智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性分析

古海江

摘 要：電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要保證便是繼電保護，它對我國智能變電站的發(fā)展具有著重要意義。因此，本文是對我國智能變電站所面臨的問題進行主要探討，對智能變電站環(huán)境下的繼電保護進行分析，以希望可以為提高智能變電站的建造水平提供一些有益的借鑒。

關(guān)鍵詞：智能變電站：繼電保護：可靠性

智能變電站以其自愈性、安全性和經(jīng)濟性在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的推廣以及應用，除此之外，它還具有在交互性、兼容性和高效穩(wěn)定性等方面的優(yōu)點，電力技術(shù)的不斷發(fā)展過后，中國開始了智能變電站的建設。通過對電力市場改革的深入，電力環(huán)境發(fā)生了各種變化。保證電網(wǎng)安全運行可以通過自動化快速測量，有選擇地做出預防事故的措施來實現(xiàn)。隨著電力系統(tǒng)要求的提高，電力系統(tǒng)繼電保護的功能也在不斷的發(fā)展。一系列的科學步驟影響著繼電保護是否可以充分達到智能變電站發(fā)展的需求，以更高的穩(wěn)定性完繼電保護工作。

一、智能變電站繼電保護系統(tǒng)的組成

1、電子式互感器

電子式的互感器是智能變電站繼電保護系統(tǒng)中的重要組成部分，傳統(tǒng)的互感器一般為電磁結(jié)構(gòu)，電磁式互感器不能應對數(shù)字化的電氣量測系統(tǒng)發(fā)展。因此采用電子式的互感器，該種新型的電子互感器與傳統(tǒng)的互感器相比具有家較好的是故障檢測準確性，從性能上能夠提升是保護裝置的正確動作率，實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。從經(jīng)濟效果上分析，電子式互感器能夠利用光纜取代電纜，使得絕緣結(jié)構(gòu)更加的簡單化。從設備的發(fā)展性上進行分析，電子式的互感器能夠提供數(shù)字量的輸出，實現(xiàn)二次設備系統(tǒng)集成，促進變電站實現(xiàn)智能化[1]。

2、合并單元

在智能變電站中，采用合并單元對遠端模塊傳送來的三相電氣量進行合并和同步處理，并將處理后的數(shù)字信號按特定的格式提供給間隔層設備使用。從已投入運行的智能站反饋來看，線路縱差保護線路兩端數(shù)據(jù)采樣存在同步問題;母線差動保護從多個間隔獲取數(shù)據(jù)存在同步問題;變壓器差動保護從不同電壓等級的多個間隔獲取數(shù)據(jù)也存在同步問題。通常采用兩種方案解決合并單元數(shù)據(jù)同步采樣問題：①基于同步脈沖的同步采樣，即全站采用統(tǒng)一的GPS秒脈沖信號，但是秒脈沖丟失時存在隱患。②二次設備通過插值算法再采樣實現(xiàn)同步，該方案采樣率要求高，不依賴于GPS和秒脈沖傳輸系統(tǒng)，對硬件和軟件要求高，實現(xiàn)難度相對較大，但是更加穩(wěn)定。

3、交換機

交換機是智能變電站繼電保護系統(tǒng)中的核心部件，在繼電保護系統(tǒng)中，以交換機為核心設備的以太網(wǎng)能夠?qū)鹘y(tǒng)的保護系統(tǒng)代替，繼電保護裝置是變電站的大腦，交換機是智能變電站的中樞神經(jīng)。在數(shù)據(jù)傳輸環(huán)節(jié)中，交換機的主要功能夠建立在通信通道基礎上，實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀的交換。

4、智能終端

在電網(wǎng)電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會出現(xiàn)很多故障，為了實現(xiàn)故障檢修，需要引入d智能終端。智能終端的出現(xiàn)能夠?qū)ο到y(tǒng)斷路器設備內(nèi)部的電、磁、溫度、機械等狀態(tài)進行檢測。該種基于智能終端的檢測，其故障預防性能比較高，實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制。一般情況下，智能終端一方面能夠接收保護裝置傳來的跳合閘命令，另一方面也能夠?qū)嗦菲鞯膶崟r信息傳遞到站控層。

