智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性分析

萬(wàn)林豪

文章編號(hào)：2095-6835（2016）13-0126-02

摘 要：介紹了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及元件組成，分析了影響智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的各種因素，準(zhǔn)確地評(píng)估了智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，并從繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和元件組成兩方面入手找出了繼電保護(hù)中存在的不足，以提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。這給進(jìn)一步研究智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的優(yōu)化提供了重要理論，對(duì)供電企業(yè)進(jìn)一步推進(jìn)變電站智能化具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：智能變電站；繼電保護(hù)；可靠性；跳閘方式

中圖分類號(hào)：TM76；TM77 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.126

為了解決電力資源分布不均勻的問題，促進(jìn)電能向節(jié)能環(huán)保的發(fā)展，加快電力系統(tǒng)的改革與發(fā)展，我國(guó)計(jì)劃于2020年前完成智能電網(wǎng)的全面建設(shè)。智能電網(wǎng)是在原有的電網(wǎng)基礎(chǔ)上利用信息、通信及計(jì)算機(jī)技術(shù)集成的新型智能化電網(wǎng)，相比原有電網(wǎng)能實(shí)現(xiàn)電能運(yùn)輸、管控的一體化和自動(dòng)化，具有安全、節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)點(diǎn)。智能變電站的建設(shè)是構(gòu)建智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)，智能變電站是在結(jié)合電子網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的以太網(wǎng)數(shù)字化變電站的基礎(chǔ)上加強(qiáng)自動(dòng)化、智能化管控的變電站。

繼電保護(hù)是保障智能變電站得以高效運(yùn)行的關(guān)鍵。在智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)變電站原有的設(shè)備連接電纜由光纖取代，分成變電站層和過(guò)程層。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及元件組成影響著智能化電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，因此對(duì)智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的可靠性評(píng)估關(guān)系著智能電網(wǎng)的全面建設(shè)。本文主要對(duì)對(duì)智能變電站繼電保護(hù)的可靠性評(píng)估及優(yōu)化進(jìn)行研究。

1 智能變電站及其繼電保護(hù)

1.1 智能變電站

智能變電站是在運(yùn)用電子通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的二次系統(tǒng)的基礎(chǔ)上集成信息測(cè)量、采集及控制的應(yīng)用模式，以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化控管。智能變電站的主要特征在于數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集模式、網(wǎng)絡(luò)化的信息交互模式、集成化的信息應(yīng)用和狀態(tài)化的設(shè)備檢修。

與傳統(tǒng)變電站的常規(guī)互感器相比，智能變電站使用了新的電子式互感器，利用高速以太網(wǎng)對(duì)電壓、電流的模擬數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集和傳輸，使用智能斷路器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化。

1.2 智能變電站繼電保護(hù)

基于IEC61850協(xié)議的智能變電站繼電保護(hù)與傳統(tǒng)的站控層和間隔層結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)不同，主要分為過(guò)程層和間隔層。智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要元件為交換機(jī)、合并單元、網(wǎng)絡(luò)接口、智能終端、電子互感器、同步時(shí)鐘源等。智能變電站可將采集的信息匯總并傳遞至繼電保護(hù)裝置。繼電保護(hù)系統(tǒng)接收命令后進(jìn)行斷路器的跳合闡，并反饋信息。

2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性分析

可靠性是通過(guò)計(jì)算系統(tǒng)及元件在特定的環(huán)境、時(shí)間及條件下正常運(yùn)作的概率來(lái)反映系統(tǒng)及其元件的完整程度的指標(biāo)。系統(tǒng)能否進(jìn)行修復(fù)對(duì)其可靠性的影響較大，因此，在分析智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性時(shí)，應(yīng)考慮到智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)屬于可修復(fù)系統(tǒng)。繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其元件組成是影響繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的兩大因素。下面我們對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及元件組成進(jìn)行分析。

2.1 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

220 kV 智能變電站按SV和GOOSE的傳輸是否共網(wǎng)等不同的采樣、跳閘方式分為以下幾種不同的繼電保護(hù)系統(tǒng)典型結(jié)構(gòu)：①直采直跳。繼電保護(hù)設(shè)備采用光纖直連采樣和跳閘，僅存在部分支路。②網(wǎng)采直跳。SV和GOOSE獨(dú)立組網(wǎng)或共網(wǎng)。③直采網(wǎng)跳。繼電保護(hù)設(shè)備直接采樣，利用GOOSE網(wǎng)絡(luò)跳閘。④網(wǎng)采網(wǎng)跳。繼電保護(hù)系統(tǒng)的采樣、跳閘均通過(guò)SV和GOOSE單獨(dú)或共網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)是智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)系統(tǒng)需要通過(guò)過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息的采集和斷路器的控制。GOOSE報(bào)文及采樣值SV報(bào)文能確保繼電保護(hù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)作。

