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光纖差動?;ぴ謚悄鼙淶繒局械氖萃剿惴?/h3>

2016/10/25 8:59:06 點擊:

陳新美,劉園偉

(許昌開普檢測技術有限公司)

Fiber Differential Protection in Smart Substation Data Synchronization

CHEN xinmei,LIU yuanwei

(Xuchang Ketop Testing Technology Co.,Ltd.)

摘要:光纖差動?;ぴ詰緦ο唄分械撓τ媒銜惴?,是電力線路中較為關鍵的一個環節。隨著智能變電站的大面積推廣,光纖差動?;ぷ爸玫耐講裳絞接辛撕艽蟮謀浠?,傳統的同步采樣方式已經不適用于智能變電站了。本文重點介紹了插值法在光纖差動?;ね街械撓τ?。

關鍵詞:光纖差動;智能變電站;數據同步

ABSTRACT:Fiber differential protection are more widely application in the electric power line,is the key of a power line。With the widespread popularization of smart substation,fiber differential protection device of synchronous sampling methods have changed a lot, traditional way of synchronous sampling has been used in smart substation.This paper mainly introduces the interpolation method in the application of the fiber differential protection synchronously.

KEY WORDS:Fiber Differential;Smart Substation;Data Synchronization



1.引言

智能變電站的建設充分體現了一次設備智能化和二次設備網絡化的特點。一次設備智能化的重點是電子式互感器和智能斷路器的應用,電子式互感器的應用解決了電流互感器飽和導致差動?;ざ饜形徽返奈侍?,加上光纖電流差動?;ぷ隕淼撓諾?,使光纖電流差動?;こ晌叩繆溝燃噸悄鼙淶繒臼淶縵唄返鬧鞅;?。


2.基本原理

光纖差動?;な竊詰緦韃疃;さ幕∩涎莼?,利用專用光纖通道實時地向對側傳遞采樣數據,同時接收對側的采樣數據,通過計算線路兩端的電流,能簡單、可靠地判斷出區內、區外故障。光纖差動?;さ腦砣繽?所示

1光纖差動?;ぴ?/span>

Fig. 1Fiber differential protection principle

設流過兩側?;さ牡緦饕閱趕吡饗蟣頸;は唄返姆較蛭湔較?,則動作電流,制動電流。

    (式1)

   (式2)

式中:Idq為差動繼電器啟動電流;Kr為比率自動系數。同時滿足上述兩個條件,差動?;ざ?。比率制動特性如圖2所示。

2 比率制動特性

Fig. 2 Ratio braking characteristics

為躲過外部故障不平衡電流,通?;共捎帽嚷手貧匭栽淼牡緦骷痰縉?,當動作電流與制動電流對應的工作點位于比率制動特性曲線動作區內,判為區內故障,差動繼電器動作跳閘。當工作點落在非動作區內,判為區外故障,繼電器不動作。


3.同步算法

線路光纖差動?;ぷ爸玫囊桓齬丶約際蹙褪竅唄妨講啾;ぷ爸貌裳蕕耐轎侍?。

智能變電站中采用電子式互感器,其輸出為離散的數字量,通過光數字信號形式經合并單元傳輸給間隔層?;ど璞?,這個采樣數據處理、傳輸的過程存在比較明顯的延時,一般為50μs~500μs,有的甚至超過1000μs,這種數據采集的延時對差動?;だ此凳遣豢珊雎緣?,而且線路兩側的變電站中傳輸給間隔層?;ど璞羔娧蕕暮喜⒌ピ泊嬖謐挪煌難郵?,這給智能變電站線路差動?;ち講嗍萃醬蔥碌奈侍?。

對常規變電站差動?;ぷ爸昧講嗍蕕耐?,目前已經有了很多種具體實用的方法,由于智能變電站與常規變電站中差動?;ぷ爸玫氖薟裳姆絞揭丫煌?,這些方法已不再適用新的要求,需要改進或者研究新原理的兩側數據同步方法。目前國內外主流繼電?;こЪ業耐椒椒ú瘓∠嗤?,但大致可以分為一下幾種方案:采樣數據修正同步法、釆樣時刻調整同步法、時鐘校正數據同步法、參考相量數據同步法、GPS數據同步法以及虛擬同步釆樣中斷技術的同步方法等。

智能變電站的線路差動?;ぷ爸貌裳蕕姆絞膠統9姹淶繒鏡南唄凡疃;ぷ爸貌裳蕕姆絞接瀉艽蟮牟畋?,由于采樣延時的存在,前面介紹的幾種常規模式下的數據同步方式已經不能直接使用。例如:由于IEC-60044-7和IEC-60044-8不允許間隔層設備向合并單元發送指令,這樣采樣時刻調整數據同步法就不能使用了。另外由于智能變電的建設剛剛起步,數量有限,對于線路兩側數據的采集,現在處于多種方式,既有兩側都是常規方式的,又有全是數字采集方式的,還有常規數字兩者混合的,這就使的本身復雜的數據同步問題變得更加復雜。我們必須改進以前的數據同步方法或者來用新的數據同步方法。