二、智能變電站繼電保護可靠性原理

第一，可靠度。可靠度表示元件與系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)，可以在有限時間完成的功率概率，目前已經(jīng)成為考核系統(tǒng)可靠性的重要指標。第二，平均失效時間。平均失效時間表示，在系統(tǒng)規(guī)定條件下，安定運行到下一次故障的平均時間。第三，可用性?？捎眯员硎鞠到y(tǒng)或其他設備，可以在規(guī)定時間內(nèi)完成所制定功能的操作，簡而言之，可用性主要表示系統(tǒng)進行修復所耗費的時間，表示系統(tǒng)具有的較高可靠性。通過以上3項指標，可以掌握繼電保護系統(tǒng)可靠性，進而有針對性地制定出防范措施。

三、智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性分析

1、變壓器配置保護

一般來說，變電站在進行配電的過程中往往需要限定電壓的額度，只有適合的電壓范圍才會促進電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，如果說電壓出現(xiàn)過載或者不足的情況就會對電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)造成影響。而調(diào)節(jié)電壓的功能是由變壓器系統(tǒng)來提供的。因此，變壓器系統(tǒng)可以說是整個變電站繼電保護系統(tǒng)中必須要重點保護的。如果說變壓器系統(tǒng)能夠正常運行的化，也就意味著整個繼電保護系統(tǒng)發(fā)揮了其應有的作用和功效。所以說智能變電站繼電保護系統(tǒng)為了保證變壓器系統(tǒng)的安全性，在配電保護的構(gòu)成中采用的是分布式配置，這樣就能夠分散變壓器系統(tǒng)的壓力，從而保護變壓器在電力調(diào)節(jié)的過程中不會承受過分的壓力而導致電壓超載或不足。而在后置裝備的繼電保護過程中則是采用的集中式配置手段，這樣就能夠以不同的手段來保證在配電過程中繼電保護系統(tǒng)的可靠性不會因為外界因素的影響而降低。

2、過流電限定保護

導致出現(xiàn)外部斷路，使電流發(fā)生超負荷現(xiàn)象主要是因為智能變電站在運行過程中時常遭到電流過載等一系列因素，能使外部發(fā)生故障導致跳閘的原因是，這種超負荷電流與其他電流大小存在較大差距。因此要在配置中利用過流電限定的方式，使變流電可以對產(chǎn)生的電流準確測量，如果一旦出現(xiàn)超負荷電流現(xiàn)象，可以及時向智能終端發(fā)出警報并由智能系統(tǒng)對其積極實施保護，進而有效提升繼電保護系統(tǒng)可靠性。

3、繼電保護系統(tǒng)的線路保護

線路保護裝置的主要功能是對電力系統(tǒng)進行保護，采用的保護方式是縱聯(lián)差動。線路保護裝置的保護方法采用集中式和后備式兩種，不論采用哪種保護方法，都可以在第一時間處理線路保護裝置中出現(xiàn)的問題，使各項功能可以正常安全運行。對線路保護裝置進行保護，可以對電力系統(tǒng)中各電壓間隔進行保護和控制，同時也可以實現(xiàn)測量、控制、保護、通信等其他功能。線路保護裝置同時也可以為其他裝置提供完善的配電線路保護方案，如變電站、發(fā)電廠等，這些保護裝置的存在，保證了電力系統(tǒng)的安全運行，配電保護功能更加具有可靠性。

