智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性探究

喬焱

摘要：智能變電站保護調(diào)控實現(xiàn)了一體化功能，使得系統(tǒng)和系統(tǒng)間能夠互聯(lián)、互通，同時提高了變電站繼電保護系統(tǒng)的交互水平，保證電網(wǎng)能夠安全、保質(zhì)保量、穩(wěn)定運行，能夠更好地保護和控制變電站。但是，在我國變電站智能化水平不斷提高的情況下，依然存在一些問題。一方面，變電站工作人員的素質(zhì)沒有隨著變電站智能化的發(fā)展而提高，導致工作人員和工作崗位相脫離，不符合時代發(fā)展的步伐;另一方面，變電站的保護措施不夠完善，容易造成繼電保護系統(tǒng)出現(xiàn)故障，從而引發(fā)安全事故?；诖?，需要提高智能變電站繼電保護系統(tǒng)的安全性和可靠性，準確分析和計算變電站可靠性數(shù)據(jù)，有效提高變電站的穩(wěn)定性，從而推進我國智能變電站繼電保護系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展。

關(guān)鍵詞：智能變電站;繼電保護系統(tǒng);可靠性

引言

和傳統(tǒng)的繼電保護模式有所不同的是智能變電站控制層和間隔層體系結(jié)構(gòu)不同。在智能變電站中所使用的繼電保護的保護單元最重要的是交換機、網(wǎng)絡接口、智能終端等。通過智能變電站可以將所采集的信息在保護裝置終端進行匯總，并實現(xiàn)信息的實時反饋，大大提高了工作的效率以及安全保障。

一、智能變電站繼電保護系統(tǒng)的組成分析

1、電子式互感器。對于智能變電站繼電保護系統(tǒng)來說，電子式互感器是其關(guān)鍵的組成部分，電子式互感器的形式已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，由以往的電磁式革新為當前的電子式，這種結(jié)構(gòu)的變化，能夠更加順應市場走勢，適應電網(wǎng)發(fā)展的趨勢。與以往的電磁式互感器相比，電子式互感器具有突出優(yōu)勢，例如，其能準確地查找出故障出現(xiàn)的位置，除此之外，對于相關(guān)保護裝置的動作率有著極大的保障與提升，這也能夠促進電網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全、穩(wěn)定。從另外一個方面來看，傳統(tǒng)光纜的成本較高，而電子式互感器擁有配套的光纜，其成本較低。

2、合并單元。合并單元的主要作用是把電子互感器傳輸過來的數(shù)據(jù)信息進行組合，采用一致的時間標簽和指定的數(shù)據(jù)傳輸格式把采集到的數(shù)據(jù)信息發(fā)送到保護控制裝置，是過程層級數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾骷?。合并單元與電子互感器可以實現(xiàn)很好的配合，是過程層關(guān)鍵的電氣元件，也是智能變電站重要的環(huán)節(jié)，并防止互感器和繼電保護裝置相互間產(chǎn)生復雜的接線，進一步減少了建設成本，可以實現(xiàn)二次設備的數(shù)據(jù)共享。

3、交換機。智能變電站應用交換機建立網(wǎng)絡平臺來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息交換，取代了傳統(tǒng)變電站利用電纜進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞健＝粨Q機是通信網(wǎng)絡中重要的設備。網(wǎng)絡交換技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈路層級的信息技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息幀的轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸數(shù)據(jù)信息時，交換機可以形成可靠的數(shù)據(jù)渠道，控制網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的流量，從而保證數(shù)據(jù)幀可以實現(xiàn)快速交互，并通過交換地址表使信息在局域網(wǎng)中實現(xiàn)傳輸。生成樹協(xié)議的應用，有效解決了交換機不形成環(huán)路的問題，防止出現(xiàn)廣播風暴，使交換機相互間產(chǎn)生冗余鏈路，有效提升了智能電站穩(wěn)定性和安全性。

4、智能終端。在智能變電站繼電保護系統(tǒng)的運行過程中，相關(guān)工作人員引入相應的智能終端可以解決電力故障系統(tǒng)檢測不及時的難題，智能終端可以及時準確并且高效地解決好相應的電力故障問題，并且提供相應的解決方法。除此之外，智能終端還能精確地接收到一些保護裝置的跳合閘的指令，并且將接收到的來自于斷路器的信息準確及時地傳送到相應的站控層中去。另外，智能終端的智能性還體現(xiàn)在其能夠精確地監(jiān)控到電力系統(tǒng)內(nèi)部元件的溫度、機械能狀態(tài)等相關(guān)信息，通過掌握這些數(shù)據(jù)，能夠為相關(guān)電力故障的順利解決提供一些理論基礎(chǔ)。