2.2 智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的元件

智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的主要元件為交換機(jī)、合并單元、網(wǎng)絡(luò)接口、智能終端、電子互感器、同步時(shí)鐘源等。

與傳統(tǒng)的電磁互感器相比，電子式互感器具有無(wú)磁飽和、測(cè)量準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)、小巧輕便、數(shù)字化、安全等諸多優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)傳感頭電源的不同，電子式互感器可分為有源型和無(wú)源型。

合并單元能夠?qū)崿F(xiàn)過(guò)程層采樣傳輸，通過(guò)接收時(shí)間標(biāo)記電子式互感器傳輸?shù)牟蓸有畔ⅲ瑢?shù)據(jù)傳送到繼電保護(hù)設(shè)備。合并單元無(wú)需傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置之間復(fù)雜的接線工作，節(jié)約了成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

交換機(jī)作為智能以太網(wǎng)絡(luò)的重要節(jié)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)幀的交換。隨著交換技術(shù)的不斷發(fā)展，信息流傳遞速度逐漸加快。當(dāng)前使用的虛擬局域網(wǎng)（VLAN）通過(guò)劃分智能單元，大大提高了通信效率。此外，對(duì)交換機(jī)的環(huán)路進(jìn)行邏輯通斷端口設(shè)置后，智能電網(wǎng)的運(yùn)行更加穩(wěn)定。

智能終端可以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器的實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過(guò)收集設(shè)備內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)檢測(cè)斷路器的運(yùn)行情況。對(duì)斷路器進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)檢修，能夠預(yù)防并及時(shí)解決設(shè)備出現(xiàn)的問題及故障。智能終端既可以接受控制斷路器開斷的命令，也可以反饋斷路器的運(yùn)行情況。

同步時(shí)鐘用于保證智能電網(wǎng)信號(hào)采集和傳輸?shù)慕y(tǒng)一時(shí)序，確保智能電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和準(zhǔn)確性。同步時(shí)鐘能夠?yàn)殡娋W(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集和傳輸記錄正確的順序，以保證后續(xù)操作的準(zhǔn)確性。目前，同步時(shí)鐘源主要使用GPS（全球定位系統(tǒng)）。變電站內(nèi)的對(duì)時(shí)裝置接收GPS的時(shí)間信號(hào)發(fā)出同步脈沖，所有裝置接收并解出同步計(jì)時(shí)點(diǎn)并校正。

3 提高繼電保護(hù)系統(tǒng)可靠性的方法

要想提高智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性，就要從繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及設(shè)備組成這兩方面進(jìn)行優(yōu)化。

優(yōu)化繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要做到以下幾點(diǎn)：①根據(jù)具體情況建立合適的繼電保護(hù)系統(tǒng)模式。對(duì)于智能站的間隔型保護(hù)，可以采用直采直跳的模式；對(duì)于多間隔型保護(hù)，應(yīng)采用SV和 GOOSE 共網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)采網(wǎng)跳模式。②在電壓限定延時(shí)的條件下測(cè)量電流量，以確保電流過(guò)負(fù)荷時(shí)能及時(shí)發(fā)出警報(bào)，提高繼電保護(hù)的可靠性。③對(duì)繼電保護(hù)的站控層和間隔層進(jìn)行雙重保護(hù)，除了依靠斷路器的自動(dòng)開斷外，還要啟動(dòng)后備保護(hù)系統(tǒng)，防止開關(guān)失靈。針對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的情況優(yōu)化運(yùn)行方案，提高智能變電站繼電保護(hù)的可靠性。④利用可視化技術(shù)對(duì)智能變電站的故障信息進(jìn)行可視化處理。這樣有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理故障。

優(yōu)化繼電保護(hù)的設(shè)備組成包括以下三方面的內(nèi)容：①對(duì)系統(tǒng)的斷電器、母線、輸電線路和變壓器等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，從而降低系統(tǒng)運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。②優(yōu)化繼電保護(hù)的變壓器配置，防止電壓過(guò)高或過(guò)低影響電網(wǎng)運(yùn)行；保證變壓器實(shí)現(xiàn)有效的差動(dòng)繼電保護(hù)并接通斷路器進(jìn)行繼電保護(hù)。③加強(qiáng)電網(wǎng)的線路保護(hù)工作。對(duì)線路進(jìn)行集中式和后備式保護(hù)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以提高光纜的穩(wěn)定性，降低電子干擾。

4 結(jié)束語(yǔ)

在智能電網(wǎng)全面建設(shè)的過(guò)程中，智能變電站繼電保護(hù)系統(tǒng)的可靠性研究顯得尤為重要。而提高智能變電站繼電保護(hù)可靠性的方法有許多，因此，應(yīng)該結(jié)合變電站的實(shí)際情況及需要，采取合適的方法來(lái)確保智能電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