数字化电气信息采集在继电保护中的应用

张军艳 李丽娟（河南中孚电力有限公司，河南 巩义 451200）



数字化电气信息采集在继电保护中的应用

张军艳 李丽娟
（河南中孚电力有限公司，河南 巩义 451200）

摘 要：无论是电网的智能化、信息化发展，还是变电站的数字化发展，均需要高效的数字化电气信息采集。在实际应用中，数字传输、采样频率、互感器结构、系统配置以及数据验证均会影响到继电保护的保护性。为了提高继电保护的可靠性，应对应用数字化电气信息采集的方法、注意事项有一个清晰正确的认识。

关键词：数字化电气信息采集；继电保护；应用研究

与常规的继电保护相比，数字化变电站的继电保护系统在工作模式、实现方式以及系统结构上均有较大的不同。常规的继电保护装置是独立的、高度集成的，而数字化的继电保护装置分解在。基于此，本文以数字化电气信息采集系统为例来论述其在继电保护中的应用。

1　数字化电气信息采集系统的结构分析

本文以采用Rogowski线圈电流互感器的电气信息采集系统（图1）为例来论述数字化电气信息采集在继电保护中的应用，该系统由独立式有源电子互感器构成，并采用以太网接口输出数据。被测电流的微分与Rogowski线圈的感应信号正相关，原始信号恢复采用数字积分器和模拟积分器在积分环节实现。与模拟积分器相比，数字积分器的优势是稳定性好、精度高，不过需要解决零点漂移、初值选取的问题。

图1　电气信息采集系统的结构图

为了避免离散和连续信号转换间出现混叠，并确保输入信号的在较宽范围内的转换精度，应在ADC前置电路设计抗混叠滤波电路和多增益放大电路。ADC量程设计应确保测量电流在100%偏移（25倍额定一次电流）或0%偏移（50倍额定一次电流）时互感器数据输出不溢出，并确保保护用ECT的标度因子为01CFH。采用双回路设计采集单元。外界磁场会影响Rogowski空心线圈，干扰噪声和环境温度也会影响高压侧一次转换电路，应用电磁屏蔽后系统设计更加的合理，能通过温度补偿来提高互感器精度。激光供电向高压侧工作提供电源支撑，激光电源位于集控室，激光是高能激光，采集单元通过光纤收集光电，并转化为直流电源。此外一次电能也可经由取能线圈采集，并在滤波整流后提供直流电源。

2　数字化电气信息采集在继电保护中的应用

高压侧经过编码后的信号由光纤进入低压侧合并单元需经过绝缘柱，高压侧的多路信号被合并单元并行接收、检验，确保数据有效性的同时还提高了接收效率。如果接入合并单元的各电子互感器不符合变电站数据输出要求或采样频率不一致，可通过重采调整采样频率。受电子式互感器的数据传送和信号变换的影响，信息采集会有一定的延时，且延时不尽相同，继而造成各采集单元间的相位差。为了消除各单元电流和电压之间、电流之间的相位差会进行相位补偿。GPS秒脉冲信号、精确主时钟均可产生同步信号，可采用双路对时脉冲。重采样的同步信号被合并单元接收后会同时分频后提供同步信号，各个电子互感器接受到这些同步信后会进行相应的采样操作，继而完成数字化电气信息的采集。

根据IEC61850-9-2LE格式对采样值进行编码，并传输到以太网上。为了提高供电的可靠性，低压侧通常会采用双电源。与有源电子式电流互感器类似，阻容分压型有源电子式电压互感器的信号处理单元同样可以组成电流电压组合式互感器ECVT。在实际的应用中，互感器的采集信号接入合并单元的组织形式不仅相同，可根据测控和保护配置需求进行调整，既可同一台互感器的多组采集单元信号接入多个合并单元，也可多台互感器的采集信号接入同一个合并单元。

3　影响继电保护可靠性的因素

3.1电子式互感器的因素

数字化电气信息采集系统会应用到大量的电子式互感器，而受环境、工艺水平、材料的影响，在实际挂网运行中有较高的故障率。比如高压侧电子电路和供电电源及空心线圈的抗电磁干扰能力较低，不适用强电磁场环境中。

3.2数字传输方式的因素

数字化电气信息采集的应用设计计算机、通信、电力等各个领域，很难完成完备的可靠性验证和高度的知识融合，极大地增加了数字传输方式在设计之初出现缺陷的几率，是后期继电保护出现不正确动作的主要原因。

3.3数据验证模式的因素

受到外界干扰因素影响后，互感器电子器件会发生数据畸变，而数据畸变不能通过校验码消除，继而导致继电保护装置接收到异常的判别，降低了继电保护的可靠性。

3.4配置冗余的因素

继电保护的安全性、可依赖性很难兼顾。例如想要提升可依赖性，需要重复配置愈保护系统，但愈重复的保护系统会增加保护装置误动作的几率。所以说，各环节配置冗余程度的选择较为重要，应从系统整体角度分析，认识落实防拒动、防误动的具体要求，在配置冗余度时应综合应用以下逻辑，比如“或”、“与”以及“三取二”。

结语

由于数据方式、合并单元、电子式互感器具有较高的安全性、稳定性、实时性、可靠性，数字化电气信息采集的应用能极大提升继电保护的保护，加强数字化继电保护的探讨和研究对变电站、电网的智能化、数字化发展具有重要意义，应有计划、有步骤地引入数字化继电保护。

参考文献

[1]何瑞文，谢琼香，蔡泽祥，等.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（02）：68-73.

[2]朱超.智能变电站网络采样中关键技术的研究[D].东南大学，2014.

[3]周和.智能变电站的设计及其应用[D].华北电力大学（北京），2011.

中图分类号：TM77

文献标识码：A