数字化变电站SMV同步方式对继电保护的影响

贵州贵阳供电局 殷 慧

1 数字化变电站与继电保护概述

1.1 传统电网和继电保护

传统的电网自愈能力与供电的可靠性比较差，对于客户服务较为简单，且信息单向；系统内信息共享程度较低，无法构成一个实时、有机、统一的整体因此整个电网智能化的程度低。

1.2 智能电网和继电保护

智能电网也被称为知识型电网或是现代电网，其实现了信息、数字等前沿技术的有机融合，主要发展目标为建设节能、环保、高效、可靠以及稳定的现代化电网。当前，数字化变电站的继电保护方案主要是根据具体的设备、技术水平所确定，数字化变电站的二次设备应是三层结构，一是智能终端设备，二是间隔层设备，三是站控层设备，其网络也可划分为以下三类，一是数据采样(SMV)，二是控制(GOOSE)，三是信息管理(MMS)[1]。

2 SMV及其发展分析

Sampled Measured Val ue采样测量值，也称为SV(Sampl edVal ue),是一种用于实时传输数字采样信息的通信服务。从发展历史来说，SMV的发展先后经历：IEC60044-8，IEC61850-9-1，IEC61850-9-2，目前主要采用IEC61850-9-2，IEC60044-8。

2.1 IEC60044-8

IEC60044-8是国际电工委员会为电子式互感器专门制定的一个标准，点对点光纤串行数据接口，目前主要采用IEC69870-5-1的FT3格式，故常称之为FT3格式，其主要特点如下所示：（1）传输延时确定；（2）可以采用再采样技术实现同步采样；（3）硬件和软件实现简单；（4）固定12通道。

为了满足变电站更加灵活的需求，国网公司在《Q/GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范》对60044-8所定义的通用帧格式从12通道扩展到22通道，一般称之为扩展FT3格式。

2.2 IEC61850-9-2

IEC61850-9-2：是国际电工委员会标准《IEC61850-9-2：特定通信服务映射(SCSM)》中所定义的一种采样值传输方式，其主要特点如下所示：（1）传输延时不确定；（2）无法准确采用再采样技术；（3）硬件软件比较通用，但对交换机要求极高；（4）硬件和软件实现都将困难；（5）不同间隔间数据到达时间不确定，不利于母差、变压器等保护的数据处理[2]。

为了满足变电站更加可靠的需求，合并单元不再依赖时钟源进行同步，国网公司在《Q/GDW441-2010智能变电站继电保护技术规范》定义了点对点9-2的方式，具体技术要求如下：

（1）合并单元应输出电子式互感器整体的采样响应延时，额定延时时间不大于2ms。

（2）采样值发送间隔离散值应小于10μs。

（3）通道延时需要在采样数据集中作为一路通道发送。

3 数字化变电站SMV采样同步方法

3.1 插值法

对于插值法，要求合并单元提供采样的传输延时，保护测控设备通过减去延时还原站内实际采样时刻，然后通过插值算法通过非同步样本点来计算同步样本点（适用于点对点方式9-2和44-8），具体如图1所示。

图1 插值法

3.2 时钟同步法

对于利用公共时钟脉冲的同步方法，各合并单元必须有时钟输入，并具备依照时钟输入信号给定的时间状态取得同步样本（适用于组网方式9-2），具体如图2所示。

图2 时钟同步法

4 不同采集问题对继电保护的影响

4.1 对PCS931的影响

4.1.1 SV数据无效对对保护的影响

（1）保护电压数据无效：显示无效采样值，处理同保护TV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TV断线过流等。

（2）保护电流数据无效：闭锁保护（差动、距离、零序过流、TV断线过流、过负荷）。

（3）启动电流数据无效：启动板24V正电源开放的条件切换到保护电流通道计算的结果，即在此情况下启动板根据保护电流通道的数据自主判断启动，这样可以有效避免保护板由于程序问题而导致的误动作。当启动电流通道数据无效或启动电流检修警时，不影响保护板的程序，保护板的程序保持不变[3]。

（4）启动电压数据无效：没有影响，仅用于与保护电压互校，互校不一致闭锁全部保护。

（5）同期电压数据无效：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TV断线。

4.1.2 SV数据失步（仅对组网有影响）对保护的影响

（1）电压或电流任一失步：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。

（2）同期电压失步：当重合闸检定方式与同期电压无关时（如不检重合），不报同期电压数据失步。当同期电压数据失步时，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TV断线。

4.2 对PCS978的影响

4.2.1 SV数据无效对对保护的影响

（1）任意侧相电流数据无效：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对应零序过流保护段。

（2）任意侧零序电流数据无效：仅闭锁该侧整定为外接零序的零序过流保护段。

（3）任意侧间隙电流数据无效：仅该侧闭锁间隙零序过流保护。

（4）任意侧电压数据无效：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。

4.2.2 SV数据失步对保护的影响

（1）任一侧相电流数据失步：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。

（2）任意侧外接零序电流数据失步：对保护行为无影响。

（3）任意侧间隙电流数据失步：对保护行为无影响。

（4）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。

5 结论

随着数字化变电站的逐渐推广应用，影响继电保护系统可靠性的因素更加复杂，上文重点分析了采样环节对继电保护的影响，通过合理选择SMV采样同步方法，尽量避免采样故障带来的一次设备长时间失去保护的风险，从而提高了保护运行的可靠性，实现数字化变电站的进一步发展与建设。

[1]刘旭升.讨论数字化变电站及其对继电保护的影响[J].城市建设理论研究:电子版,2013.

[2]何瑞文,谢琼香,蔡泽祥.数字化电气信息采集对继电保护可靠性的影响[J].广东工业大学学报,2013,30(2):68-73.

[3]李仲青,周泽昕,黄毅,等.数字化变电站继电保护适应性研究[J].电网技术,2011(05):210-215.