原因

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：宋雅新

[导读] 摘要：目前，我国是智能化快速发展的新时期，智能变电站在运行维护上存在着新的问题，在差动保护方面，智能变电站差动保护的不平衡电流产生的原因和常规站不尽相同。

        (国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司内蒙古通辽 028000)
        摘要：目前，我国是智能化快速发展的新时期，智能变电站在运行维护上存在着新的问题，在差动保护方面，智能变电站差动保护的不平衡电流产生的原因和常规站不尽相同。本文分析了智能站差动保护不平衡电流产生的原因，并说明了这些原因的产生不只是由于设备误差，也有可能和电流互感器变比设置、合并单元延时参数设置、保护软压板投退不当等因素有关，这些都是智能变电站在建设和运行时存在的缺陷。将这些缺陷按照影响大小分类，并研究了对应的排查方法。
        关键词：智能变电站；差动保护；不平衡电流；保护检修；SV通道
        引言
        变压器是电力系统中的重要供电元件，具有改变电压、传递电能的作用，是保障电网安全、经济运行的基础。其运作的可靠性关乎变电站的整体安全，一旦出现故障，将严重影响供电可靠性和电网稳定性。变压器差动保护可为电网安全、稳定运行提供可靠保证，在电网中具有举足轻重的作用。本文结合一起主变差动保护动作的事故，通过检查现场的电力设备和事故记录，分析变压器差动保护跳闸的原因，为类似事故提供参考与借鉴。
        1变电站变压器差动保护原理
        变电站变压器的差动保护，实际是通过在变压器的绕组上增设安装电流互感器、串入差动继电器实现。变电站中目前常用的差动保护模式主要包括单相变压器的差动保护和三相变压器的差动保护两种类型。若绕组其中一侧电流互感器母线侧的两个极性端子极性相同的时候，另外两个端子的极性不同且连接在一起；若母线侧的两个端子极性相同，则采用相同的极性连接二次侧，最后将差动继电器的工作线圈与电流互感器的二次侧端子进行并联连接。在单相变压器当中，高侧的额定电流值和低侧的额定电流大小不一样，因此在电流互感器的选择中，需要考虑合适的变比，以保证相等的电流互感器二次电流（即差动继电器工作线圈电流值为0）。为差动继电器设置合理的动作电流值，一般该值小于故障电流值。以保证发生故障的时候，差动继电器会发生动作并切除电力变压器，起到故障时变压器的保护功能。同样，三相变压器中的差动保护也能够起到保护电路和继电器的作用，其原理和单相变压器差动保护原理类似。
        2智能变电站差动保护不平衡电流产生原因
        2.1智能变电站CT变比的影响
        智能站的CT变比较高，常规站的CT变比通常有2000/5，1200/5，600/5等，而现在投运的智能变电站CT变比一般为3000/1，2500/1，1600/1等。以常规站CT变比1200/5、智能站2500/1为例，当一次电流为95A时，常规站CT二次电流为0.396A，智能站CT二次电流为0.038A，智能站计算精度和显示精度的影响明显高于常规站，智能站小数点后第2位即决定了10A级别的电流误差，仅仅是零漂就可能带来了几安培的误差。新建站投运试验如果在夜间进行，由于负荷电流非常小，单从保护装置的显示值，无法判断CT状态和变比设置是否正常。
        2.2合并单元时延分析
        合并单元为智能电子设备提供一组时间同步（相关）的电流和电压采样值，其主要功能是汇集（或合并）多个互感器输入的二次模拟信号，经过A-D采集模块变换为数字信号，并以确定的数据品质传输到电力系统电气测量仪器和保护设备。合并单元各延时节点主要包括采样回路延时、板间通信延时、CPU数据接收延时、CPU数据处理延时以及SV数据发送延时。国家电网公司企业标准《智能变电站合并单元技术规范》中规定合并单元采样响应延时不应大于2ms。合并单元发出9－2报文的额定延时一般与其采样时刻有关，在采样时根据采集器的延时进行二次插值采样，一般采样时刻与实际模拟量产生的时间差为采样间隔的整数倍，故合并单元的采样延时一般为n×250μs，合并单元额定延时为采样延时与发送延时之和。

