论文部分内容阅读
[摘 要]变电站在向信息化、自动化、数字化的趋势发展的过程中，需要对电气信息进行采集，而数字化电气信息采集系统的出现，直接影响了继电保护的可靠性。本文以数字化电气信息采集作为研究核心，先对数字化电气信息采集系统的结构进行了分析，然后对数字化电气信息采集给继电保护可靠性带来的影响展开了探讨，希望能够促进数字化信息采集在变电站继电保护工作中的进一步推广。
[关键词]数字化电气信息采集；继电保护；数据验证模式
中图分类号：S712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0254-01
引言
与传统的电气信息采集技术相比，数字化电气信息采集技术使继电保护系统的结构、运行模式和实现方式等方面都产生了翻天覆地的变化。数字化电气信息采集不仅能够将原先的继电保护装置在不同类型的设备中得到应用，还能够从继电保护当中将处于过程层位置的电子式互感器和智能断路器等设施分离出来。因此，研究数字化电气信息采集对继电保护可靠性的影响，有着非常重要的意义。
1 數字化电气信息采集系统的结构分析
在数字化电气信息采集系统的结构中，高压侧的工作电源使用的是激光供电的方式，集控室里面的激光电源可以提供高能激光，并经过光纤向采集单元中传输，再经过光电转换处理后为电源提供直流电。另外，数字化电气信息采集系统还能同时依靠取能线圈对采集到的一次电能进行整流和滤波。信号在经过编码之后会从高压侧利用绝缘柱和光纤传达到低压侧的合并单元。合并单元会对多个线路中采集到的信号并行接收，并对电流数据的有效性加以检验。当接入到合并单元中的各个电子互感器所表现出的采样频率无法满足变电站对数据输出规定的要求时，应在重采样环节对采样频率加以调整。
电子式互感器在进行信号变换或者数据传送时，经常会出现信息采集的延时状况，而且每个参与采集的单元存在的滞后时间也各不相同，这就导致各个采集单元之间存在一定的相位差。这就需要通过相位补偿环节来消除各个单元的电流之间产生的相位差。同步信号可以使用GPS秒脉冲信号来发出，也可以利用精确的主时钟来发出，且一般都是双路对时形态的脉冲。当合并单元掉重采样处理后的同步信号进行接收时，在分频完成之后会为同步信号提供控制每种电子互感器的采样数据[1]。采样值应该参照IEC61850-9-2LE的格式来进行编码，并利用以太网来实现信号的传输。低压侧的一端可以设计双电源的形式来增强供电的可靠性，也可以将电流与电压组合成互感器ECVT的形式。
2.数字化电气信息采集对继电保护可靠性的影响
2.1 对数字传输方式的影响
在数字化电气信息采集系统中，信号的传输方式采用的是数字化的传输方式，这种传输方式不会发生二次电缆回路的极性出现绝缘、接地或断线等状况，极大地简化了继电保护系统的定检工作，也极大地降低了因继电保护系统的运行和维护出现误碰、误接线等不良操作，从而降低了导致继电保护动作不正确的可能性。另外，由于继电保护系统在设计上会与通信、计算机、电力、等众多学科的内容，很难使各个学科的知识得到高度地融合与完善，因此，在当前数字化电气信息采集在变电站中初期应用的阶段，继电保护系统在设计上存在的缺陷将会是影响继电保护可靠性的一个主要因素，这就需要相关的技术人员对数字化电气信息采集给数字传输方式的影响产生更深入地研究。
2.2 对数据验证模式的影响
在数字化电气信息采集系统中，合并单元使用的是32位的循环冗余校验码，并用这个32位的循环冗余校验码来实现对采样数据的校验工作，从而使继电保护装置能够根据校验码来对采样数据的有效性加以判别。如果继电保护装置所收到的校验码无法提供正确的数据，那么继电保护装置就会直接判断出互感器或通道发生了异常，从而自动采取闭锁保护的措施，这对于继电保护系统可靠性的提高是非常有利的。但是，对于那些因互感器中的电子器件遭到外界因素干扰而引起的数据畸变，数字化电气信息采集所得到的校验码是无法发挥作用的，但数字化变电站使用的数据共享模式却能够为这种异常判别状况提供相应的解决方案。
2.3 对采样频率的影响