四、提高智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性的措施

1、保證繼電保護工作的完成

提高智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性的主要方式之一便是在該環(huán)節(jié)中以最短時間完成跳閘系統(tǒng)性工作，同時強化智能變電站內(nèi)部部分電器設備的保護工作，如變壓設備以及輸電線路等，以此應對智能電網(wǎng)于實際運行過程中需要面臨的風險，盡可能減少智能電網(wǎng)受到的損失，使得電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的運行更為安全、穩(wěn)定以及可靠。但工作人員在實際工作中應注意如下內(nèi)容：工作人員需對該系統(tǒng)的基礎功能形成控制，且適當對該系統(tǒng)部分構(gòu)件、設備以及裝置進行精簡，如用以保護的裝置以及設備等。通常情況下，主保護定值的波動性相對較小，智能變電站處于實際工作中，其不可能出現(xiàn)較大的變化。故而，變電站可以更為安全、穩(wěn)定的工作。但智能變電站中所用的大部分設備均為一次設備。因此，在對其實施繼電保護時，設計人員應確保開關(guān)同硬件之間彼此獨立，并采取一定措施保護其獨立性，借此確保母線以及輸電線路可以正常運行。

2、保證間隔層中的繼電保護工作

在智能變電站的繼電保護系統(tǒng)中，要應用雙重化配置，如果配置后備保護系統(tǒng)，會實現(xiàn)后備設備的保護功能以及失靈的保護功能，對于相連線路和對端的母線也可以進行保護，基于后備設備電流，要正確判斷電網(wǎng)運行中出現(xiàn)的問題和故障，從而可以制定比較有效的防跳閘策略。對間隔層進行繼電保護，也可以實現(xiàn)電壓的等級集中配置，在繼電保護技術(shù)中適當?shù)倪M行調(diào)整，要根據(jù)電網(wǎng)運行的實際情況來進行調(diào)整。

3、增加系統(tǒng)冗余性

實際操作時，可以從以下兩方面做起：第一，以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)幫助并支持變電站自動化想，可以利用多種模式實現(xiàn)共同目標。第二，從網(wǎng)絡構(gòu)架需求分析。網(wǎng)絡構(gòu)架一般由3個網(wǎng)絡組成，主要目的是提高變電站繼電系統(tǒng)保護可靠性。一是總線結(jié)構(gòu)?？偩€結(jié)構(gòu)可利用交換機進行數(shù)據(jù)信息傳送，減少了接線，但是由于冗余度較差，在實際使用中，必須經(jīng)過長時間操作才能實現(xiàn)目的。二是環(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形結(jié)構(gòu)與總線結(jié)構(gòu)較類似，環(huán)路上任意一處均可提供不同冗余，將其與以太網(wǎng)聯(lián)合起來，可以形成管理交換機，具備了生成樹協(xié)議，此種操作還可以給機電系統(tǒng)運行提供物物理中斷冗余，可以將網(wǎng)絡重構(gòu)控制在一定操作范圍內(nèi)，收斂時間較長，一般難以完成相關(guān)任務，影響了系統(tǒng)重構(gòu)。三是星型結(jié)構(gòu)。星型結(jié)構(gòu)的主要特點就是等待時間較短暫，可以應用于導頻高要求的場合，沒有冗余，但是將其應用到交換機運行中會影響信息傳送，可靠性較低。所以給變電站選擇繼電保護系統(tǒng)網(wǎng)絡構(gòu)架時，必須結(jié)合實際情況進行分析，在詳細了解各自情況后，選擇合適的網(wǎng)絡架構(gòu)，提高繼電系統(tǒng)可靠性。

4、完善環(huán)形結(jié)構(gòu)在目前保護裝置中的融入

環(huán)形結(jié)構(gòu)的可靠性較高，將其融入到母線保護裝置中，具有較強的實際應用意義。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，環(huán)形母線的可靠性較低，其應用到母線保護中，不僅提高了智能變電站繼電保護系統(tǒng)的可靠性，也提升了內(nèi)部相關(guān)指標的性能，而且母線環(huán)形結(jié)構(gòu)不會對電氣元件造成較大損害，所以環(huán)形結(jié)構(gòu)在智能變電站繼電保護系統(tǒng)中的融入，已經(jīng)成為提高繼電保護可靠性的基礎。

結(jié)束語

總之，電能是民眾日常生活、工作、學習必不可少的能源之一。因此，繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性成為民眾關(guān)注的重點。智能變電站繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定運行同智能電網(wǎng)的運行息息相關(guān)。故而，電力企業(yè)應不斷提高繼電保護系統(tǒng)的可靠性，進而保證智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

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