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摘要：单相接地故障是电力系统一直未能很好解决的问题，各种单相接地保护原理层出不穷，但是每种方法都有各自的缺陷。而智能变电站技术的发展为单相接地故障在保护方面的研究提供了新思路。智能变电站是变电站自动化系统的发展方向，智能变电站最大的特点是实现了全站信息的共享，为新的单相接地保护原理提供了数据支撑。
关键词：单相接地；IEC 61850；网络保护；过程层同步采样；GOOSE
1煤矿智能变电站网络架构
煤矿智能供电系统按照国家电网公司《智能变电站技术导则》由站控层、间隔层和过程层3层，站控层一间隔层的环网和间隔层一过程层的星型网络2级网络构成。从功能上说，煤矿智能供电系统由区域集中控制中心及多个地面和井下智能变电站组成。区域集控式煤矿智能供电系统中，各智能变电站均采取2层架构，即间隔层和过程层，并且各站能够不依赖于区域集控中心独立完成数据的采集、测量，实现控制和保护的功能。地面智能变电站间隔层有保护测控装置、电能监测分站、电度计量等装置；井下智能变电站间隔层配置集成保护测控装置完成保护、测量、控制及电能质量监测等功信息，做出决策后再由通信系统将控制命令下达到智能终端设备，由其执行决策命令。
2关键技术
2．1过程层同步采样技术
电力系统是一个实时平衡的动态系统，无时无刻负荷量不在发生着变化。传统的变电站自动化系统对同步对时的精度要求比较低，而在基于智能变电站IEC61850通信标准的网络保护采用“网采网跳”的方式，这就对同步对时提出了更高的要求。智能变电站过程层合并单元采样如图1。
图1 过程层合并单元采样图
依据IEC 61850国际标准工程化实施技术规范中规定：用于事件时标的时钟其同步精确度左右不能大于1ms。因此，要实现变电站系统的智能化，首先必须保证全站各智能设备处于同一时钟下，即时钟同步。为此将以太网作为基础，把基于全站唯一总线网络的IEEE 1588同步系统技术应用于煤矿智能变电站的建设中，以完成网络时间同步协议的实现方案，并进行冗余配置，目前，IEEE 1588是智能变电站时钟同步系统的第一选择，其精度达到了100。
2.2 GOOSE传输延时分析
GOOSE技术是智能变电站发展的核心技术，它有着快速、高效传输开关量以及控制信息的优点，它打破了传统以二次电缆作为通信介质的方式，取代了传统的硬接点，大大减少了二次系统的接线，各智能设备之间通过以太网相连，可选择作为订阅者／发布者在网上接收或者发布数据，实现数据信息共享。
GOOSE报文传输过程的延时包含有如下几部分：发送端延时Ta、网络传输延时Tb、接收端延时Tc，关系如下：
式中：Lb为网络流量报文长度；Lt为实时报文长度，一般均取值为64～1528Byte；为常数，=20Byte；8／100000000计算结果为8Byte在100M带宽以太网中传输时间。
煤矿智能供电系统中，以太网交换机为2台，则GOOSE报文在100Mps带宽以太网中，网络传输最大延时通过代入上述的式（2）可得Tb=381.52。
接收端延时Tc包括在缓冲区等待延时，及接收端对报文的接收解析延时。与发送端延时基本相同，也是决于装置的硬件性能及采取的网络优化处理方式，正常状态下不超过10。
综上所述，GOOSE报文传输的总延时为401.52。通过计算结果可知，在网络最不利情况下，GOOSE报文传输延时也未超过0．5ms，远远小于IEC 61850标准规定的1ms的网络传输延时。如果在此计算结果的基础上，进一步采取网络优化措施，并且使用高性能的以太网交换机，通信延时更将大大减小。
3单相接地网络保护逻辑
单相接地网络保护动作逻辑如图2。
图3 单相接地保护算法流程图
通过网络保护技术，可以在同一个智能隔爆开关中实现基于多信息融合的单相接地网络保护。单相接地保护由同一母线段上的所有馈线智能隔爆开关和进线智能隔爆开关协同完成。当煤矿井下发生单相接地故障后，各智能隔爆开关通过过程层网络共享所有支路的模拟量和开关量故障信息，每个智能高爆开关中有独立的单相接地保护算法，可以独立完成判断本支路是否发生故障，并决定是否需要动作于跳闸，保护具有良好的选择性、可靠性。当系统出现接地故障时，全系统会出现零序电压，因此，单相接地网络保护以零序电压作为启动判据，同时，还要甄别出由于电压互感器断线故障、铁磁谐振等导致的“虚幻接地”现象。
4结语
单相接地故障是配电网和煤矿供电系统中最常见的故障之一，伴随着智能变电站技术的深入发展，过程层数据共享为继电保护技术的发展提供新的思路、新方向。设计了煤矿智能供电系统网络架构并分析了基于此架构过程层同步采样技术并对GOOSE传输延时特性进行分析，设计了单相接地网络保护动作逻辑，简化了网络保护的复杂性，提高接地保护的选择性和可靠性。
论文作者:朱贤圣
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/9
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