浅谈采样不同步对智能变电站主变差动保护的影响

黄晓舟 赵婧

摘 要：本文主要讨论了主变压器各侧合并单元与主变保护装置的采样通信出现不同步的问题时所可能出现的后果。为今后智能变电站主变保护的进一步发展提供参考。

关键词：采样；不同步；差动保护

中图分类号：TM63 文献标识码：A

随着科技发展和社会进步，智能变电站已成为未来电网建设的重头戏。而智能变电站采用了三层两网的网络结构，减少了二次电缆的使用量，取而代之的是能够很大信息带宽的光缆。于是，一个采样同步的问题就呼之欲出了。在传统综自变电站中，二次电缆能够将模拟量直接给保护装置进行A/D转换。而在智能变电站的结构中，模拟量在合并单元（MU）进行A/D转换，再将数字量通过光缆传输给保护装置。另一方面，主变保护装置需要同时采集各侧的采样值进行保护运算。因此，采样同步问题对于主变保护的正常运行有着至关重要的作用。本文也将着手于此问题展开讨论。

1 MU与保护装置的采样同步

如上文所述，在智能变电站的结构中，CT、PT的二次值需要首先经过MU的A/D转换，再通过过程层网络将数字量从过程层的MU传输至间隔层的保护装置。目前智能变电站保护信息传输方式主要包括直采直跳、直采网跳、网采网跳三种。而根据国家电网公司的有关规定，为了保证采样值的相对对应性，对于SV网的信息传输采用直采的方式。

2 主变差动保护

主变保护的主保护分为电量的主保护和非电量的主保护，其中非电量的主保护一般指的是瓦斯保护，而电量的主保护则指的是本文要讨论的差动保护。

2.1 主变差动保护的基本原理

差动保护，顾名思义，就是说当变压器各侧的电流相比较存在的差电流值超过保护装置的定值时，保护装置就需要动作于跳闸。简单地来说，也就是基尔霍夫定律，把变压器看作是一个大的结点，在正常运行情况下，同一时刻，流进和流出的电流要相等。若变压器区内出现故障，流进和流出的电流就会出现不等的情况，此时形成的差电流若大于装置定值，保护装置就需要瞬时动作，跳开各侧的开关保护主变压器。

2.2 差动计算的相角补偿

当然，在进行差动计算中，不可忽视的一点就是由于变压器各侧的电压等级不同、电流互感器变比不同、接线方式不同，各侧的电流是不能够直接进行比较的。因此，在进行差动计算时就需要先进行转换。下面以一个简单的110kV/10kV的两绕组主变压器为例，进行差动计算。

由于主变接线方式是Y/△-11型接线方式。因此，在对两侧的电流进行差动计算的时候必然存在相位差补偿的问题。而对于这个问题的解决方法，各保护厂家的装置软件有着不同的算法。在这里，就以南瑞继保的RCS-978系列的变压器保护为例进行转角计算。在RCS-978系列中，转角算法采取的是△→Y的算法。应用到本例中，可以得出以下公式：

Y侧：

△侧：

经过转换后，△侧A相电流较转换之前电流角度滞后了30°。换言之，在忽略高压侧零序电流的情况下，我们考虑两侧电流平衡的状态下A相的电流。假设，△侧转换前A相的电流=|sin（2πf×t）|；而在经过△→Y转换后，△侧A相的电流=|sin（2πf×t-30°）|。那么在电流平衡的状态下，Y侧A相的电流

=

3 采样不同步对差动计算的影响

通过前面的讨论，我们得出了在平衡状态下，Y侧和△侧的平衡电流的大小和方向。可以看出，在两侧采样同步的情况下，当变压器两侧电流处于平衡状态，即区内不出现故障的情况下，Y侧和△侧的电流在经过相角补偿后，相角相同，大小相差一个变压器变比的倍数。那么，显而易见的，当两侧的采样出现不同步的现象时。变压器两侧的电流即使在经过相角补偿之后，相角依然存在一个相角差。同时，二者的电流大小也会出现差异。下面就来进行详细分析。

我们都知道，在国网系统中，电流频率为50Hz。也就是说一个周波的电流需要的时间为20ms。若我们假设Y侧超前△侧2ms，我们对t=0时刻进行计算比较。

转换前△侧A相电流=0

转换后△侧A相电流=|sin（-30°） |=0.5A

Y侧A相电流=（5 sin（2×π× 50×0.002-30°）/11=（5sin6°）/11=0.05A

由此可以看出，当Y侧超前△侧2ms时，两侧电流在在相角上小差36°，通过余弦定理可以得出

可以看出，此时，变压器两侧的差流达到了0.46A，这无疑是会导致主变差动保护误动的。同样地按照上述方法，计算出在此种情况下同一时刻B、C两相的差流，也可以很容易地发现其差流会引起差动动作跳开主变各侧开关。

结语

从本文的讨论可以看出，当变压器各侧MU与保护装置的采样出现不同步现象时，可能会造成极其严重的后果。因此研究出一套能够妥善应对采样不同步的保护程序对于智能变电站的安全稳定运行是刻不容缓的。同时，还需要加强对于MU的对时信号进行实时监控，及时发现异常，无疑对于整个电网的安全稳定运行有着至关重要的作用。

参考文献

[1]林彬，赵亮，乔忠智.智能变电站时间同步系统研究[J].数字技术与应用，2012（10）：15.

[2]国家电网公司.智能变电站技术导则[S].2009.

[3]RCS-978系列变压器成套保护装置220kV版说明书，南京南瑞继保电气有限公司[Z].