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        2.3光纤链路
        智能变电站有一个重要的特点就是数据传输的通道以光纤为主，即使是基于传统互感器的智能变电站，从根部线进入合并单元之后，皆使用光纤通道。合并单元至母线差保护、合并单元至线路保护(主变保护)直接采集电流的光纤，均要经过光配架，所以光纤通道的中间节点较多，另外光纤本来就存在一定的脆弱性，所以难免出现链路中断的情况，在差动保护中体现最明显的就是告警和不平衡电流。
        3不平衡电流相关缺陷的排查方法
        3.1二类缺陷排查
        如果合并单元接收到的电流量和一次电流完全相符，且各装置没有告警，但是差动保护显示的不平衡电流无法忽视，则要警惕二类异常。在新站投运、负荷电流很小的情况下，这类不平衡电流往往不会表现为差动电流，但是在区域电力建设达到一定规模的情况下，不平衡电流可能会使差动保护误动作。此时，需用光校验仪对保护装置的收发进行校验，保护装置的SV接收即合并单元的SV发送，通过光校验仪可以确定合并单元的延时参数是否设置有误；利用导入正确配置文件的光校验仪对保护装置进行校验，可以确定保护装置的软压板和变比是否设置有误。
        3.2保护装置时延优化
        智能变电站保护时延主要集中在数据采集和出口报文发送，而数据采集所耗时延最多。（1）SV重采样延时过程层处理模块为了满足合并单元的最大延时要求，会固定延时2500μs进行重采样，然而一般情况下合并单元发送SV报文的额定延时均会远小于2000μs，因此重采样过程中的延时可依据此做一定的优化，具体方案如下：合并单元配置完成后，SV额定延时为一固定数据。保护装置过程层处理模块实时获取合并单元发送的SV报文中额定延时数据。依据实时获取的额定延时数据来计算需要延时的点数，计算公式为：延时点数=实时获取的额定延时/输出点间隔时间，如果运算结果存在余数，则延时点数=延时点数+1；如果延时点数×延时输出间隔–最大延时<100μs，则延时点数=延时点数+1。按照合并单元运算处理效率，其额定延时一般不会大于0.833ms，按照上述计算公式，延时一个采样点即可保证数据的真实可靠。相比于优化之前，仅此一个改进可最大减少2×0.833ms的时延。（2）轮询进程周期为协调各种资源，保证各环节处理均匀性，轮询进程的轮询周期一般设置为200μs。综合考虑权衡过程层处理模块各个任务的重要性，为了能做到尽快接收过程层的报文，其周期可以进一步缩短为60μs，减少过程层报文的等待时间，加快接收处理过程。通过以上两点优化方案，保护装置整体时延可以优化约0.7ms。
        3.3开展巡查主变租赁工程的活动
        组织一次、二次专业人员巡查设备，重点关注新旧设备交圈地带，保护装置电流、电压的回路、开入量、出口回路。加强二次检修人员的培训工作，提高检修人员分析、甄别故障，迅速、准确查找出故障点的能力。
        结语
        区别于常规变电站，智能变电站中差动保护的不平衡电流的产生有新的原因，且不平衡电流产生的原因不只是零漂和常规误差，也可能是由于存在某些缺陷。以上尽可能详尽地探寻这些原因，逐一分析这些原因是否会导致异常，形成差流，并将不平衡电流相关缺陷进行分类，还提供了各类缺陷排查的方法。
        参考文献:
        [1]李孟超，王允平，李献伟，等．智能变电站及技术特点分析[J]．电力系统保护与控制，2010(16)：59-62.
        [2]曹楠，王芝茗，李刚，等．智能变电站二次系统动态重构初探[J]．电力系统自动化，2014，38(5)：113-120.
        [3]蔡骥然，郑永康，周振宇，等．智能变电站二次设备状态监测研究综述[J]．电力系统保护与控制，2016，44(6)：148-154.