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  • 基于现代数字化变电站的光纤差动保护性能研究

  • 来源:本站原创 时间:2019-07-01 15:14 关注:
  • 随着电力系统向大容量,超高压和超高压发展,电力设备小型化,智能化,高可靠性。在数字变压器使用电子变压器的环境中,线路光纤差动保护面临许多新问题。例如,如何与变电站中的母线保护和变压器保护共用数据源;如何实现变电站的数据采集同步;如何与变电站中的过程层设备进行互操作。针对上述问题,本文提出了一种基于乒乓原理的数字化变电站线路差动保护时钟信号同步方案,并分析了基于同步差动保护性能和互操作性的解决方案。

    关键词数字化变电站;电子变压器;合并单位;乒乓球原则;光纤纵差保护

    一,导言

    由于光电技术和计算机的快速发展,新的光电压和电流互感器越来越显示出迷人的前景和强大的生命力。逐步更换电磁变压器是继电保护的发展方向。

    数字化变电站的建设应充分体现二次设备的设备智能和网络设备的设计理念。设备智能的重点是光电变压器和智能断路器的应用。二级设备网络应实施和实施iec61850标准。数字化变电站是根据过程层,间隔层和站控层的三层结构设计的。光电变压器的应用和通用的面向对象鹅通信技术将彻底解决电流互感器饱和问题和二次电缆的AC/DC串扰。问题。数字化变电站的建设应以电网安全,可靠,经济运行为前提,有效解决数据采集设备的重复投资和二次智能设备的互操作性问题。数字化变电站为光纤纵差保护提出了一些新问题。本文将结合220kv数字化变电站系统方案,解释光纤纵差保护如何解决上述问题。

    二,光纤纵差保护的应用环境

    数字化变电站中的线路保护,主变压器保护和母线保护由数据源和智能操作机构通过过程间隔LAN共享。数字变电站之间的一对光纤纵向差动保护可通过租用光纤通道实现数据共享和采样时钟同步。光纤纵差保护的应用环境如图1所示。

    数字化变电站的数据源来自合并单元(mu),μ的采样使用全站的统一时钟源syn。每个站的线路差动保护也使用相同的时钟源。 Mu数据通过过程层交换机传递给间隔的继电保护装置,包括线路保护和总线差动保护。线路差动保护的数据来自两个不同的变电站。当系统中没有统一的时钟信号时,两个站mu的采样不同步。差动保护需要解决双方采样数据同步的问题。

    第三,数字化变电站用于数据采集数字化变电站每个线路间隔亩通过过程层间隔开关提供线路保护ia,ib,ic,ua,ub,uc,3uo,31o,以及单相母线电压数据,线路保护,主变压器保护和母线保护以上数据通过根据iec61850-9-1/2标准与间隔mu通信获得,并共享数据源。由于母线保护与间隔之间的数据采集高度同步,因此在数字子站设计中,整个站数据采集同步信号来自相同的时钟源。目前,两个变电站之间的一对光纤纵差保护采用带有一定变电站光纤纵差保护的采样时钟作为主时钟,另一个变电站光纤纵差保护调整自己的采集时钟与主时钟同步。增加mu违反了数据源共享的原则,通过全球定位系统(gps)实现变电站间的数据采集同步,违反了电网安全可靠的运行规则。这导致了本文讨论的主要问题如何实现变电站之间的数据采集同步?

    图2同步时钟时差检测

    参考图1。在图2中,以m站差分保护为例,当设备接收到本站的同步信号synm时,将“同步信号帧”加到发送给n站的数据帧中;同时收到n站。在“同步信号帧”中,记录该时间相对于侧同步时钟的时间差tma,并返回n侧的帧“同步确认帧”。 Tma包含在“同步确认框”中。 n侧装置的发送和接收过程是相同的。

    当m站差分保护接收到从n站发送的“同步确认帧”时,记录该时间相对于自身侧同步时钟的时间差tnb。在往返之后,m站保护设备知道侧保护设备和对侧保护设备的同步时钟的时间差Δt=tnb/2-tma。类似地,侧保护装置的同步时钟和n站检测到的相对侧保护装置的时间差Δt=tmb/2-tna。

