智能变电站继电保护相关技术问题资料课件

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，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。比较项目常规互感器电子式互感器绝缘复杂绝缘简单体积及重量大、重体积小、重量轻CT动态范围范围小、有磁饱和范围宽、无磁饱和PT谐振易产生铁磁谐振PT无谐振现象CT二次输出不能开路可以开路输出形式模拟量输出数字量输出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互感器类型样品总数测试结果ABC有源电子式电流互感器14275有源电子式电压互感器10181无源电子式电流互感器150132无源电子式电压互感器2101A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1.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2.二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同步对时同步对时“网络测量和控制网络测量和控制系统的精密时钟同系统的精密时钟同步协议标准步协议标准”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同步对时同步对时Delay+Offset=t2-t1Delay-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)/2Delay=(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。数据无效对变压器保护的影响任一侧相电流数据失步时，闭锁差动保护，如果本侧采用和电流作为后备保护电流时同时闭锁后备保护。任意侧外接零序电流数据失步时，对保护行为无影响。任意侧间隙电流数据失步时，对保护行为无影响。后备保护中的电流和电压相对失步时，方向元件不满足条件。SV数据检修品质对保护的影响IEC61850工程继电保护应用模型中有关SV报文检修处理机制的描述：1、当合并单元装置检修压板投入时，发送采样值报文中采样值数据的品质的Test位应置True；2、SV 接收端装置应将接收的SV报文中的test位与装置自身的检修压板状态进行比较，只有两者一致时才将该信号用于保护逻辑，否则应不参加保护逻辑的计算。对于状态不一致的信号，接收端装置仍应计算和显示其幅值；3、若保护配置为双重化，保护配置的接收采样值控制块的所有合并单元也应双重化。两套保护和合并单元在物理和保护上都完全独立，一套合并单元检修不影响另一套保护和合并单元的运行。SV数据检修品质对保护的影响实际工程中SV数据检修品质的处理方式：1、在接收软压板投入的情况下，如果本地检修和发送方检修位不一致时，无流或数据无效情况下将本MU发送的模拟量从保护中剔除，有流情况下发送方投检修压板发检修异常告警信号，该报警信号返回前本MU模拟量继续参与保护逻辑运算。2、在接收软压板投入的情况下，如果本地检修和发送方检修位不一致时，装置报警且闭锁相关保护，所以MU投检修前应将相应的接收压板退出。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通过GOOSE、SV检修机制实现在线检测扩建间隔SCD文件更改影响的评估（过程层通信CRC校验）扩建工程交换机配置问题改造站母线保护方案智能变电站改扩建问题智能变电站中母线保护改造问题的解决：方案一：全数字化接口母线保护+常规互感器及一次开关的数字接口设备（专用母差子站）实现同时具备模拟量及数字化接口的母线保护装置。智能变电站母线保护改造方案智能变电站母线保护改造方案退出运行中的传统母差保护，并逐一将各间隔的电流、电压、刀闸辅助接点、失灵起动接点等回路转接入母差保护子站装置。带负荷测试数字化接口母差保护，测试结果合格后将数字化母差保护及子站装置投入运行。此时旧的传统母差保护不再投入运行。智能变电站母线保护改造方案改造任一支路时都短时退出数字化母差保护，完成接入本支路尾纤、拆除子站装置本支路传统电流（或电压）回路的工作。新接入的支路带电运行后，测试数字化母差保护是否正常，测试结果合格后即可重新投入数字化母差保护，改造过程中母差也能够投入，直至改造间隔带电。智能变电站母线保护改造方案重复步骤2直到全部支路间隔更换了电子式互感器，数字化母差保护的更换就完成了。方案一主要的优点是全数字化接口母线保护和母差子站实现了同时具备模拟量及数字化接口的母线保护装置，可以满足常规互感器和电子式互感器共存的情况。此方案主要问题是改造初期工作量大，需要配置专门的母差子站，改造完成后子站退出运行，设备投资较大。智能变电站母线保护改造方案方案二：对于常规互感器不改造的工程，在改造过程中可以保证常规母差保护继续运行，但因为常规母差保护不具备过程层数字化接口，故要求改造间隔的保护及智能终端保留与常规母差保护的开入、开出接口。智能变电站母线保护改造方案智能变电站母线保护改造方案方案二的主要优点是常规母线保护在改造过程中始终处于运行状态，无需投入额外设备，改造投资较小。存在的问题是，一方面适应性较差，只能应用于常规互感器不改造的工程，另一方面，要求新设备具备常规开入开出接口，且为保证常规母线保护的正常运行，需铺设临时电缆完成新间隔的跳闸及失灵启动等。智能变电站母线保护改造方案综合方案一、二提出第三种改造方案：对于最常见的双母主接线线方式，在改造过程中增加对运行方式的限制，将改造后间隔限制在一条母线，未改造间隔限制在另一条母线。数字化接口母线保护用于保护连接改造后间隔的母线，而常规母线保护用于保护连接未改造间隔的母线。智能变电站母线保护改造方案智能变电站母线保护改造方案方案三主要优点是改造过程无需额外设备及铺设临时电缆，投资及工作量小，可以满足常规互感器和电子式互感器共存的情况。实施此方案的主要限制是对主接线要求至少两条母线，而且对改造过程中的运行方式有较严格的要求，即分别将改造后间隔和未改造间隔分别限制在两条母线上（不允许进行倒闸操作），如无法保证在改造期间母联或分段开关始终处于分位，新老母差保护需做相应处理以保证差动计算平衡。智能变电站母线保护改造方案谢谢！谢谢！人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。