數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性

吳盾

[摘 ?要]隨著社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，科學技術(shù)水平也不斷提高，在這樣的大前提下，變電站繼電保護系統(tǒng)建設(shè)也越來越趨向數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化，與傳統(tǒng)保護系統(tǒng)相比較，數(shù)字化的保護系統(tǒng)增加了許多新的元素，其穩(wěn)定可靠性也變得不那么明確?；诶^電保護系統(tǒng)在變電站中的重要作用，有必要針對其可靠性進行分析研究。

[關(guān)鍵詞]數(shù)字化;變電站;繼電保護系統(tǒng);可靠性

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）27-0133-01

智能電網(wǎng)隨著計算機技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)、自動化技術(shù)等多種現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展以及與電力技術(shù)的融合應(yīng)運而生，并且以其經(jīng)濟、安全、高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點奪得世界范圍的眼球，各界人士對其的認可和青睞自不必說。雖然數(shù)字化保護具有一系列常規(guī)繼電保護所沒有的優(yōu)點，但是因為其發(fā)展歷程較短，在可靠性方面自然有進一步改進和提高的空間。本文結(jié)合數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的實際情況，通過硬件及軟件的技術(shù)措施來提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性。

1 數(shù)字化繼電保護系統(tǒng)可靠性研究現(xiàn)狀

科學技術(shù)的飛快發(fā)展，使得可靠性技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。如今的精細化工、火箭發(fā)射、定位系統(tǒng)、電氣工程等領(lǐng)域中已離不開可靠性技術(shù)的支持。隨著電力系統(tǒng)的普及，繼電保護技術(shù)的要求也越來越高。繼電保護作為保障電力系統(tǒng)正常運行的第一道安全線，其可靠性的研究顯得十分重要。繼電保護技術(shù)的改良與升級，使得電力系統(tǒng)的發(fā)展開創(chuàng)了一個全新局面。通過建立科學的三維模型和分析繼電保護的技術(shù)要求，已成為當下一種評估繼電保護可靠性的重要方法，同時也促進了繼電保護方案的進一步完善。

近年來，國內(nèi)外大量優(yōu)秀學者在繼電保護方面進行了大量研究，其中包括繼電保護方案的可靠性和判斷其指標的正確方法，促進了繼電保護裝置在材料選取、元件構(gòu)造、系統(tǒng)傳動、檢測錯誤等方面的進一步發(fā)展。對于采取的研究方法，大部分學者選擇的是最普遍應(yīng)用的解析法，少數(shù)則是選擇了故障排除法和狀態(tài)空間法。其中，解析法不僅方便可行，準確度也是極高，其優(yōu)勢使研究順利進行，在解決復雜的物理概念，提高精度，計算電力系統(tǒng)的可靠性指標方面起到了關(guān)鍵性作用。

對于研究系統(tǒng)性能和構(gòu)件結(jié)構(gòu)方面，邏輯類方法顯得十分有優(yōu)勢，它具有簡明清晰的思路、邏輯性強大縝密，可以十分形象直觀的對故障問題進行嚴密的分析，得到準確的結(jié)果，效果非常理想。

根據(jù)目前國內(nèi)的研究現(xiàn)狀，電力系統(tǒng)繼電保護的可靠性獲得了不少可觀的科研成果。然而卻缺少了評估各項指標的通用標準，使得繼電保護裝置的選取仍是艱難。因此，在判斷指標的通用標準這一方面，仍需進行相關(guān)的學術(shù)研究，才能從本質(zhì)上促進繼電保護方案的進一步完善。

產(chǎn)品、系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性。在繼電保護系統(tǒng)中，最初常用的評價標準有正確動作率、平均壽命、平均無故障工作時間等，但這些指標無法預(yù)測和估計繼電保護可能具有的可靠性，而只能通過以往的數(shù)據(jù)來對系統(tǒng)可靠性進行一個大致的評價，因此，這些評價標準在繼電保護系統(tǒng)的安全建設(shè)有一定局限性?，F(xiàn)在，系統(tǒng)保護可靠性評估中最常用的方法有以下幾種，下面具體分析。

1.1 故障樹法

故障樹分析又稱事故樹分析，是安全系統(tǒng)工程中最重要的分析方法。事故樹分析從一個可能的事故開始，自上而下、一層層的尋找頂事件的直接原因和間接原因事件，直到基本原因事件，并用邏輯圖把這些事件之間的邏輯關(guān)系表達出來。1961年，美國貝爾電報公司的電話實驗室于開發(fā)，它采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預(yù)測性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。故障樹分析法也存在一些缺點。其中主要是構(gòu)造故障樹的多余量相當繁重，難度也較大，對分析人員的要求也較高，因而限制了它的推廣和普及。在構(gòu)造故障樹時要運用邏輯運算，在其未被一般分析人員充分掌握的情況下，很容易發(fā)生錯誤和失察。