目前，继电保护系统在正常情况下的采样频率为每工频周期需进行24次、48次或96次等次数的采样，而这些次数均为2的整数倍，这也形成了继电保护采样频率的专有算法。而在利用数字化电气信息采集时，合并单元的采样频率是每工频周期80次或200次，这个采样频率与继电保护装置的采样频率是完全不同的，而且也不能凭借简单的抽点方式来进行转换操作，它需要通过插值的方式来对采样频率加以转换[2]。这就说明，不管是将高采样频率下所得到的采样数据转换成低采样频率下所得的采样数据，还是将低采样频率下所得的采样数据转换成高采样频率下所得的采样数据，都必须通过滤除高采样频率中所得的采样数据里面的高频分量，这就要求设计出一个能同时满足采样精度和采样频率要求的低通滤波器。例如，采样人员可以在签订协议标准或在保护算法的过程中将合并单元与保护算法的采样频率调成一致，这样就能避免在转换过程中产生的误差或延时，从而提高数据采集工作的精度和继电保护系统的可靠性
2.4 对配置冗余度的影响
双重化配置是在数字化电气信息采集技术中提出的一个新的策略，它能够有效地解决继电保护设备的硬件或软件在运行过程中出现的障碍。实施双重化配置的技术难点主要在于继电保护系统中的双回路需要在高度协调的情况下工作。采集单元里面的双A/D设计与合并单元的双重化配置，以及两个彼此独立却又同步的数据源，都能够对保护拒动问题加以解决。继电保护系统的可靠性主要体现在其具有的可依赖性以及安全性存在相互矛盾的关系。继电保护系统的配置在设计上越重复，就越能够确保继电保护工作的可依赖性，但这必然会使继电保护装置出现误动作的概率增大。因此，技术人员在使用数字化电气信息采集技术对继电保护系统进行双重化配置的设计时，必须要从系统的整体性出发，对系统中的各个环节的配置进行分析，寻找最为合理的冗余程度，并结合从继电保护系统在实际工作中对防误动、防拒动提出的具体需要，考虑应选择“或”、“与”、“三取二”中的哪一种输出逻辑能够使冗余配置最为合理，从而提高继电保护的可靠性[3]。
总结
综上所述，数字化电气信息采集的使用，对继电保护系统的可靠性产生了非常深远的影响。数字化电气信息采集能够在数字传输方式、数据验证模式、采样频率和配置冗余度这四个方面影响继电保护系统的可靠性，从而直接影响到继电保护系统的工作质量及效率。因此，技术人员应当对数字化电气信息采集技术展开更为深入的研究，使数字化电气信息采集能够更好地服务于继电保护工作。
参考文献
[1] 刘凯里.数字化变电站继电保护优化配置研究[D].华南理工大学，2013.
[2] 笃峻，叶翔，葛立青，杨贵，周奕帆.智能变电站继电保护在线运维系统关键技术的研究及实现[J].电力自动化设备，2016，36（07）：163-168+175.
[3] 苏宗昱.本溪市110kV数字化变电站继电保护配置研究[D].华北电力大学，2014.
[关键词]数字化电气信息采集；继电保护；数据验证模式
中图分类号：S712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0254-01
引言
与传统的电气信息采集技术相比，数字化电气信息采集技术使继电保护系统的结构、运行模式和实现方式等方面都产生了翻天覆地的变化。数字化电气信息采集不仅能够将原先的继电保护装置在不同类型的设备中得到应用，还能够从继电保护当中将处于过程层位置的电子式互感器和智能断路器等设施分离出来。因此，研究数字化电气信息采集对继电保护可靠性的影响，有着非常重要的意义。
1 數字化电气信息采集系统的结构分析
在数字化电气信息采集系统的结构中，高压侧的工作电源使用的是激光供电的方式，集控室里面的激光电源可以提供高能激光，并经过光纤向采集单元中传输，再经过光电转换处理后为电源提供直流电。另外，数字化电气信息采集系统还能同时依靠取能线圈对采集到的一次电能进行整流和滤波。信号在经过编码之后会从高压侧利用绝缘柱和光纤传达到低压侧的合并单元。合并单元会对多个线路中采集到的信号并行接收，并对电流数据的有效性加以检验。当接入到合并单元中的各个电子互感器所表现出的采样频率无法满足变电站对数据输出规定的要求时，应在重采样环节对采样频率加以调整。
电子式互感器在进行信号变换或者数据传送时，经常会出现信息采集的延时状况，而且每个参与采集的单元存在的滞后时间也各不相同，这就导致各个采集单元之间存在一定的相位差。这就需要通过相位补偿环节来消除各个单元的电流之间产生的相位差。同步信号可以使用GPS秒脉冲信号来发出，也可以利用精确的主时钟来发出，且一般都是双路对时形态的脉冲。当合并单元掉重采样处理后的同步信号进行接收时，在分频完成之后会为同步信号提供控制每种电子互感器的采样数据[1]。采样值应该参照IEC61850-9-2LE的格式来进行编码，并利用以太网来实现信号的传输。低压侧的一端可以设计双电源的形式来增强供电的可靠性，也可以将电流与电压组合成互感器ECVT的形式。