    △t有正负点。当Δt为正时,表示当Δt为负时,正面侧的同步时钟位于同步时钟之前,表示侧面的同步时钟位于相反的同步时钟之后。

    数字化变电站光纤相分离保护与双方亩的采集频率相同。假设mu发送的数据帧的频率是fs。在计算Δt之后,可以计算差动保护装置的两侧之间的间隔。 nd,nd=Round(fs△t)

    公式中的舍入函数是对实数进行舍入并舍入余数。

    当Δt为正时,当前侧的采样值向后移动nd点以与相对侧同步;当Δt为负时,当前侧的采样值向前移动nd点以与相对侧同步。

    利用这种同步方法,在两侧同步之后的理论最大相位差δ=ω/(2fs),其中ω是系统角频率。

    基于现代数字化变电站的光纤差动保护性能研究

    2,相位差分析

    通过时钟信号使数字化变电站的光纤差动保护同步后,两侧设备的同步时间差td可表示为TD=δ+ TS

    在该公式中,δ是基于乒乓原理的时钟同步之后两侧之间的角度差。

    由于电子变压器的数据采集频率fs相对较高,因此时钟信号同步后的线路差动保护的同步角度差与fs成反比关系。以每周期40个点(fs=2000hz)为例,同步后的角度差为6≤4.5°。

    Ts是两侧μ的样本相对于各个站的统一时钟源的时间差。目前,μ的计算速度很快,两侧的时间差很小,一般在10μs以下。

    采样的数据包通过网络交换机从mu发送到保护设备。此时间在同步消息中被考虑,并且不会影响同步后的时间差。

    综合分析,从初级电量到保护计算,基于乒乓原理的时钟信号同步引起的角度差δ是两侧差动保护不完全同步的主要因素, ts的影响很小。用于电流保护的传统电磁变压器由于存在激励电流而具有相对于初级电流的角度差。根据继电保护的“四个统一”,线路两侧电流互感器的角度误差被认为是7°。基于Rogowski线圈原理的电子式电流互感器没有核心电流,也没有激励电流。理论上,二次电流转移没有角度差并且没有饱和。因此,数字化变电站两侧的电流互感器没有角度差,基于同步的时间差td对差动保护影响很小,可以忽略对差动的影响。

    (2)线路差动保护的性能

    与传统的光纤差动保护相比,数字化变电站的线路差动保护具有许多优点。由于篇幅限制,未提及理论分析和实验结果。

    1.使用电子变压器的线路差动保护不饱和。当故障发生在区域外时,由直通电流引起的不平衡电流很小(考虑同步后由角度差6引起的不平衡电流),并且该区域不出现。外部故障的误操作提高了差动保护的可靠性。

    2.采用电子变压器的线路差动保护差动电流门低,制动系数小,提高了差动保护的灵敏度。

    3.电子变压器不饱和,线性度好。除了传统的相量差分,应用的采样值差分,相关差分可以提高差动保护的速度。

    (3)开放和开放处理

    数字变电站的光纤差动保护,输入源分为三类

    1.推回式压板打开,包括差速器保护和后退,距离保护和缩回,以及闭锁重合闸。这种接近直接从保护板获得,并通过开口量获得。

    2,开关的工作状态,包括相分离twj(跳线),断路器合闸压力低。这种访问信息由智能盒(或智能断路器)收集。光纤纵差保护通过过程层间隔LAN与智能操作箱/断路器通信,通信协议是iec61850-8-1标准的鹅协议,获得断路器的工作状态。3.屏幕柜之间的阻塞信号,包括远程传输和远端跳转信息。母线保护动作启动操作箱的tjr(三相跳闸而没有重合闸开始),并且tjr开始启动远跳。在数字化变电站中,母频的动作信号可以通过智能操作箱发送到线路保护,或者可以通过母婴保护直接传输到线路保护。这两种方法可以在理论上实现。

    (4)与其他设备配合

    与光纤差动保护兼容的其他设备包括智能操作箱,母线保护和稳定性控制设备。光纤纵差保护通过过程层间隔LAN与智能操作箱/断路器通信,通信协议是iec61850-8-1标准的鹅协议。智能操作箱/断路器收集并组播上述重保护信号。光纤差动保护将跳闸命令多播到相关的智能操作员盒/断路器,并将阻塞命令多播到其他相关保护。


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