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浅谈数字化变电站继电保护现场检验方法

  近年来国内数字化变电站的试点工作中,针对数字化变电站的现场调试,尚缺少相应的检验规范,目前还没有成熟的方案可借鉴。传统的保护装置规程非常重视回路正确性的检验,但微机型继电保护测试仪由于输出为电流电压的模拟量,不适用于数字化保护回路的检验。

目前可用的测试设备,只能对某些智能 IED 装置部分进行检验,不能连同合并单元和智能操作箱一起进行回路整体检验,更无法对像主变、母差等具有复杂二次回路的数字化保护进行有效检验,满足不了现场数字化变电站继电保护专业的维护和管理需要。

1 数字化变电站继电保护的检验特点

对于传统变电站中的微机保护装置( 或称综保装置) ,其信号采集、逻辑运算与判别、执行输出,均在一个综保装置中完成。试验人员通过传统的微机型继电保护测试仪模拟故障类型在特定点( 如保护屏电流电压试验端子) 上输入故障量进行整组联动试验,以确保完整的二次直流回路和部分二次交流回路的正确性。二次交流回路接线的整体正确性则通过一次通大电流来验证。而数字化变电站继电保护回路中,由于采样回路和执行回路均下放到过程层,各类智能 IED只是一个逻辑运算部分。过程层、间隔层相对距离很远,如果是主变回路,牵涉高低压部分,二次设备安装位置更加分散,按回路检验变得十分麻

烦。

对数字化变电站保护的检验目前有两类方法: 一种是利用传统测试仪 + MU 方式进行调试,利用传统测试仪做信号发生源,通过数据采集装置采集 测 试 仪 的 交 流 信 号,并 转 换 成 相 当 于ETA、ETV 的信号输出格式,送至合并单元; 另一种是全数字化测试,根据 IEC 61850 的通信标准设计开发出全新的数字化测试仪,能够输出数字化的交流信息和开入信息,同时能够接收符合标准的保护及开关智能单元的动作信息,并以此来控制、测试整个过程。

上述检验方法存在以下问题:

( 1) 现行保护检验方法只能实现对保护装置的单体检验,无法完成整个二次回路的整体检验;

( 2) 对主变差动等需要在不同地点同时输出数字量的保护检验,现有校验仪尚无可靠的检验方案可循;

( 3) 现有的保护测试仪无法完成保护的整组及联动开关试验。

2 110 kV 封周数字化变电站继电保护的检验

利用研制的测试用样机,通过无线同步的方法,以主从方式,在现场对 110 kV 封周数字化变电站的继电保护装置及其二次回路进行了检验,效果良好,该样机可模拟各种故障状态量。

无线同步检验法原理就是利用无线同步技术,通过主从设置,对放在不同的地点的装置实现数据同步( 见图 1) ,对于 110 kV 线路保护、主变保护、10 kV 线路保护、站用变保护等都能正确检验。现以主变保护为例,作一介绍。

试验装置包括 1 台控制端装置( M) 和 1 台小信号输出装置( S2) ( 原理示意见图 2) 。其中 M端为主控制端,内嵌操作平台,能以光流变接口协议的信号输出,接收跳闸出口信号。并通过 400MHz 频段无线连接的方式对 S2 端进行操作控制; S2 端为小信号输出端,其可以模拟小信号流变信号的输出,并能接受跳闸信号的输入。

检验主变保护回路时,装置 M 置于高压一次设备处,通过光缆向高压侧合并单元送出模拟光流变信号,装置 S2 置于低压一次设备处,通过电缆向低压侧合并单元送出小信号流变信号,在 M端检测通信状态正常后,按整定书要求对 M 和 S2进行相关的设置,即可对保护进行定值检验,并通过对智能操作箱的出口信号进行采集,来实现保护回路的闭环检验。检验的流程框图见图 3。

具体检验步骤:

( 1) 装置 M 端置于高压侧一次设备的接线柜前,利用 MU 到流变输出箱的光缆,连接到装置M 的光信号输出端子上,专用电缆连接到智能操作箱的出口回路上;

( 2) 装置 S2 端置于低压侧一次设备前,利用原有小信号采样线连接到装置 S2 的小信号输出端子上,S2 的开入信号电缆接至低压智能操作箱上;

( 3) 自动检测 M 端和 S2 端之间的通信状态,确认两台装置之间的无线通信正常,如不正常,则发出报警信号;

( 4) 在 M 上分别对 M 端和 S2 端的输出值进行设置,并设置同步触发时间,并通过无线通信发送指令到 S2 端;

( 5) S2 接收到 M 端的操作指令,按设置时间与 M 同步输出预先设置的值;

( 6) 主变保护装置接收到高低压侧的信号后,当达到动作值时,发出跳闸信号到智能操作箱;

( 7) M 端装置和 S2 端装置分别接收到高低压侧智能操作箱的跳闸信号,S2 端把接收到信号通过无线信号传输到 M 端;

( 8) M 端对接受的信号进行分析处理,终止检验过程。

3 结语

( 1) 利用无线通信技术,定义检验装置间的主从关系,实现数据同步,可以解决诸如主变保护( 其过程层不在同一地点) 的联动检验。

( 2) 传统的微机型继电保护测试仪,由于功率放大器( 源) 的限制,其电流电压输出值,有一定的上限,否则精度、热稳定等都无法保证。然而,现场综保装置由于整定需要,经常会碰到一些需要加比较大的电流量,如一些短线路,其速断定值可能有 70 ~ 80 A,只能通过将整定改小来进行测试。而数字化保护,由于输入量均为数字信号,如果是光信号输入,纯粹是一个数值; 如果是小信号输入,以 5 A 对应 150 mV,100 A 的整定值,仅为 3 V 模拟电压信号量,开发的 M/S2 数字化保护测试设备,完全可以满足要求。

采用 M/S2 数字化保护测试设备的检测二次回路范围也扩大了,可以检验非常规互感器至MU 这部分回路,也可以检验二次回路的其余部分。且设备轻巧,携带十分方便。

( 3) 在过程层 MU 和智能操作箱的输入与输出回路实施故障模拟和动作行为分析,以检验数字化保护整体回路功能( 包括智能 IED 整定和逻辑) 的正确性。

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