二、智能電站繼電保護系統(tǒng)可靠性計算

智能變電站采用雙重保護系統(tǒng)，兩個系統(tǒng)之間是相互獨立的，不存在任何聯(lián)系，并配備雙網(wǎng)并行冗余通信協(xié)議，從而保證SV采樣數(shù)據(jù)信息以及GOOSE保護跳合閘保護信號可以實現(xiàn)在電站過程層的無損傳輸。兩套配置方式使繼電保護裝置可以滿足冗余設計要求，從而更好地保護繼電系統(tǒng)的可靠性。主變壓器智能保護終端、合并單元采用組網(wǎng)方式實現(xiàn)連接，從而對GOOSE雙網(wǎng)進行很好地保護。該通信網(wǎng)絡可以實現(xiàn)對變電站系統(tǒng)開關(guān)量的采集以及發(fā)出傳輸跳閘保護命令，采用IEC標準通信協(xié)議實現(xiàn)SV網(wǎng)絡對采集數(shù)據(jù)信息的傳送。為使智能變電站可以在應用層面實現(xiàn)智能化，主變壓器繼電保護應用CPU控制器實現(xiàn)相關(guān)的控制功能，測量和采樣可當作繼電保護啟動和識別的依據(jù)，從而更好地提升繼電保護系統(tǒng)的可靠性。主變壓器的保護可靠性，可利用最小路集和最小割集不交化控制算法，把每個電氣元件正常工作概率引入，從而獲取主變器可靠性函數(shù)為R主變（t=16P3itP7emP2smP2muPpr）。其中，Pit是變電站智能控制終端正常條件下概率，Pem則為網(wǎng)絡通信介質(zhì)正常條件下概率，Psm是交換機設置正常工作概率，Ppr是繼電保護在正常條件下達到的概率，Pmu是合并單元在正常工作條件下的概率。把各種電氣元件的故障率引入，t取值為50年，從而得到主變壓器保護可靠度為09.999999911。為了對最小路徑集法進行科學合理地驗證，可以對可靠性函數(shù)準確性進行驗證，對多個繼電保護可靠性進行串聯(lián)簡化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)楣竭M行計算。220kV供電線路需要多個繼電保護單元，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式比較復雜，一些線路SV網(wǎng)絡為冗余結(jié)構(gòu)方式，需要應用4臺SV數(shù)據(jù)交換機，但是110kV供電線路只采用了2臺SV數(shù)據(jù)交換機，可以看出前者具有更好的可靠性。

三、提升智能變電站繼電保護系統(tǒng)可靠性的方法

智能變電站母線保護是斷電保護系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，母線裝置的可靠性會對智能變電站的正常運行帶來影響。為提高智能變電站保護系統(tǒng)的可靠性，需要使保護系統(tǒng)具備合理的冗余結(jié)構(gòu)。冗余裝置是提升繼電保護系統(tǒng)的關(guān)鍵措施，任何型式的變電站都離不開冗余設計?？梢岳脙商桌^電保護系統(tǒng)，并設計終端保護設置、數(shù)據(jù)交換機及合并單元，以提高系統(tǒng)的保護性能。

1、變壓器繼電保護配置。電力系統(tǒng)供電電壓是設定好的，如果運行電壓值出現(xiàn)波動，會使配電系統(tǒng)正常運行受到影響。智能變電站控制運行電壓時，需要采用主變壓器來完成。變壓器是變電站重要的電力設施，電壓的控制采用分布配置的辦法來實現(xiàn)，從而起到對變壓器的保護，可以采用差動斷電保護的措施。保護變壓器時，可以采用集中配置的辦法，保證繼電保護安裝可以獨立完成，實現(xiàn)對非電量的繼電保護功能。斷路器和電纜連接完成后，可以把繼電保護的性能充分發(fā)揮，變壓器的可靠性得以顯著提升。

2、可視化技術(shù)的應用。故障的排除是保證繼電保護穩(wěn)定性和可靠性的張耀保障。而當前飛速發(fā)展的信息技術(shù)是實現(xiàn)實時故障排查變得更加的容易。所使用的傳統(tǒng)的通過數(shù)據(jù)、表格以及圖形等方式所進行的故障排查已經(jīng)無法滿足繼電保護的需求。而在繼電保護中通過對可視化技術(shù)的利用實現(xiàn)故障監(jiān)測，并進行故障分析。對于智能電網(wǎng)來說信息傳輸故障的發(fā)生是在所難免的，因此在進行錯誤信息的排查時應該保證所形成的故障波動與中間節(jié)點文件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是一致的，如此才能引導工作人員更加及時準確的找到故障發(fā)生位置并結(jié)合導致故障發(fā)生的原因?qū)ζ洳扇♂槍π源胧?，提高故障排查效率?/p>

結(jié)束語

想要保證智能變電站可以高效運行，繼電保護是必不可少的，在智能變電站繼電保護系統(tǒng)中傳統(tǒng)變電站的設備元件已經(jīng)無法滿足系統(tǒng)需求，傳統(tǒng)設備也有光纖代替。在智能變電站中結(jié)構(gòu)和元件組成對于整個電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運行有很大影響，所以說實現(xiàn)智能變電站繼電保護是評估智能電網(wǎng)的關(guān)鍵性數(shù)據(jù)，同時也是實現(xiàn)智能電網(wǎng)全面建設的關(guān)鍵步驟。通過繼電保護的穩(wěn)定運行促進電網(wǎng)建設的穩(wěn)定發(fā)展。參考文獻

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出生年月：1985年2月，籍貫：山東濟寧泗水縣，民族：漢，性別：男，學歷大學本科，職稱：工程師，畢業(yè)院校：山東科技大學，研究方向：電氣工程及其自動化