双套母差保护在变电站的应用

高宜鸣

【摘 要】母差保护是确保电网安全稳定运行的重要技术手段之一。本文针对变电站中母差保护的应用进行了分析，主要的内容包括数据采样与接入方案的设计、应用。在数据采样方面，阐述了两种采样模式的特点并进行了对比，指出了较为适合的变电站电压等级;在接入方案方面，通过对两种接入方式的对比指出了各自适合的应用场合。

【关键词】变电站;双套母差保护;数据采样;接入方案

随着经济的快速发展，传统的电网已经不能很好地满足经济发展的需求了。因此，电网向着智能化的方向不断发展。当前，变电站的技术含量不断提高，结构也变得更加的复杂，功能更加齐全，这些都导致了继电保护在变电站中变得更加重要，尤其是在母差保护方面，为变电站的运行与管理都带来了非常深刻的影响，为电网的安全运行奠定了非常坚实的基础。

1 母差保护概述

继电保护工作对整个电网的安全稳定运行有着非常重要的影响，母差保护是其中非常重要的组成部分，也对电网的安全稳定运行有着一定的影响[1]。母差保护全称为母线差动保护，主要的作用是对变电站母线进行保护。一旦变电站母线出现短路故障，母差保护能够迅速切除故障部分，避免事故的范围进一步的扩大，从而对电气设备进行保护，避免其受到事故的损坏，确保电网运行能够安全与稳定。因此，母差保护在速动性、可靠性与选择性方面都具有较高的要求。传统的母差保护中主要包括电磁型母差保护与中阻抗型快速母差保护，这些类型的母差保護中存在一定的问题与不足。当前，随着经济的发展与技术的进步，母差保护的自适应能力不断增强、速度不断加快、动作更加可靠、自检能力不断上升。

2 变电站中母差保护的采样模式分析

变电站中的母线保护装置会以一定的间隔对采用数据进行发送，数据发送的同步性对差动保护计算有着非常重要的影响，只有实现采样同步才能够更好地实现变电站母线保护。变电站中的母线保护通过光纤以太网对间隔数据进行接收，数量较大的数据在进行传输与处理的过程中会给网络传输速率与CPU处理能力带来一定的挑战[2]。

2.1 母线保护采样模式的类型

按照采样值处理模式进行划分，变电站母差应用方案主要包括两种类型，一种是点对点采样模式，一种是网络采样模式。

点对点采样模式主要的同步方式包括三种，分别为插值同步、光纤B码同步、光纤秒脉冲同步。点对点采样模式在对采样数据进行处理的特点为实现点对点的接入，光纤接口与间隔数据之间是一对一相互对应的。

网络采样模式主要的同步方式同样也是三种，分别为1588时钟同步、光纤B码同步、光纤秒脉冲同步。网络采样模式在对采样数据进行处理的特点为实现交换机网络接口接入，一个光纤接口可以同时对应多个间隔数据。

2.2 两种采样模式对比分析

2.2.1 同步方式方面的对比

从同步方式方面进行对比，点对点采样模式中所采用的同步方式可靠性更高。点对点采样模式能够采用插值同步方式，需要对外部时钟进行依赖;而网络采样模式由于交换机在传输的数据过大时不能够确保传输延时的固定性，不能够采用插值同步方式，需要依赖外部时钟[3]。

2.2.2 采用数据处理方面的对比

从采用数据处理方面进行对比，点对点采样模式中所采用的是光纤点对点的直接连接，在数据传输的过程中具有较高的可靠性。网络采样模式的数据传输依赖于交换接传输，如果母差同时与多个间隔时间进行连接，就需要多个光纤接口连接交换机。

2.2.3 数据共享性方面的对比

从数据共享性方面进行对比，点对点采样模式中所采用的连接方式为光纤直接连接，采样数据是不能够进行共享的;网络采样模式则能够通过网络实现采用数据的共享，比较符合当代变电站发展过程中提出的数据网络化、共享化的要求。

2.2.4 工程应用方面的对比

从工程应用方面进行对比，交换机在进行数据传输的过程中传输延时并不固定，在传输的采样数据数量较大时，各间隔交流采样数据经交换接传输到母线保护时间不一致，在同步的过程中只能够选择外部时钟同步方式。此外，如果交换机在工作中的过程中面临着较重的负荷，传输数据延时将可能出现较大的情况，影响母线保护动作时间。因此，点对点采样方式适用于220kV以上的变电站与接线规模较大的110kV以上的变电站母线保护;网络采样方式适用于接线规模较小的110kV以上的变电站及110kV以下的变电站母线保护。

3 变电站母差保护的接入方案分析

变电站母差保护的接入方案主要包括两种，一种是集中式母差保护接入方案，一种是分布式母差保护接入方案。

3.1 集中式母差保护接入方案

集中式母差保护所采用的是单台的母差主机，主要实现的功能包括母差保护交流采样、母差保护开入开出、母差保护运算、母差保护站控层通讯等。集中式的接入方案能够为母差保护的维护与管理提供便利，但是接入多间隔保护装置运算压力比较大。集中式接入方案主要适用于110kV及以上电压等级变电站，一般情况下母差保护接入间隔数≤24，在接入的过程中需要配备独立的合并单元与智能终端，同时合并单元需要在中控室实现集中组屏。

3.2 分布式母差保护接入方案

分布式母差保护包括两种典型应用，第一种典型应用为所采用的是单台母差主机+多台母差子机，通过单台母差主机与多台母差子机的结合共同对母线进行保护。其中，母差主机主要实现的功能包括保护运算功能、站控层通讯功能等，母差子机主要实现的功能包括交流采样功能、开入开出功能等，母差主机与母差子机自检通过光纤通讯的方式完成数据的交互。分布式母差保护能够有效地降低母差主机在交流采样中所面临的压力，实现母差保护接入能力的提升，为保护装置就地分布布置提供便利。分布式母差保护主要适用于35kV及以下电压等级变电站，母差保护接入间隔数一般情况下是大于24的。在间隔中不需要进行独立合并单元与智能终端的配置，主要是利用四合一保护装置且装置放置的位置为开关柜接地处。互感器可以配置传统的互感器，在输出的过程中需要将交流量转化为数字量。

分布式母差保护的第二种典型应用为单台母差保护主机+多台传统母差子机。这种方式在传统的变电站改造过程中较为常用。在变电站的改造过程中，需要通过间隔传统交流采样与开出开入的接入，并实现数字化采样转换，将转换的结果提供给主机。

4 总结

本文主要分析了双套母差保护在变电站的应用，探讨了母差保护数据采样与接入方案。当前，双套母差保护在变电站的应用中依旧存在着大量的问题需要解决，在以后的研究中要更加全面地进行阐述。智能化已经成为了变电站未来发展的主要趋势，为我国“智能电网”的实现奠定了非常坚实的基础。

【参考文献】

[1]张春合，陆征军，李九虎，李洪卫，严伟.基于IEC61850变电站通信网络业务调度技术研究与仿真实现[J].电力自动化设备，2011，06（15）：122-125.

[2]刘辉，潘永旗，刘旭.基于多Agent的分布式母线保护在数字化变电站中的应用研究[J].电力自动化设备，2012，11（16）：85-86.

[3]梅卫红，金谷满，梁金山.110kV智能变电站主变保护配置的研究和高后备保护逻辑的仿真[J].浙江水利水电专科学校学报，2012，01（10）：47-50.

[责任编辑：张涛]