目前故障樹法在電力系統(tǒng)中也有較為廣泛的應(yīng)用，如將其應(yīng)用于變電站通信系統(tǒng)的可靠性建模，并且可以對其進行定量分析和預(yù)測;或采用故障樹法構(gòu)建風險評價指標，然后運用集對分析理論，推導集對故障樹計算法則，并建立輸變電工程風險評估模型。

1.2 馬爾可夫狀態(tài)空間法

馬爾可夫過程是一類隨機過程。它的原始模型馬爾可夫鏈，由俄國數(shù)學家A.A.馬爾可夫于1907年提出。該過程具有如下特性：在已知目前狀態(tài) （現(xiàn)在）的條件下，它未來的演變（將來）不依賴于它以往的演變（過去）。因為馬爾可夫方程是以狀態(tài)空間圖為基礎(chǔ)，因此又可成為馬爾可夫狀態(tài)空間法。

電力系統(tǒng)大部分元件都是可以維修的，并且其壽命和維修時間都服從指數(shù)分布，所以在一個固定時間段內(nèi)，其故障的條件概率是一個常數(shù)，如此，便可用平穩(wěn)馬爾可夫過程來分析。

2 繼電保護硬件系統(tǒng)可靠性提高措施

與傳統(tǒng)繼電保護相比，數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)使用了電子式互感器、光纖、交換機等新設(shè)備新硬件，因此，可以從硬件系統(tǒng)方面提高繼電保護可靠性。

2.1 光纜施工工藝的優(yōu)化

數(shù)字化變電站選擇采用光纜連接各個裝置，光纜又是比較柔軟的材質(zhì)，若是出現(xiàn)光纜曲應(yīng)力較大的情況，就會造成數(shù)據(jù)傳輸故障，因此，為提高繼電保護系統(tǒng)可靠性，可以優(yōu)化光纜施工工藝。如按照規(guī)定將光纜放置在電纜槽盒內(nèi)部，并注意光纜彎曲度不能超過限值，另外，采用恰當?shù)姆椒ūＷo柔軟的光纖端部。

2.2 接地防護的采用

在電氣上使保護插件的箱體、插件、背板相互連接，構(gòu)成一個等電位體，采用專用接地線將其接到保護柜的專用接地端子，并且接地端子以一定截面的銅線接到專用接地網(wǎng)上，可以提高數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)裝置的抗干擾能力。

2.3 除濕防塵的加強

不僅是常規(guī)變電站繼電保護系統(tǒng)，數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)也會在工作狀態(tài)時常受到工作環(huán)境的影響，因此，為了保證數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性能，可以采用除濕、防塵等措施。如在安裝智能終端的匯控柜采取除濕、防塵、溫度控制等有效措施，通過對智能終端的溫度、濕度的控制，來保證繼電保護系統(tǒng)的正常工作。

3 繼電保護軟件系統(tǒng)可靠性提高措施

除了硬件系統(tǒng)的優(yōu)化，軟件系統(tǒng)也是繼電保護系統(tǒng)的重要部分。以下幾種軟件技術(shù)方法也是提高數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的有效措施。

3.1 保護算法的優(yōu)化

電子式互感器也是數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的重要組成部分之一，因此，提高其可靠性也有助于保護系統(tǒng)整體可靠性的提高。提高電子式互感器可靠性的方法有針對電子式互感器不飽和、線性度好、頻帶寬的特點，保護裝置可優(yōu)化相關(guān)算法。

3.2 差值補償校正的使用

在數(shù)據(jù)信息收集過程中，由于是異步收集，所以常常會出現(xiàn)頻譜遺失的現(xiàn)象，而這對這一現(xiàn)象，可在原有差值算法的基礎(chǔ)上，提出差值補償校正法，即采用加窗差值的頻譜對數(shù)字信息及初始信息進行評估，保證能夠恢復在數(shù)據(jù)傳輸過程中丟失的信息，從而避免因接受缺失了的數(shù)據(jù)信息而導致繼電保護系統(tǒng)的錯誤動作。

3.3 運算結(jié)果校核能力的提高

在系統(tǒng)的運算過程中，時常因為外界干擾而造成運算錯誤，針對這樣的情況，可以通過重復運算來校核。在第一次運算結(jié)束后，CPU重新運轉(zhuǎn)，利用原始數(shù)據(jù)再算一次，與第一次計算得到的結(jié)果作比較，若相同，則表示結(jié)果可信;若與第一次運算結(jié)果有差異，則CPU再重新計算一次，取三次中其中兩次相同的結(jié)果作為最后結(jié)果，如此，便可有效提高繼電保護系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 總結(jié)

總而言之，數(shù)字化變電站的建設(shè)越來越進步，對繼電保護系統(tǒng)可靠性的要求也越來越高，給繼電保護系統(tǒng)帶來的挑戰(zhàn)也是客觀存在的，因此，在開展實際工作的時候，一定要對數(shù)字化變電站繼電保護系統(tǒng)的構(gòu)成有一個清楚的認識，并結(jié)合實際情況，選擇適當?shù)乃惴?，以此提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻

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