摘 要：采樣在繼電保護中占有極其重要的地位，不合理的采樣方案對繼電保護的速動性有著較為嚴(yán)重的影響。目前500kV智能變電站二次系統(tǒng)的采樣通用設(shè)計方案均有其優(yōu)點及不足，需要優(yōu)化其設(shè)計方案。本文探討了智能變電站的采樣方案，研究了采樣方式對繼電保護整組動作時間的影響，提出了500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣優(yōu)化設(shè)計方案，對智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計有指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：智能變電站;二次系統(tǒng);采樣方案

中圖分類號：TM73 ?文獻標(biāo)識碼：A

采樣在繼電保護中占有極其重要的地位，不合理的采樣方案對繼電保護的速動性有著極其嚴(yán)重的影響。[1]隨著智能變電站的大量投運，智能變電站的新技術(shù)與新特點對采樣方案帶來了不同的選擇。目前500kV智能變電站二次系統(tǒng)的采樣通用設(shè)計方案均有其優(yōu)點及不足，[2]本文將對500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣方案進行優(yōu)化設(shè)計。

1 智能變電站采樣方案

目前，智能變電站的采樣方式有以下兩種[3]：

（1）直接采樣：合并單元通過光纖與保護裝置直接點對點連接的采樣方式。（2）網(wǎng)絡(luò)采樣：合并單元將采樣值傳輸給交換機，各個二次設(shè)備通過交換機獲得數(shù)字采樣值。

智能變電站中，保護裝置可正常工作的前提條件就是保護裝置獲得的采樣值的傳輸延時在可容許范圍之內(nèi)或者該采樣值已同步。但是，目前投運的智能變電站中大部分的交換機都存在采樣延時不穩(wěn)定的現(xiàn)象，沒有辦法獲得準(zhǔn)確的傳輸延時。所以為了在不依靠于外部對時的情況下，讓保護裝置能采用網(wǎng)絡(luò)采樣的方案，提出了以下2個方法：

（1）改進交換機的性能，降低其數(shù)據(jù)傳輸延時，爭取穩(wěn)定到某一固定值;（2）目前的交換機都能獲得自身內(nèi)部延時，將該延時作為報文的一部分傳輸給保護裝置，讓保護裝置來動態(tài)計算報文延時，實現(xiàn)保護裝置內(nèi)采樣同步。

然而，對于測控裝置、PMU、網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置和故障錄波裝置等，由于其對可靠性的要求不如保護裝置，可以通過外部時鐘對時，故可采用網(wǎng)絡(luò)采樣方式，也更有利于裝置間的數(shù)據(jù)共享。

2 采樣方式對繼電保護整組動作時間影響

繼電保護的整組動作時間影響保護速動性與可靠性，對智能站與常規(guī)站中故障態(tài)下的繼電保護整組動作時間進行對比。[4]當(dāng)發(fā)生線路接地故障時，常規(guī)站的整組動作時間的理論值在13.5ms～17.5ms范圍內(nèi)，而智能站的整組動作時間的理論值在17.8ms～22.8ms范圍內(nèi)，兩者相對比可以發(fā)現(xiàn)，智能站相較常規(guī)站，其線路保護的整組動作時間的理論值范圍差距為4.3ms～5.3ms。由于常規(guī)站與智能站的500kV斷路器保護、母線保護以及主變保護的采樣方式與保護跳閘出口方式一致，所以兩類變電站理論值范圍差距為4.3ms～5.3ms。

由此可見，智能站相較常規(guī)站，各類保護的整組動作時間理論范圍值差距4.3ms～5.3ms。智能站由于其特點導(dǎo)致主保護速動性一定程度降低，對站內(nèi)設(shè)備的安全造成了不利影響，更威脅到了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。從各個環(huán)節(jié)來分析導(dǎo)致智能站的繼電保護的整組動作時間增長的具體原因[5]：