4.基于9-2協議的插值同步法

9-2協議中規定了合并單元輸出的數據要通過過程層網絡再輸入到?;ぷ爸?,這種傳輸延時是不固定的。智能變電站中的線路差動?;ぷ爸煤禿喜⒌ピ際褂孟嗤敝有藕?,輸電線路兩側變電站的時鐘信號可以不相同不同步。

9-2協議中規定合并單元輸出的釆樣數據幀中含有以下數據:

1.釆樣數據;

2.電子式電流互感器的額定延時;

3.釆樣標號SmpCnt。

可以利用數據傾中的電子式電流互感器的額定延時和采樣標號SmpCnt,得到適用于9-2協議的智能變電站線路差動?;ぷ爸玫牟逯凳萃椒?。

如圖3所示,設電子式電流互感器的釆樣間隔ts,輸電線路兩側的合并單元和線路差動?;ぷ爸枚加兇約旱母咂德矢呶榷ǖ木д窠兇呤奔剖?。變電站的時鐘源每整秒發出秒脈沖信號,站內的合并單元和差動?;ぷ爸檬盞矯肼齔逍藕諾納仙厥?,把各自的釆樣計數器清零,然后按各自自己的晶振走時,并給電子式互感器按一定的采樣頻率發送釆樣指令,發送指令后采樣計數器就加一,合并單元發給差動?;ぷ爸玫氖葜屑春飧鯁娧剖?Smpcnt)。下面以M側為例來介紹這種方法數據同步的處理過程。

將SmpCnt的采樣計數值設為M1,那么從合并單元到?;ぷ爸玫難郵鋇募撲愎餃縭?:

   (式3)

 

3 基于9-2協議的插值同步法示意圖

Fig. 3 9-2 schematic synchronization method based on interpolation protocol

M側采樣數據從電子式互感器到差動?;ぷ爸彌淶淖苧郵蔽?

     (式4)

M側差動?;ぷ爸迷趖m1”時刻收到合并單元的釆樣數據后將其發送給N側差動?;ぷ爸?。經過通道延時Td后N側差動?;ぷ爸迷謔笨淌盞組側差動?;ぷ爸梅⑺偷牟裳葜?。再經△t延時后到發送中斷時向M側差動?;ぷ爸梅⑺鴕恢〖勸靜嗟牟裳?,又包含這個△t和N側采樣數據從電子式互感器到差動?;ぷ爸彌淶淖苧郵蔽猼b的數據幀。M側差動?;ぷ爸鎂齌d通道延時后在tmr時刻收到N側?;ぷ爸梅⑺偷氖葜?,這樣我們可以得出通道延時Td的計算公式式5:

    ( 5)

將tn2”對應到N側合并單元和電子式電流互感器的采樣時刻分別為tn2’、tn2,對應到M側的差動?;ぷ爸糜Ω夢猼mn”時刻,同一個變電站的合并單元和差動?;ぷ爸靡丫幻肼齔迨迪質敝油?,因此tmn”時刻就是tmn’時刻,所以M、N兩側的合并單元之間存在的時間差tα=tm1’-tmn’。我們再通過拉格朗日二次插值法,按照tα的時間值在tm1’采樣點前、后選取合適的釆樣點數據進行插值計算,在M側就能實現兩側采樣數據的同步。同理也利用拉格朗日插值法在N側也能實現兩側采樣數據的同步。

很明顯該方法既適用于兩側都是9-2協議智能變電站的線路差動?;ぷ爸檬萃?,還適用于一側為常規變電站的線路差動?;?。

釆用拉格朗日插值法按基于9-2協議的數據同步法進行輸電線路兩側采樣數據的同步,眾所周知,由于插值余項的存在和插值計算過程中本身的計算誤差,導致擬合波形和實際波形肯定有幅值和角度的誤差。這種誤差的多少和采用的插值的次數有不小的關系。釆用拉格朗日二次插值肯定要比其一次差值誤差小,在實際的工程應用中一般都采用二次插值。


5.總結

本首先介紹了常規模式下和智能變電站模式下的幾種差動數據同步法。分析了智能變電站中的差動?;げ荒蓯褂貿9婺J較虜疃萃椒椒ǖ腦?。其次分析了適合于9-2協議的拉格朗日插值數據同步方法,并對其計算誤差對進行了探討,結果說明拉格朗日二次插值法能滿足智能站9-2協議下的差動?;ね郊撲鬮蟛畹囊?。本文的設計就是使用以上方法,并驗證其是滿足現場要求的。

 

參考文獻:

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作者簡介:1、陳新美(1970-),女,河南許昌,主任檢測工程師,主要從事繼電?;け曜嫉難芯?;

2、劉園偉(1981-),男,河南許昌,工程師,主要從事電力系統繼電?;ぷㄒ擋饈怨ぷ?。

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