2.数字化电气信息采集对继电保护可靠性的影响
2.1 对数字传输方式的影响
在数字化电气信息采集系统中，信号的传输方式采用的是数字化的传输方式，这种传输方式不会发生二次电缆回路的极性出现绝缘、接地或断线等状况，极大地简化了继电保护系统的定检工作，也极大地降低了因继电保护系统的运行和维护出现误碰、误接线等不良操作，从而降低了导致继电保护动作不正确的可能性。另外，由于继电保护系统在设计上会与通信、计算机、电力、等众多学科的内容，很难使各个学科的知识得到高度地融合与完善，因此，在当前数字化电气信息采集在变电站中初期应用的阶段，继电保护系统在设计上存在的缺陷将会是影响继电保护可靠性的一个主要因素，这就需要相关的技术人员对数字化电气信息采集给数字传输方式的影响产生更深入地研究。
2.2 对数据验证模式的影响
在数字化电气信息采集系统中，合并单元使用的是32位的循环冗余校验码，并用这个32位的循环冗余校验码来实现对采样数据的校验工作，从而使继电保护装置能够根据校验码来对采样数据的有效性加以判别。如果继电保护装置所收到的校验码无法提供正确的数据，那么继电保护装置就会直接判断出互感器或通道发生了异常，从而自动采取闭锁保护的措施，这对于继电保护系统可靠性的提高是非常有利的。但是，对于那些因互感器中的电子器件遭到外界因素干扰而引起的数据畸变，数字化电气信息采集所得到的校验码是无法发挥作用的，但数字化变电站使用的数据共享模式却能够为这种异常判别状况提供相应的解决方案。
2.3 对采样频率的影响
目前，继电保护系统在正常情况下的采样频率为每工频周期需进行24次、48次或96次等次数的采样，而这些次数均为2的整数倍，这也形成了继电保护采样频率的专有算法。而在利用数字化电气信息采集时，合并单元的采样频率是每工频周期80次或200次，这个采样频率与继电保护装置的采样频率是完全不同的，而且也不能凭借简单的抽点方式来进行转换操作，它需要通过插值的方式来对采样频率加以转换[2]。这就说明，不管是将高采样频率下所得到的采样数据转换成低采样频率下所得的采样数据，还是将低采样频率下所得的采样数据转换成高采样频率下所得的采样数据，都必须通过滤除高采样频率中所得的采样数据里面的高频分量，这就要求设计出一个能同时满足采样精度和采样频率要求的低通滤波器。例如，采样人员可以在签订协议标准或在保护算法的过程中将合并单元与保护算法的采样频率调成一致，这样就能避免在转换过程中产生的误差或延时，从而提高数据采集工作的精度和继电保护系统的可靠性
2.4 对配置冗余度的影响
双重化配置是在数字化电气信息采集技术中提出的一个新的策略，它能够有效地解决继电保护设备的硬件或软件在运行过程中出现的障碍。实施双重化配置的技术难点主要在于继电保护系统中的双回路需要在高度协调的情况下工作。采集单元里面的双A/D设计与合并单元的双重化配置，以及两个彼此独立却又同步的数据源，都能够对保护拒动问题加以解决。继电保护系统的可靠性主要体现在其具有的可依赖性以及安全性存在相互矛盾的关系。继电保护系统的配置在设计上越重复，就越能够确保继电保护工作的可依赖性，但这必然会使继电保护装置出现误动作的概率增大。因此，技术人员在使用数字化电气信息采集技术对继电保护系统进行双重化配置的设计时，必须要从系统的整体性出发，对系统中的各个环节的配置进行分析，寻找最为合理的冗余程度，并结合从继电保护系统在实际工作中对防误动、防拒动提出的具体需要，考虑应选择“或”、“与”、“三取二”中的哪一种输出逻辑能够使冗余配置最为合理，从而提高继电保护的可靠性[3]。
总结
综上所述，数字化电气信息采集的使用，对继电保护系统的可靠性产生了非常深远的影响。数字化电气信息采集能够在数字传输方式、数据验证模式、采样频率和配置冗余度这四个方面影响继电保护系统的可靠性，从而直接影响到继电保护系统的工作质量及效率。因此，技术人员应当对数字化电气信息采集技术展开更为深入的研究，使数字化电气信息采集能够更好地服务于继电保护工作。
参考文献
[1] 刘凯里.数字化变电站继电保护优化配置研究[D].华南理工大学，2013.
[2] 笃峻，叶翔，葛立青，杨贵，周奕帆.智能变电站继电保护在线运维系统关键技术的研究及实现[J].电力自动化设备，2016，36（07）：163-168+175.
[3] 苏宗昱.本溪市110kV数字化变电站继电保护配置研究[D].华北电力大学，2014.