（1）采樣環(huán)節(jié)：常規(guī)站中的保護采樣由繼保裝置自身進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，時間理論上一般會小于0.5ms，而智能站中，由于合并單元的采樣與數(shù)模轉(zhuǎn)換的時間理論上在2ms左右，相較常規(guī)站增加了1.5ms。（2）保護裝置邏輯判斷環(huán)節(jié)：保護裝置收到采樣值之后，需要對數(shù)據(jù)進行一系列的處理，而智能站內(nèi)的保護裝置更是在邏輯判斷過程中添加了對于內(nèi)部信息的緩沖轉(zhuǎn)移以及處理的時間。不同的保護廠家的實現(xiàn)方式也不盡相同，故只能給出理論值范圍。理論上，對信息的處理時間在0.8～1.8ms，而保護裝置的邏輯判斷時間一般為10～14 ms。（3）保護跳閘出口環(huán)節(jié)：智能站中，保護跳閘是由智能終端完成，理論動作時間約為5ms，而常規(guī)站中，理論動作時間約3ms左右，差距2ms左右。

3 二次系統(tǒng)采樣方案優(yōu)化設(shè)計

考慮到500kV的線路保護對于整個系統(tǒng)穩(wěn)定的重要度，使用常規(guī)電磁式互感器的智能站中，500kV線路保護使用傳統(tǒng)的電纜點對點采樣，其余保護仍接收合并單元的點對點采樣值，跳閘出口方式按經(jīng)由GOOSE直跳。得到第一種采樣優(yōu)化設(shè)計方案如下所示：

（1）各CT雙套配置合并單元;（2）線路保護按傳統(tǒng)電纜直采，使用雙重化配置方案，并串接在合并單元之后;（3）斷路器保護與母線保護均使用經(jīng)合并單元SV的點對點直采;（4）測控裝置、故障錄波裝置、PMU、網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置等均使用SV網(wǎng)采。

此外，給出第二種設(shè)計方案，此方案既能滿足保護可靠性與速動性要求，又實現(xiàn)了全站采樣的統(tǒng)一性。

第二種采樣優(yōu)化設(shè)計方案如下所示：

（1）各CT單套配置合并單元;（2）各保護與故障錄波裝置均使用電纜直采;（3）測控裝置、PMU、網(wǎng)絡(luò)報文分析裝置均使用SV網(wǎng)采。

相較于第一種方案，此方案中故障錄波裝置經(jīng)由電纜直連采樣，增加了電纜使用量，投資相對較高。此外，此發(fā)難不利于模塊化建設(shè)，無法實現(xiàn)保護采樣值的全站各裝置數(shù)據(jù)共享，不利于未來進步技術(shù)的實現(xiàn)，同時很難完成對各個二次設(shè)備在線監(jiān)測，所以一般情況下不推薦使用此方案。

兩相比較，第一種方案在一定程度上提升了線路保護的速動性，與此同時更是兼顧實現(xiàn)了全站各設(shè)備間的采樣值共享。

4 結(jié)論

目前500kV智能變電站二次系統(tǒng)的采樣通用設(shè)計方案均有其優(yōu)點及不足，需要優(yōu)化其設(shè)計方案。本文探討了智能變電站的采樣方案，研究了采樣方式對繼電保護整組動作時間的影響，提出了500kV智能變電站二次系統(tǒng)采樣優(yōu)化設(shè)計方案。

此方案提高了線路保護的整組動作速動性，具有站內(nèi)各裝置數(shù)據(jù)共享的優(yōu)勢，減少電纜使用量，對智能變電站二次系統(tǒng)設(shè)計有指導(dǎo)意義。

參考文獻：

[1]王天鍔，盛毅，鄧輝，馬小瓏.智能變電站交流采樣校驗方法探討[J].湖南電力，2018，38（03）：62-64+69.

[2]廖能，周明平，李翔.智能變電站過程層高精度采樣值同步技術(shù)方案研究[J].機電信息，2018（30）：20-21.

[3]肖昆，胡志恒，齊敬忠，魏然.PhotoMOS對于智能變電站繼電保護動作時間的優(yōu)化研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（36）：246.

[4]魏杰.智能化變電站繼電保護系統(tǒng)工程調(diào)試的相關(guān)研究[D].南昌大學(xué)，2016.

[5]魏杰.智能化變電站繼電保護系統(tǒng)工程調(diào)試的相關(guān)研究[D].南昌大學(xué)，2016.

作者簡介：王琛（1974-），女，漢族，湖北武漢人，本科，副高級工程師，從事繼電保護檢修工作。